綠色混凝土耐久性試驗研究

顏家學

(貴州省交通科學研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550008)

綠色混凝土耐久性試驗研究

顏家學

(貴州省交通科學研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550008)

針對綠色混凝土的耐久性問題，在分析混凝土耐久性主要影響因素的基礎上，研討粉煤灰這一特殊摻料的性能和特點，并選取相應的材料開展綠色混凝土強度、和易性、耐久性與經濟性試驗，根據試驗結果得出綠色混凝土不僅工作性良好，而且還有很高的后期強度與安全儲備，尤其是耐久性方面有著普通混凝土無法比擬的優勢；粉煤灰是綠色混凝土首選優質摻料等結論。

綠色混凝土；粉煤灰；耐久性；試驗

1 粉煤灰材料性能

1.1 化學成分

粉煤灰化學成分共有八種，分別為：氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、硫酸酐、氧化鉀、氧化鈉與氧化硅。其中含量較高的是氧化硅(52.8%)與氧化鋁(30.03%)，氧化鉀的含量最少，一般不超過0.5%。

1.2 物理性能

粉煤灰基本物理性能如表1所示。

表1 粉煤灰基本物理性能

1.3 顆粒組成

通過掃描電鏡觀察可知，粉煤灰粒群主要由各種顆粒通過混合而成，每種顆粒的形狀均不相同，按形貌可分為以下幾類：(1)環狀；(2)渣狀；(3)破碎狀；(4)粘聚狀。

1.4 粉煤灰作用原理

對于新拌混凝土而言，粉煤灰不僅能發揮解絮擴散與滾珠軸承等作用，提高和易性，還能與細砂、水泥一同起到微骨料的作用，改善混凝土的均勻性，填充內部細毛孔與孔隙，最終達到提高抗滲力與強度的目的。

硬化混凝土當中，熟石灰約占總量1/4，它是三方晶系，使用顯微鏡觀察可見片狀晶體，形狀為六角形。因熟石灰具有一定可溶性，所以無法在混凝土內部均勻分布，相比膠石和骨料，熟石灰孔較多，而且強度也很低，會對骨料和砂漿間強度的形成造成影響。而在摻加一定量粉煤灰之后，其含有的活性物質可以與熟石灰發生一系列反應，反應后生成水化硅結構，這種結構不溶于水，所以能提高混凝土的界面強度，減弱其滲透性。

2 試驗材料

粉煤灰使用熱電廠II級粉煤灰；水泥使用42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料選用粒徑為5.0～31.5 mm的碎石；細骨料選用當地產砂；外加劑為QJ-2高性能外加劑。

3 綠色混凝土主要性能指標

3.1 強度與和易性

按照C20、C35和C50標準對基準混凝土實施配比設計，設計過程主要使用超量取代方法。結合以往試驗結果可知，雙摻混凝土具有比單摻更大的坍落度(雙摻即為同時摻加減水劑與粉煤灰，單摻只摻加減水劑)，而且其經時損失也相對較少，可發揮出良好的保塑與塑化作用，對商品混凝土泵送及預拌混凝土均有益處。從強度角度分析，水泥的活性比粉煤灰強，28 d內雙摻混凝土實際強度將略小于單摻混凝土，但在此之后粉煤灰逐漸發揮活性，60 d左右雙摻強度即可與單摻相同，說明粉煤灰有很強的后期增長力。經測算，90 d雙摻強度可達60 d的115%。

3.2 耐久性

(1)干縮變形

混凝土的玻璃球形顆粒含量較多，結構具有致密性，無裂縫，加之粉煤灰僅有很小的內比表面積和很弱的吸附水能力，所以雙摻混凝土具有很高的抗裂度，改善了脆性性質。相關測試結果表明，基準混凝土早期收縮以及塑性收縮均大于雙摻混凝土，雙摻混凝土的收縮極限保持在540-720×10-6范圍內，也比基準混凝土低很多。雖然在一段時間之后雙摻混凝土收縮值將與基準混凝土持平，但考慮到抗裂性只和早期干縮程度有關，所以雙摻混凝土具有良好的抗裂性，說明通過粉煤灰的適量摻加，能起到抑制混凝土早期干縮，提高抗裂性的作用。

(2)抗侵蝕能力

抗侵蝕試驗數據如表2所示。表2中，K值為溶液中混凝土抗壓強度和清水中混凝土抗壓強度的比值，當K>0.8時，為合格。由表2可知，綠色混凝土在30～180 d的齡期中，抗侵蝕能力始終滿足要求，說明其具有較強的抗侵蝕能力。

表2 抗侵蝕試驗數據

硫酸鹽侵蝕作用下，混凝土會發生兩個作用：其一是與熟石灰反應生成硫酸鈣鹽結晶，當結晶處于毛細孔內時，將引起膨脹；其二是石膏和鋁酸鈣反應會生成鈣礬石，輕則造成體積膨脹，嚴重時將引起破壞。摻入粉煤灰后能從化學與物理兩個角度避免混凝土被侵蝕，其中化學角度是對熟石灰進行穩定，而物理角度則是減少毛細孔。

(3)抗凍性與抗滲性

混凝土凍害主要和三個破壞壓力有關：其一，凍結膨脹加速孔隙水排出，產生一定擠水壓力；其二，凍結純水由溶液析出，導致溶液濃度增加，產生一定滲透壓力；其三，冰和過冷水間存在蒸汽壓差，促使凝膠水不斷擴散繼而產生滲透壓力。雙摻混凝土硬化時，內溫升高及早期收縮均在粉煤灰作用下被抑制，使其內部結構可順利形成。

3.3 經濟性

首先，粉煤灰能降低15%～45%水泥用量，并間接減少用于水泥生產的能源，緩解溫室效應；其次，降低15%～20%天然砂用量，對保護生態平衡、促進經濟發展以及降低不可再生資源實際消耗均有重要意義；最后，粉煤灰產量充足，若未二次利用將造成環境污染，而合理應用粉煤灰，既能保護環境，減少排放，又能促進工業后續發展。

4 總 結

(1)綠色混凝土是集高性能與生態環保為一身的新型混凝土，是現階段建材工業主流發展方向，兼具環境效益、性能與經濟效益等優勢，在未來必將得到更為廣泛的應用和推廣。綠色混凝土應用在技術方面沒有障礙，重點是要盡早轉變傳統觀念，全面提高綠色混凝土的應用力度。

(2)經試驗與實踐，綠色混凝土不僅工作性良好，而且還有很高的后期強度與安全儲備，尤其是耐久性方面有著普通混凝土無法比擬的優勢。

(3)在對綠色混凝土進行配置的過程中，應優先選用粉煤灰，或者是正是粉煤灰的摻入才賦予了綠色混凝土各種特點與優勢。

(4)試驗與實踐均表明，綠色混凝土可用在很多工程領域，如大體積砼、房屋建筑、水利工程與市政工程等，相信通過不斷完善與創新，綠色混凝土能徹底取代普通混凝土。

[1] 朱永祥，林祖宏，梁冠軍. 銅礦尾砂綠色混凝土的力學性能及耐久性試驗研究[J]. 延安大學學報(自然科學版)，2014，(4):31-35.

[2] 張海霞，王龍志，崔鑫，等. 基于尾礦砂利用技術的綠色混凝土施工技術研究[J]. 江西建材，2015，(12):94-99.

[3] 龍廣成，紀婧，馬昆林，等. 綠色自密實混凝土理論和實驗研究[J]. 材料導報，2014，(S1):331-335.

U214

C

1008-3383(2017)09-0087-02

2017-08-01

顏家學(1986-)，男，貴州遵義人，中級，研究方向：公路工程及建筑材料研究與檢測工作。