高摻量粉煤灰對混凝土抗凍性能的實驗研究

孟 宗

（辛集市通暢混凝土有限公司，辛集 052300）

混凝土的凍融破壞是北方地區常出現的耐久性問題［1］。粉煤灰是煤粉爐煙道中收集的粉末，是一種工業廢渣，如不合理利用，不僅污染環境，還會造成大量浪費。因此，如何合理使用粉煤灰，在現實中，有重大意義。在實際應用中，混凝土工程由于各方面因素的影響，其性能都可能發生改變，特別是在北方的大環境中，混凝土的抗凍性能的優劣，直接影響其使用壽命。由于粉煤灰的摻入改善了混凝土的內部孔隙結構結構，使孔細化，導致冰點降低，使凍孔數量減少［2］。因此，粉煤灰合理取代部分水泥后，不僅降低水化熱，混凝土抗凍性也可達到甚至超越不摻粉煤灰混凝土的抗凍水平，后期強度較高，并且大大節約了水泥用量，達到節約生產成本，產生經濟效益和社會效益的目的。不同摻量粉煤灰對混凝土各項性能影響不同［3］，文章重點研究高摻量粉煤灰對混凝土抗凍性能的影響，通過試驗研究討論粉煤灰的實效性，并確定粉煤灰的相對最佳使用量。

1 粉煤灰對混凝土抗凍性能實驗

1）水泥：金隅鼎鑫水泥廠生產的普通水泥，等級強度42.5，密度3.06g/cm3.

2）減水劑：TB－16聚羧酸高性能減水劑，非引氣型。

3）粉煤灰：F類Ⅱ級粉煤灰，其質量指標如表1所示。

表1 粉煤灰質量指標

4）細骨料：靈壽砂，Ⅱ區中砂，細度模數為2.6，表觀密度為2 610kg/m3

5）粗骨料：井陘山碎石，粒徑5～20mm，表觀密度2 740kg/m3

6）水：標準飲用水。

試驗配合比如表2所示，以國家標準（GB/T 50082—2009）《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》為依據，將混凝土試件在水凍水融條件下，以經歷快速凍融的循環次數來表示混凝土的抗凍性能。混凝土試件為尺寸100mm×100mm×400mm的棱柱體，每3塊為一組。成型24h后拆模，在標準養護室內養護24d，取出后在（20±2）℃水中浸泡4d，浸泡時，液面高出試件頂面20～30mm。最后按要求放入凍融試驗箱中，開始進行凍融循環試驗，通過混凝土試件質量損失和混凝土相對動彈性模量來評價混凝土的抗凍性能好壞。

表2 混凝土試驗配合比

2 結果與討論

試驗結果如表3、表4、表5及圖1所示。

表3 混凝土質量損失結果

表4 混凝土相對彈性模量結果

表5 混凝土耐久性系數

由表3可知，試驗隨著凍融循環次數的增加，整體上，混凝土A、B、C、D、E質量損失都是增加的，只是質量損失速度不同。其中，混凝土B與混凝土A質量損失速度較為接近，混凝土C、D、E質量損失速度較快。

由表4可知，試驗隨著凍融循環次數的增加，整體上，混凝土A、B、C、D、E相對動彈性模量均下降。其中，動彈性模量下降速度最慢的為混凝土B，并且優于基準混凝土A；混凝土C，D動彈性模量下降趨勢與基準混凝土A接近，但差于基準混凝土A；混凝土E動彈性模量下降速度最快，是混凝土A、B、C、D、E中最差的。

由圖1可知，在混凝土A，B，C，D，E中，混凝土B的耐久性系數最大，為17.6，是基準混凝土A耐久性系數的177%，而混凝土C、D、E的耐久性系數均低于基準混凝土A，分別為97%、85%、45%。

在本試驗中，混凝土B耐久性系數遠遠高出基準混凝土A，這是因為其質量損失稍微高于基準混凝土A，但是相對動彈性模量卻始終高于基準混凝土A，所以粉煤灰取代水泥量為30%時，其抗凍性不低于基準混凝土。這主要是因為粉煤灰在混凝土中發揮良好的形態效應、活性效應以及微集料效應［4］。

相對來說，本試驗中，混凝土C，D，抗凍性能較差，混凝土E最差，這是因為粉煤灰在混凝土中發揮作用進行水化反應需要分兩步進行，其中的二次水化反應是在水泥水化反應的基礎上發生的，所以粉煤灰取代量越大，水泥水化產物相對越少，二次水化的水化產物相應減少，水化產物的總量減少，并且那時（28d齡期）粉煤灰的有效活性并未完全發揮，且構成水泥石最重要的組成部分就是水化產物，所以水化產物減少導致混凝土的密實性變差。其次，隨著粉煤灰摻量的增加，在相同水膠比下，水泥漿體體積增大，降低了單位體積內的含氣量，影響了混凝土的抗凍融性能［5］。再次，當粉煤灰過量取代水泥時，混凝土中粗、細集料相對減少，但是，粉煤灰顆粒較細，不能使粗骨料中的空隙完美地被細骨料填充，出現級配斷層，降低混凝土密實性。混凝土密實性下降，混凝土抗凍性變差。

3 結 論

a.隨著粉煤灰取代水泥量的增加，混凝土試件凍融次數越高，混凝土的質量損失越大，混凝土相對動彈性模量越低。

b.當粉煤灰取代水泥量為30%時，耐久性系數最大，約為基準混凝土的177%，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土耐久性系數降低，低于基準混凝土。

c.北方抗凍型混凝土中粉煤灰摻量不宜超過30%。

［1］ 沈旦申.粉煤灰混凝土［M］.北京：中國鐵道出版社，1989.

［2］ 馬志霞.不同摻量粉煤灰混凝土強度試驗研究［J］.河北建筑科技學院學報，2005（12）.

［3］ 張承志.商品混凝土［M］.化學工業出版社，2010.

［4］ 錢覺時.粉煤灰特性與粉煤灰混凝土［M］.科學出版社，2001.

［5］ 王愛勤.粉煤灰三大效應及其在三峽工程中的應用［D］.東南大學，1999.