粉煤灰對混凝土抗凍性的影響及分析

孫順治

摘 要：粉煤灰是現(xiàn)代混凝土中常用的礦物摻合料之一，它作為工業(yè)副產(chǎn)品，在混凝土中的應(yīng)用不但起到了資源綜合利用的作用，同時減小環(huán)境壓力，由于它的價格相對低廉，在混凝土中取代水泥應(yīng)用更能降低成本。同時它在混凝土中還能起到改善抗凍性和抗?jié)B性等耐久性指標的作用。通過對比試驗證明，在C30混凝土中使用粉煤灰等量取代30%水泥的情況下可以明顯提高混凝土抗凍性能。

關(guān)鍵詞：混凝土；粉煤灰；抗凍性

1 引言

混凝土是建筑工程中最重要的材料之一。隨著人們對工程質(zhì)量要求的不斷提高，對混凝土性能也有了更高的要求。混凝土的質(zhì)量穩(wěn)定性、混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫及耐久性等問題得到高度重視。在北方嚴寒地區(qū)，耐久性更是混凝土各項性能的重中之重。混凝土耐久性包括抗凍性、抗?jié)B性、抗堿集料反應(yīng)、抗碳化及阻止混凝土中的鋼筋銹蝕等性能，工程中常通過向混凝土中摻入引氣型外加劑、摻入粉煤灰、礦粉等礦物摻合料或摻加防腐阻銹類外加劑等方法來提高混凝土的耐久性。本文主要就粉煤灰對混凝土抗凍性能的改善進行試驗分析。

2 試驗方案設(shè)計

本次試驗采用的原材料：

粉煤灰：沈陽紅陽熱電公司生產(chǎn)的F類Ⅱ級粉煤灰（詳細參數(shù)見表1、表2）。

水泥：遼寧恒威水泥集團有限公司生產(chǎn)的P·O42.5級水泥；

砂子：細度模數(shù)2.6，含泥量1.4%的河砂，產(chǎn)地鐵嶺；

石子：粒徑5～25mm連續(xù)級配碎石，產(chǎn)地遼陽；

外加劑： 遼寧省建設(shè)科學研究院生產(chǎn)的LJK900型聚羧酸高性能減水劑（標準型），摻量1.2%，減水率27%。

方案設(shè)計基本思路：使用以上原材料分別設(shè)計兩組強度等級為C30的混凝土配合比（配合比信息見表3），一組為完全使用水泥為膠凝材料的基準混凝土（J-C30），另一組為使用粉煤灰等量取代30%水泥的粉煤灰混凝土（F-C30），兩組配合比分別成型邊長100mm的立方體試塊各4組12塊做抗壓強度使用，邊長為100mm×100mm×400mm的長條形試塊各2組6塊做快速凍融試驗使用。將成型好的試塊放入標準養(yǎng)護室，期間養(yǎng)護室溫度保持在（20±2）℃，相對濕度保持在95%以上，立方體試塊標養(yǎng)到28d時取出，擦去表面水分，在壓力試驗機上以每秒鐘0.5MPa～0.8MPa的加荷速度進行抗壓強度試驗，并算出各試塊的抗壓強度及強度平均值。抗凍試件養(yǎng)護到24d時取出隨后放入溫度為（20±2）℃的水中浸泡4d，后將試塊從水中取出，除去表面水分，對試塊進行編號、稱重并測量每個試塊的動彈性模量，測量完畢后將試塊裝入快速凍融用試模盒內(nèi)，并在試模盒內(nèi)加水，水面保持高出試件頂端5mm以上，然后將試模盒連同試件裝入快速凍融試驗機進行凍融循環(huán)。試驗機冷凍和融化過程中，試塊的中心溫度控制在（-18±2）℃和（5±2）℃范圍內(nèi)，每次凍融循環(huán)均在2～4小時內(nèi)完成。每25次循環(huán)取出試塊，將表面浮渣清洗干凈并擦干水分后測量試塊質(zhì)量和動彈性模量。直至每組試件的相對動彈性模量平均值下降到初始的60%以內(nèi)或質(zhì)量損失平均值超過5%時，試驗停止，記錄此時的凍融循環(huán)次數(shù)。

在本次試驗攪拌和成型過程中，兩種混凝土出現(xiàn)了一些細微的不同，摻粉煤灰的混凝土F-C30與基準混凝土J-C30在用水量和其它材料用量一只的條件下坍落度提升了10mm，同時試驗過程中觀察混凝土的粘聚性和保水性也都是F-C30要更好一些，這也側(cè)面反應(yīng)出本次試驗使用的F類Ⅱ級粉煤灰起到了改善混凝土和易性的作用。強度和抗凍試驗為盡量減少試驗誤差，本次試驗兩種混凝土的強度和凍融循環(huán)試樣均采集了兩組試樣的數(shù)據(jù)進行分析。從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，7d強度上F-C30與J-C30相比明顯降低，降低比例達到24.5%，這說明在等量取代水泥情況下，由于粉煤灰早期反應(yīng)速度較慢或幾乎不發(fā)生反應(yīng)，對混凝土強度的早期貢獻較低，因此7d強度表現(xiàn)為明顯降低。但隨著混凝土中水化反應(yīng)的深入，粉煤灰火山灰作用和水泥熟料水化反應(yīng)的相互促進，F(xiàn)-C30的28d強度增長幅度比較大，與J-C30相比只降低1MPa左右，說明粉煤灰在當前摻量下，對混凝土的后期強度無明顯降低。抗凍性方面本次試驗采用GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》標準中的快凍法對比了兩種混凝土凍融試驗后的質(zhì)量損失和動彈性模量損失，并確定了兩種混凝土的抗凍等級。試驗表明，在其他材料用量完全一致的情況下，F(xiàn)-C30的初始動彈性模量要略高于J-C30，提高比例為3.6%。而凍融過程中前50次兩種混凝土的質(zhì)量損失和彈性模量損失都非常小，可以忽略不計。75次循環(huán)之后，J-C30的質(zhì)量損失為1.3%，動彈性模量損失8.7%， F-C30質(zhì)量損失0.9%，動彈性模量損失5.1%，雖然兩者絕對差值不大，但已經(jīng)開始出現(xiàn)差距，F(xiàn)-C30略好于J-C30，100次循環(huán)后J-C30的質(zhì)量損失為3.0%，動彈性模量損失16.0%，而F-C30質(zhì)量損失1.9%，動彈性模量損失9.6%，兩種混凝土的差距進一步拉大，并且兩者的損失速率都在加快，但F-C30的破壞速率明顯小于J-C30。當循環(huán)數(shù)達到125次時，J-C30的質(zhì)量損失達到5.3%，并且停止試驗，此時的彈性模量損失32.2%，雖然并未下降到初始值的60%以內(nèi)，但也比較接近，J-C30的最終抗凍等級為F100。F-C30則明顯好于J-C30，其質(zhì)量損失3.0%，動彈性模量損失15.8%。最終F-C30在175次循環(huán)后質(zhì)量損失超過5%，達到6.5%，動彈性模量損失36.0%，抗凍等級則達到F150。通過上訴對比分析，發(fā)現(xiàn)摻粉煤灰的混凝土抗凍性能得到了明顯提高，究其原因主要是由于粉煤灰中活性成分火山灰反應(yīng)生產(chǎn)水化硅酸鈣起到了微填充效應(yīng)，有效堵塞混凝土的毛細孔隙，使水分很難滲入混凝土內(nèi)部，直接減少了凍融帶來的破壞。

4 結(jié)語

粉煤灰對混凝土抗凍性的提升只是其眾多益處之一，人們已經(jīng)清楚的認識到它在混凝土中的重要作用。合理的使用粉煤灰不但能提高混凝土的和易性，還能提高混凝土的耐久性，減少水泥用量，降低混凝土水化熱，降低工程造價等。隨著粉煤灰應(yīng)用研究的不斷深入，粉煤灰在混凝土中的優(yōu)勢將得到更大的發(fā)揮。

參考文獻：

[1] GB/T50082-2009.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法[S].