粉煤灰對C40 自密實混凝土抗凍性能影響研究

羅奇志

（岳陽市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽 414100）

粉煤灰混凝土由于其早期孔結構較普通混凝土粗，也這造成了自密實混凝土的抗凍性降低，于是國內外學者在自密實混凝土的設計過程中采用了多種方法來提高粉煤灰自密實混凝土的抗凍性。張萌等[1]相關研究成果表明礦粉與粉煤灰（3：1）摻合后應用到自密實混凝土中可以有效地提高其抗凍性。趙晉源等[2]則利用礦渣材料實現了改善自密實混凝土抗凍性的目的。Ranjbar等[3]利用向自密實混凝土中摻加棕櫚油燃料灰，發現混凝土抵抗硫酸鹽凍融循環破壞的能力得到了有效的提升。王成啟[4]利用多種礦物摻合料制備了自密實混凝土，通過試驗發現混凝土的抗凍性能有所提升。

近年來，自密實混凝土深受土施工人員的喜愛，其與鋼筋的握裹緊密，可以非常容易的填充模板的各個角落，同時脫模后的強度較普通水泥混凝土大。但粉煤灰究竟是如何影響自密實混凝土的抗凍性還不是很清楚，當然不可否認，有許多科研工作者做了大量的工作，現梳理如下。侯景鵬等發現當摻量為5%的聚羧酸引氣減水劑摻入自密實混泥土后，擁有較好的抵抗水的凍融循環作用；李永靖等在試驗過程中也發現了粉煤灰的摻入導致自密實混凝土的抗凍性能發生了降低，但遺憾的是其并未對其影響規律進行深入的探討；張誼平等向自密實混凝土中摻加了玄武巖纖維后其施工和易性變差，通過鋼筋間隔的能力變弱，但混凝土的耐久性卻得到了提升，特別是采用2 的%添加劑量，其抵抗凍融循環的能力較好；方小婉認為合理的選擇粉煤灰和礦渣用量有助于提高自密實混凝土的抗凍性及抗硫酸鹽侵蝕性。

本文在前人研究成果的基礎上，利用粉煤灰作為活性摻合料，以不同的摻量摻入C40 自密實混凝土中，并開展抗凍性試驗，揭示粉煤灰對自密實水泥混凝土抗凍性能的影響規律。研究成果對合理的選用粉煤灰摻量具有一定的理論指導意義[5-7]。

1 原材料與試驗設計

1.1 原材料

本文所采用的水泥各項技術指標均滿足相關規范的要求；石采用山東產輝綠巖，最大粒徑為25mm；F 類粉煤灰。在整個試驗過程中，C40 自密實混凝土的坍落度和坍落擴展度始終維持在250mm-280mm 和550-650mm[8]。

1.2 試驗設計

針對文章的研究目的，采用等量取代法利用粉煤灰配置混凝土立方體試件，邊長為100mm，粉煤灰用量從零到百分之四十不等，間隔為百分之十隨后進行凍融循環試驗。每20 次循序，取出試件（同一類不少于3 個）測試質量損失率以及抗壓強度，凍融循環次數120 時試驗截止。

2 試驗結果與分析

2.1 粉煤灰對C40 自密實混凝土抗凍性能影響

整理試驗結果并繪圖，如圖1 所示。

圖1 質量損失率

從圖1 不難看出，當凍融循環次數小于40 次時，無論凍融介質如何，C40 自密實混凝土試件的質量損失率均呈現為負值，但損失率的絕對值均不大。出現上述現象的原因是C40 自密實混凝土內部分布著一定數量的微小孔隙，在試驗過程中吸收了一定質量的水分，而此時試件并沒有產生較大的質量損失，因此表現在數值上為負值。

當循環次數小于40 次時，不同粉煤灰摻量的C40 自密實混凝土的凍融循環質量損失率均相仿，不易區分；當凍融循環次數超過40 次且粉煤灰摻量在0%時，C40 自密實混凝土在各凍融循環試驗次數的質量損失率均為最小值，這一規律適用于不同的凍融循環媒介；這說明粉煤灰的摻入使得C40 自密實混凝土的抗凍性降低。

下圖2 為不同粉煤灰摻量下C40 自密實混凝土試件立方體抗壓強度損失率與凍融循環次數的關系圖，凍融介質分別為飲用水和5%Na2SO4溶液。

圖2 不同粉煤灰摻量的強度損失率

由圖2 顯示，當凍融介質為5%Na2SO4溶液時，增大幅度明顯變大，從數值上看，當循環次數為120 時，同摻量混凝土抗壓強度的損失率較凍融介質為水時增幅均大于10%。此外，C40 自密實混凝土試件立方體抗壓強度損失率數值上的變化規律基本上與質量損失率相仿，但并未出現抗壓強度損失率為負值的現象，這也印證了上文對凍融循環試驗早期質量損失率為負值的分析。

2.1 粉煤灰對C40 自密實混凝土力學性能的影響

本文采用不同粉煤灰摻量的自密實混凝土進行坍落度、坍落擴展度、3d、7d、28d 抗壓強度進行測試，測試結果如下表1 所示。

表1 粉煤灰/SP406 自密實混凝土（C40）性能

表1 顯示，隨著粉煤灰摻量的逐漸提高，C40 自密實混凝土的3d、7d 及28d 抗壓強度逐漸減小，但減小程度均不大，且后期隨著粉煤灰自身火山灰反應的持續進行，這種強度之間的差距將會逐漸得到彌補。但值得注意的是隨著粉煤灰摻量的逐漸增大，自密實混凝土的坍落度則逐漸減小、坍落擴展度也逐漸減小，這說明粉煤灰的摻入使得自密實混凝土的施工和易性有所降低，這對自密實混凝土的密實性有一定的影響。

總結粉煤灰對C40 自密實混凝土抗凍性以及其他技術性能的影響規律，不建議在自密實混凝土中摻入摻量較大的粉煤灰，以免造成抗凍性及施工和易性損失較大。

3 結論

本文相關結論現梳理如下：

（1）粉煤灰對C40 自密實混凝土的抗凍性能有害，且隨著其在混凝土中的用量越多，混凝土抵抗硫酸鈉及水的凍融破壞的能力就越弱；

（2）粉煤灰摻量越大，混凝土28 天內各個齡期的立方體抗壓強度略有降低，施工和易性也有所降低；

（3）針對抗凍性，如若必須使用粉煤灰，則可以采用其他提高抗凍性能的措施，以減小粉煤灰的摻入所帶來的抗凍性的損失。