高掺量粉煤灰对混凝土抗冻性能的实验研究

2014-04-15孟宗

建材世界 2014年6期

孟宗

（辛集市通畅混凝土有限公司，辛集 052300）

混凝土的冻融破坏是北方地区常出现的耐久性问题［1］。粉煤灰是煤粉炉烟道中收集的粉末，是一种工业废渣，如不合理利用，不仅污染环境，还会造成大量浪费。因此，如何合理使用粉煤灰，在现实中，有重大意义。在实际应用中，混凝土工程由于各方面因素的影响，其性能都可能发生改变，特别是在北方的大环境中，混凝土的抗冻性能的优劣，直接影响其使用寿命。由于粉煤灰的掺入改善了混凝土的内部孔隙结构结构，使孔细化，导致冰点降低，使冻孔数量减少［2］。因此，粉煤灰合理取代部分水泥后，不仅降低水化热，混凝土抗冻性也可达到甚至超越不掺粉煤灰混凝土的抗冻水平，后期强度较高，并且大大节约了水泥用量，达到节约生产成本，产生经济效益和社会效益的目的。不同掺量粉煤灰对混凝土各项性能影响不同［3］，文章重点研究高掺量粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响，通过试验研究讨论粉煤灰的实效性，并确定粉煤灰的相对最佳使用量。

1 粉煤灰对混凝土抗冻性能实验

1）水泥：金隅鼎鑫水泥厂生产的普通水泥，等级强度42.5，密度3.06g/cm3.

2）减水剂：TB－16聚羧酸高性能减水剂，非引气型。

3）粉煤灰：F类Ⅱ级粉煤灰，其质量指标如表1所示。

表1 粉煤灰质量指标

4）细骨料：灵寿砂，Ⅱ区中砂，细度模数为2.6，表观密度为2 610kg/m3

5）粗骨料：井陉山碎石，粒径5～20mm，表观密度2 740kg/m3

6）水：标准饮用水。

试验配合比如表2所示，以国家标准（GB/T 50082—2009）《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》为依据，将混凝土试件在水冻水融条件下，以经历快速冻融的循环次数来表示混凝土的抗冻性能。混凝土试件为尺寸100mm×100mm×400mm的棱柱体，每3块为一组。成型24h后拆模，在标准养护室内养护24d，取出后在（20±2）℃水中浸泡4d，浸泡时，液面高出试件顶面20～30mm。最后按要求放入冻融试验箱中，开始进行冻融循环试验，通过混凝土试件质量损失和混凝土相对动弹性模量来评价混凝土的抗冻性能好坏。

表2 混凝土试验配合比

2 结果与讨论

试验结果如表3、表4、表5及图1所示。

表3 混凝土质量损失结果

表4 混凝土相对弹性模量结果

表5 混凝土耐久性系数

由表3可知，试验随着冻融循环次数的增加，整体上，混凝土A、B、C、D、E质量损失都是增加的，只是质量损失速度不同。其中，混凝土B与混凝土A质量损失速度较为接近，混凝土C、D、E质量损失速度较快。

由表4可知，试验随着冻融循环次数的增加，整体上，混凝土A、B、C、D、E相对动弹性模量均下降。其中，动弹性模量下降速度最慢的为混凝土B，并且优于基准混凝土A；混凝土C，D动弹性模量下降趋势与基准混凝土A接近，但差于基准混凝土A；混凝土E动弹性模量下降速度最快，是混凝土A、B、C、D、E中最差的。

由图1可知，在混凝土A，B，C，D，E中，混凝土B的耐久性系数最大，为17.6，是基准混凝土A耐久性系数的177%，而混凝土C、D、E的耐久性系数均低于基准混凝土A，分别为97%、85%、45%。

在本试验中，混凝土B耐久性系数远远高出基准混凝土A，这是因为其质量损失稍微高于基准混凝土A，但是相对动弹性模量却始终高于基准混凝土A，所以粉煤灰取代水泥量为30%时，其抗冻性不低于基准混凝土。这主要是因为粉煤灰在混凝土中发挥良好的形态效应、活性效应以及微集料效应［4］。

相对来说，本试验中，混凝土C，D，抗冻性能较差，混凝土E最差，这是因为粉煤灰在混凝土中发挥作用进行水化反应需要分两步进行，其中的二次水化反应是在水泥水化反应的基础上发生的，所以粉煤灰取代量越大，水泥水化产物相对越少，二次水化的水化产物相应减少，水化产物的总量减少，并且那时（28d龄期）粉煤灰的有效活性并未完全发挥，且构成水泥石最重要的组成部分就是水化产物，所以水化产物减少导致混凝土的密实性变差。其次，随着粉煤灰掺量的增加，在相同水胶比下，水泥浆体体积增大，降低了单位体积内的含气量，影响了混凝土的抗冻融性能［5］。再次，当粉煤灰过量取代水泥时，混凝土中粗、细集料相对减少，但是，粉煤灰颗粒较细，不能使粗骨料中的空隙完美地被细骨料填充，出现级配断层，降低混凝土密实性。混凝土密实性下降，混凝土抗冻性变差。