引氣劑對摻有粉煤灰混凝土性能的影響

趙 超

(許昌學(xué)院，許昌461000)

1 引言

粉煤灰是一種地球上排放量最多的固體工業(yè)廢料，由于它獨(dú)特的物料與化學(xué)性能，人們通常將不同類型的粉煤灰加入混凝土中，從而有效地改善混凝土的性能［1］。隨著國內(nèi)建筑工業(yè)的快速發(fā)展，粉煤灰作為一種有效改善混凝土各項(xiàng)性能的摻合料，正逐步成為高強(qiáng)高性能混凝土應(yīng)用中的研究熱點(diǎn)。對于粉煤灰的認(rèn)識已從過去為了節(jié)約水泥、降低工程材料費(fèi)用而采用粉煤灰材料，逐漸過渡到促進(jìn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、提高混凝土的綜合性能的認(rèn)識上。近期的研究結(jié)果表明，混凝土中摻入適量的粉煤灰，可以起到改善混凝土的和易性、可泵性、增加混凝土黏性等優(yōu)點(diǎn)［2，3］，但同時也存在粉煤灰與其他摻合劑添加比例不對、在混凝土中的作用機(jī)理不夠明確等問題，嚴(yán)重影響了粉煤灰在混凝土中的合理充分利用。

隨著混凝土應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對混凝土提出了越來越高的要求。例如在修補(bǔ)結(jié)構(gòu)中，除了要求混凝土結(jié)構(gòu)滿足安全與耐久性要求外，還要求混凝土具備高抗?jié)B水性、高防碳化性能和高流動性等特點(diǎn)［4］。因此，制備高性能的符合使用要求的混凝土成為了施工順利的關(guān)鍵因素。本文的目的在于通過制作小型的混凝土試件，研究了粉煤灰與其他摻合料同時存在的作用下，粉煤灰作用于混凝土試件的作用規(guī)律，既是提高和改善混凝土性能的需要，也可以實(shí)現(xiàn)粉煤灰廢料的充分利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。

2 試驗(yàn)材料與方法

2．1 實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)用水泥為河南三星水泥工業(yè)有限公司的粉煤灰(30%)硅酸鹽水泥，強(qiáng)度為C30，試驗(yàn)用砂細(xì)度為2．7，試驗(yàn)用石子粒徑大小在4～16 mm之間，粉煤灰為河南松川礦山機(jī)械有限公司生產(chǎn)的一級粉煤灰，細(xì)度為5．2%，需水量比為93%:減水劑為江西百好新型建筑材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，減水率在20%左右;引氣劑為河北凝盛建材科技有限公司生產(chǎn)的NS-3型引氣劑，引氣劑各種指標(biāo)均達(dá)到GB 8076—1997標(biāo)準(zhǔn)。

2．2 實(shí)驗(yàn)方案

為了對比分析在添加有各種摻合料情況下，粉煤灰的添加量對混凝土坍塌度、滲透性能和防碳化性能的影響，從而得到粉煤灰對混凝土性能的作用規(guī)律，本文采用了如表1所示的A、B兩種設(shè)計(jì)方案，A-1—A-4系列為不添加粉煤灰的試件，B-1—B-4系列為對應(yīng)的添加粉煤灰的試樣，其他參數(shù)基本一致。

表1 混凝土的配料Table 1 Concrete batching

2．3 試件制作的制作

按照《普通混凝土拌合物性試驗(yàn)方法》(DB/TB 50080)和《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2002)中混凝土試件的成型與養(yǎng)護(hù)方法的有關(guān)規(guī)定［5，6］，制定了尺寸為100 mm ×100 mm×100 mm的試件162個。研究了混凝土試件5 d、20 d、40 d和80 d的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度，并對20 d與80 d的碳化深度，以及80 d的滲透深度進(jìn)行了測試。

2．4 測試方法

采用坍落度法測定混凝土拌合物的坍落度，在YES-3000萬能壓力機(jī)上進(jìn)行混凝土的抗壓試驗(yàn)，采用WE-300型萬能壓力機(jī)進(jìn)行了劈拉強(qiáng)度的測試，滲透性試驗(yàn)是在LSK-Q59微機(jī)控制高精度抗?jié)B儀上進(jìn)行。碳化深度的測試則采用快速碳化法，在CCB-70型混凝土碳化試驗(yàn)箱中進(jìn)行，用以測量碳化深度。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3．1 粉煤灰對強(qiáng)度性能的影響

圖1所示為抗壓強(qiáng)度隨著混凝土齡期的變化曲線。從圖中可以看出不添加粉煤灰的A-1試件與添加了粉煤灰的B-1組試件，在不同的齡期都呈現(xiàn)出梯度差異。即在5～80 d齡期之間變化時，A-1試件的抗壓強(qiáng)度均大于同等齡期的B-1試件。此外，隨著齡期的逐漸增長，A-1組試件與B-1試件的抗壓強(qiáng)度都逐漸升高。

圖1 抗壓強(qiáng)度隨著齡期的變化曲線Fig．1 Variation curve of compressive strength with age

圖2 所示為不同齡期的A-1、B-1組試件的劈拉強(qiáng)度變化曲線。從圖中可以看出，劈拉強(qiáng)度的變化曲線呈現(xiàn)出與抗壓強(qiáng)度類似的梯度變化趨勢。其中，當(dāng)齡期在5～80 d變化時，A組試件的劈拉強(qiáng)度在3．2～4．3 MPa之間變化，而 B組試件的劈拉強(qiáng)度在2．8～4．0 MPa之間變化。A組試件在不同齡期的劈拉強(qiáng)度均高于相同齡期的添加粉煤灰的B組試件。添加粉煤灰后的B組試件的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度均低于同等條件下的A組試件，可能的原因在于試驗(yàn)測試的齡期較短，粉煤灰的二次水化效果沒完全發(fā)揮，水化產(chǎn)物減少，強(qiáng)度就會較低。

圖2 劈拉強(qiáng)度隨著齡期的變化曲線Fig．2 Variation curve of splitting tensile strength with age

3．2 粉煤灰對坍落度的影響

圖3 所示為不同引氣劑含量下坍落度的變化曲線。可以看出，在不同引氣劑含量下，A組試件的坍落度均低于B組試件。隨著引氣劑含量的增加，A組試件的坍落度呈現(xiàn)上升趨勢，引氣劑含量在0% ～0．02%之間變化時，坍落度在75～201 mm之間變化，上升幅度為168%，尤其是當(dāng)引氣劑含量在0．01%上升到0．015%時，坍落度的上升幅度較為明顯。B組試件的坍落度隨著引氣劑含量增加逐漸上升，當(dāng)引氣劑含量在0%～0．02%之間變化時，坍落度在175～245 mm之間變化，上升幅度為40%。不同引氣劑含量下，添加了粉煤灰的B組試件比未添加引氣劑的A組試件對坍落度的影響較小，B組試件混凝土的坍落度與A組試件的差值可以認(rèn)為是添加了粉煤灰后作用的效果。

圖3 不同引氣劑含量下塌落度的變化Fig．3 Slump changes in the different air entraining agent content

3．3 粉煤灰對滲透性的影響

圖4 所示為不同引氣劑含量下混凝土滲透深度的變化。可以看出，隨著引氣劑含量的上升，A組試件與B組試件的滲透深度都出現(xiàn)上升趨勢，尤其是引氣劑含量在0．01% ～0．02%之間時，變化尤為明顯。當(dāng)引氣劑含量從0% ～0．02%之間變化時，在相同的引氣劑含量下，添加了粉煤灰的B組試件的滲透深度都大于未添加粉煤灰的A組試件，這可能與水泥用量的減少而引起了一定程度上水化產(chǎn)物的減少有關(guān)，而粉煤灰二次水化作用的特性在試驗(yàn)齡期內(nèi)還沒有發(fā)揮出來。

圖4 不同引氣劑含量下滲透深度的變化Fig．4 Variation of the penetration depth in different air entraining agent

3．4 粉煤灰對碳化深度的影響

圖5 所示為不同引氣劑含量下不同試件的碳化深度的變化曲線。圖中列出了20 d齡期和80 d齡期的狀態(tài)下碳化深度的變化曲線。可以看出，A組試件與B組試件的碳化深度呈現(xiàn)明顯的梯度結(jié)構(gòu)變化趨勢，20 d齡期的碳化深度明顯低于同等條件下的80 d齡期的試件。同時可以看出，20 d與80 d齡期的狀態(tài)下，添加了粉煤灰的B組試件的碳化深度都明顯高于同等條件下的A組試件，且隨著引氣劑含量的增加，20 d齡期與80 d齡期的A組與B組試件的碳化深度都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。這是因?yàn)楫?dāng)粉煤灰替代部分水泥后，混凝土中的堿性物質(zhì)含量減少，導(dǎo)致抑制碳化的能力降低。

圖5 不同引氣劑含量下碳化深度的變化Fig．5 Variation of the depth of carbonation in different air entraining agent

4 結(jié)論

(1)隨著齡期的逐漸增長，未添加粉煤灰與添加了粉煤灰的試件的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度都逐漸升高。未添加粉煤灰的試件在不同的齡期的抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度均高于相同齡期的添加粉煤灰的試件。

(2)在不同引氣劑含量下，未添加粉煤灰的試件的坍落度均低于添加粉煤灰的試件。隨著引氣劑含量的增加，未添加粉煤灰與添加了粉煤灰的試件的坍落度都呈現(xiàn)上升趨勢。

(3)隨著引氣劑含量的上升，A組試件與B組試件的滲透深度都出現(xiàn)上升趨勢。在相同的引氣劑含量下，添加了粉煤灰的B組試件的滲透深度都大于未添加粉煤灰的A組試件。

(4)添加了粉煤灰的B組試件的碳化深度都明顯高于同等條件下的A組試件，且隨著引氣劑含量的增加，20 d齡期與80 d齡期的A組與B組試件的碳化深度都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。

［1］ 劉關(guān)宇．粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及前景［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，20(19):167-170．Liu Guanyu．Comprehensive utilization status and prospect of fly ash［J］．Technology Information Development and Economy，2010，20(19):167-170．(in Chinese)

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