粉煤灰对混凝土耐久性影响的试验研究

郭林涛,周 艳

(西北农林科技大学 水利与建筑工程学院,陕西 杨凌712100)

0 前 言

混凝土结构或构件由于长期暴露于自然环境中,经常会受到温度、干湿变化、冻融交替、化学侵蚀等各种作用的破坏,从而会影响到混凝土的使用寿命[1]。因此,在实际工程中就要求混凝土必须具有良好的耐久性。混凝土的耐久性研究内容非常广泛,一般包括:抗渗性、抗冻性、耐化学腐蚀性、抗碳化性能、干缩以及耐磨性等等[2,3]。

目前,我国部分混凝土结构的耐久性劣化是一个普遍存在的问题,每年都要花费大量的人力和物力来用于处理各种混凝土病害。因此,如何提高混凝土的耐久性是一个迫切需要解决的问题,具有十分重要的意义。为了提高混凝土的耐久性,本文主要研究了粉煤灰掺量对于混凝土力学性能和耐久性的影响。

1 试验原材料

(1)粉煤灰:Ⅰ级粉煤灰,其细度、二氧化硫含量、烧失量等指标均符合Ⅰ级粉煤灰标准。其化学成分和品质指标见表1。

(2)水泥:赛马P.O42.5水泥,安定性和细度等指标均符合《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)的要求,与混凝土外加剂的适应性良好。其化学成分和物理力学性能分别见表2和表3。

(3)粗骨料:碎石,表观密度为2 680 kg/m3,堆积密度为1 344 kg/m3。

表1 粉煤灰的化学成分及品质指标/%

表2 胶凝材料的化学成分/%

表3 胶凝材料的物理力学性能

(4)细骨料:粗砂,细度模数为2.8,堆积密度为1 474 kg/m3。

(5)外加剂:高效减水剂和引气剂。

2 粉煤灰对混凝土力学性能和耐久性的影响

2.1 粉煤灰对混凝土抗压强度的影响

试验按照我国现行的水利行业标准《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)中混凝土的立方体抗压强度试验方法进行[4],试验配合比见表4。

表4 混凝土抗压强度试验配合比

本次试验主要测试了7 d和28 d龄期时混凝土的抗压强度,对试验数据进行计算整理,并绘制了强度柱形图,如图1所示,由图1可以看出,掺用粉煤灰后,混凝土的早期抗压强度明显降低,且随着粉煤灰掺量的增加而降低。本次试验仅测了7 d和28 d龄期的强度值,即早期抗压强度,至于混凝土的后期抗压强度需要通过进一步的试验研究来分析。试验证明,掺用粉煤灰后,混凝土的后期强度得到了大大的提高。

图1 粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响

2.2 粉煤灰对混凝土干缩的影响

试验按照我国现行的水利行业标准《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)中混凝土的干缩(湿胀)试验方法进行[4],试验配合比见表5。

表5 混凝土干缩试验配合比

对本次干燥收缩试验实测的数据进行整理、计算,并用Excel绘制干缩率的曲线图,如图2所示,从图中可以看出,粉煤灰掺量对混凝土的干燥收缩影响也较为显著。在水灰比一定的情况下,混凝土的干缩率随着粉煤灰掺量的增加而降低。

图2 粉煤灰掺量对混凝土干缩的影响

2.3 粉煤灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

本试验按照《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》GB/T749-2008进行试验研究,具体试验步骤如下[5]:

(1)按照用于混凝土耐久性试验的配合比拌和,然后用5 mm的筛子将混凝土拌合物过筛,装入水泥试模中。

(2)脱模后的试块放入20℃水中养护7 d,取出分成两组。一组3块放入20℃水中养护,一组3块放入3%硫酸钠侵蚀溶液中浸泡。

(3)试件在容器中浸泡时,每条试件至少有200 mL的浸泡溶液,液面应高出试件顶面10 mm,为避免蒸发,容器必须加盖。

(4)试件经20℃水中养护7 d和在硫酸钠溶液中浸泡28 d后,取出后进行抗折试验,抗压试验,测量质量损失。试验配合比见表6。

表6 抗硫酸盐侵蚀试验混凝土配合比

对试验结果进行整理计算,得出质量增加率试验结果如表7。并对浸泡在2种不同溶液中的混凝土试件的28 d抗压强度和抗折强度进行对比,如图3和图4。

通过图3和图4,可以得出以下结论:

(1)从28 d龄期的混凝土抗硫酸盐浸泡试验结果来看,所有在硫酸钠溶液中浸泡28 d的试件,其抗压强度、抗折强度均比28 d水中养护的试件高,质量不但没有损失,而且均有不同程度的增加。

(2)在粉煤灰掺量为20%～60%时,试件的质量增加率相差不多,但是对于粉煤灰掺量为0%和80%的试件,质量增加率较大,尤其当粉煤灰掺量为80%时,质量增加率最大;当粉煤灰掺量较大时,可以明显地提高抗折强度,而对抗压强度提高不明显。

表7 混凝土抗硫酸盐侵蚀质量增加率试验结果

图3 抗折强度对比图

(3)本次试验成果仅是在用3%硫酸钠溶液浸泡28 d后所得出的结果,至于在更长龄期后的粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能只能通过进一步的试验研究来分析。

3 结 语

通过粉煤灰对混凝土耐久性影响的试验研究,得出以下结论:

(1)粉煤灰对混凝土的早期强度影响较大,随着粉煤灰掺量的增加,早期强度明显降低,但是对混凝土后期强度的影响不大,混凝土掺用粉煤灰后,后期强度得到了极大的提高。

图4 抗压强度对比图

(2)粉煤灰的掺量对混凝土的干燥收缩影响也较为显著,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的干燥收缩变形得到了显著的降低。

(3)掺用粉煤灰后,混凝土试件在硫酸钠溶液中浸泡28 d后,其抗压强度、抗折强度均比28 d水中养护的试件为高,质量不但没有损失,而且均有不同程度的增加。

[1] 甄永严.粉煤灰在水工混凝土中的应用[M].北京:水利电力出版社,1992.

[2] 西安建筑科技大学,华南理工大学,重庆大学,等.建筑材料[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3] 刘数华,方坤河,曾力.粉煤灰对混凝土耐久性的影响[J].粉煤灰,2004,16(6):6-7.

[4] SL352-2006.水工混凝土试验规程[S].北京:中国水利水电出版社,2006.

[5] GB/T749-2008.水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法[S].北京:中国标准出版社,2008.