超掺量粉煤灰混凝土的耐久性研究

时间：2024-05-20

谭学生

（中国水利水电第十二工程局施工科学研究所浙江建德 311600）

0 前言

粉煤灰是工业废弃料，俗称“工业三废”，合理利用粉煤灰可以减少污染保护环境，本文对超掺量粉煤灰混凝凝土（25%－35%）的物理性能和耐久性进行试验研究，通过激发剂和引气高效减水剂的使用，改变混凝土的抗冻、抗硫酸盐侵蚀、抗冲磨等耐久性能。

1 试验用原材料及混凝土配合比

1.1 原材料

试验用水泥为富阳山亚南方水泥有限公司产P·O42.5级水泥；粉煤灰为宁波北仑电厂Ⅰ级粉煤灰；细集料采用桐庐本地的河砂，细度模数2.6；粗骨料采用桐庐中山的碎石（5～31.5mm）；外加剂采用山西黄腾外化工有限公司生产的HT－YQ 引气型高效减水剂，粉煤灰活性激发剂采用自制无机盐复配的活性激发剂J－1。

1.2 混凝土配合比

配合比设计如下，混凝土强度等级为C30，粉煤灰掺用超量替代，超量系数为1.1，设计混凝土坍落度为90±10mm。

表1 试验用混凝土配合比（单位：kg/m3）

2 混凝土力学试验结果和分析

由表2 可见在水胶比保持不变的情况下，混凝土的强度变化随着粉煤灰的掺量的增加而略微有所降低，对于有掺加无机盐复配的活性激发剂的粉煤灰混凝土，其早期强度较普通粉煤灰混凝土要高，但是还是略低于普通混凝土，后期强度影响不大。

表2 混凝土抗压强度试验结果

3 混凝土耐久性能试验结果及分析

3.1 超掺量粉煤灰混凝土的抗冻融性能试验

表3 快冻法试验试验结果

由表3 可以看出，100 次冻融循环下的混凝土的动弹模量下降至38%，抗冻性能差；引气剂的掺加，极大的改善了混凝土的抗冻性能，大量的气泡的形成，阻隔了毛细孔之间相互连通，极大地消解了混凝土内部产生的拉应力，同时气泡连接毛细孔壁产生的微笑裂缝后，可减少裂缝尖端的应力集中效应，迟滞裂缝的扩展和连通。同时随着粉煤灰掺量的增加混凝土抗冻性能降低，这是因为掺加粉煤灰的混凝土，早期粉煤灰的水化反应缓慢，对水泥石的结构没有改善，降低了水泥石对应力的抵抗能力。而掺加活性激发剂后，混凝土的早期强度提高较未掺加激发剂的粉煤灰混凝土早期强度高，这说明粉煤灰在激发的作用下改善了混凝土的孔结构，减少了孔隙，阻断了部分连通孔，降低了游离水在冻结时产生的膨胀应力和渗透压力，改善了混凝土的抗冻性能。

3.2 超量粉煤灰混凝土的抗渗性能

表4 混凝土抗渗性试验结果

由表4 可以看出，对于粉煤灰和引气型高效减水剂双掺的混凝土而言，其抗渗性能有了明显的提高。尤其是掺加活性激发剂的高掺量粉煤灰混凝土，其28 天抗渗性能表现非常好，优质粉煤灰和高效减水剂的使用可以降低混凝土用水量，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的密实性，减少其内部的孔隙数量和孔径，由于粉煤灰的填充作用，还大大的减少了混凝土由于泌水而引起的连通孔的数量，从而提高了混凝土密实性，进而提高混凝土的抗渗性能。同时表4 中的平均渗透高度可以看出，对于掺加了同时激发剂和粉煤灰的混凝土来说，其抗渗性能明显高于普通混凝土，而且随着龄期的增长这类混凝土混凝土的抗渗性能还会增加。

3.3 抗硫酸盐类试验结果及分析

表5 抗硫酸盐类试验结果

由表5 的强度变化率可以看出，粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性较普通混凝土的抗硫酸盐性能有明显的提高, 尤其是参量达到30%左右时抗硫酸盐侵蚀性能最好, 对于同时掺入活性激发剂和粉煤灰的混凝土而言，其抗侵蚀性能较单掺粉煤灰的混凝土也有提高。这是由于粉煤灰的火山灰反应，大大降低了水泥混凝土中的氢氧化钙的含量，同时由于粉煤灰填充效应改善了混凝土内部的孔结构和分布，也起到了抵抗硫酸盐侵蚀的作用。

3.4 抗冲磨性能试验结果及分析

表6 抗冲磨性能试验结果

一般来说，混凝土的耐磨蚀性能随着混凝土抗压强度的变化而变化，选用硬质耐磨骨料和掺用微珠含量高的优质粉煤灰也会提高混凝土的抗冲耐磨性能。由表6 可以看出，粉煤灰混凝土的磨损率是随着粉煤灰掺量的增加而增加，粉煤灰混凝土与普通混凝土相对比，掺量在一定范围时其抗磨损性能有所提高，通过试验可以看出，30%掺量的粉煤灰混凝土与普通混凝土的抗冲磨性能接近，而掺加了激发剂之后，30%掺量的混凝土的抗冲磨性能有了明显的提高，考虑到粉煤灰混凝土后期强度的增长，混凝土的抗冲磨性能仍然会有一定的提高。