大掺量粉煤灰抗冻混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 1 0期 (总 第 3 0 0 期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E 大掺量粉煤灰抗冻混凝土的试验研究 刘振 。张众 ( 1 山东天元建设集 团，山东 临沂 2 7 6 0 0 0 ；2 山东理工大学 ，山东 淄博 2 5 5 0 0 0 ) 摘要： 试验进行了粉煤灰掺量为 0 - 7 0 、 含气量为 5 7 的抗冻混凝土的配制， 并对其进行 了 5 0 次、 1 0 0 次的冻融 ， 测定 了冻 融前后的强度 ， 以及冻融后 的抗冻指标和强度损失率。 试验结果表明： 粉煤灰混凝土在 2 8 d 及冻融后时的强度都要高于基准混凝 土 ， 当粉煤灰掺量为 6 0 时， 其强度最高 ； 试件经过冻融以后 ， 抗冻指标满足要求， 但强度损失严重， 这说明抗冻指标并不完全反应冻 融效应 ， 还应考虑冻融后混凝土力学性能的劣化。 关键词： 大掺量粉煤灰 ；含气量 ；冻融循环 ；力学性能 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 1 0 3 0 2 S t u dy o f a n t i f r e e z e w it h h i g h v ol u m e f l y a s h c on c r e t e LI UZhe n ， ZHANG Zh o n g ( 1 S h a n d o n gT i a n y u a nCo n s t r u c t i o nGr o u p ， Lin y i 2 7 6 0 0 0， C h i n a ； 2 S h a n d o n gUn i v e r s i t yo f Te c h n o l o g y ， Z i b o2 5 5 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e e x pe r i me n t o n t h e fly a s h c o n t e n t i s 0 -7 0 ， g a s c o n t e n t i s 5 -7 o f a nt i fre e z i ng c o n c r e t e p r e p a r a t i o n， a n d c a r r i e s o n t h e f i t i me s ， 1 0 0 t i me s o ffre e z i n g a nd tha wi n g， f o r the d e t e r mi na t i o n o ff r e e z i n g a n d t h a wi ng a n d s t r e ng t h， a n d fre e z i ng an d t h a wi n g o f a n t i f r e e z i n g i n d e x a n d s t r e n g t h l o s s r a t e T e s t r e s u l t s s h o w tha t the fl y a s h c o n c r e t e i n and d a n d a ft e r fre e z i n g and tha wi n g o f s t r e n gth wi l l be h i g h e r t h a n the ba s e c on c r e t e ， whe n the fly a s h c o nt e n t wa s 6 0 ， the h i g he s t s t r e n g t h； S p e c i me n a fte r fre e z i n g an d tha wi ng l a t e r ， an t i f r e e z i n g i nd i c a t o r s me e t the r e q u i r e me n t s ， b u t s t r e n g t h l os s s e r i o u s， t h i s s ho ws a n t i - fre e z e i n de x i s n o t c o mpl e t e l y r e a c t i o n fre e z i n g a n d tha wi n g e f f e c t s ho u l d a l s o b e c o n s i d e r e d， t h e me c ha ni c a l p r o p e r ty o fc o n c r e t e a f t e r fre e z e - t h a w d e t e r i o r a t i o n K e y wo r d s ： h i gh v o l u m e fl Y a s h ； g a s c o n t e n t ； fr e e z e - tha w c y c l e ； me c h a n i c a l p r o p e r t i e s 0 引 言 大量研究资料表明：掺人活性的矿物掺合料是解决混 凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一 ， 然而， 目前 以粉煤灰 为矿物掺合料的混凝土结构 ，由于冻融而损坏的现象很严 重 ， 影响了粉煤灰 的推广应用水平。 而且从承载力设计 的角 度看 ， 按抗冻等级和抗冻最低强度等级设计的混凝土 ， 受冻 后可能会超 出“ 混凝 土表面发 生轻微 损伤 ， 不损害结构的 承载力” 的耐久性极限状态， 但 目 前大量的研究分析了冻融 循环对混凝土各组分 的影响 ， 在环境和材料角度提 出了影 响混凝土抗冻性 的参数 ， 而基本没有涉及混凝土冻融后力 学性能 的劣化 。 文献 1 试验表 明： 7 6 1V I P a的掺量 3 0 的蒸 养粉煤灰混凝土( 未引气 ) ， 经 3 0 0 次冻融循环后 ， 相对动弹 性模量为 9 5 6 3 ， 抗压强度损失 4 4 ， 劈拉强度损失 1 4 4 ； NB o u z o u b a a的试验表明回 ： 2 4 MP a 掺量为5 5 的粉煤灰混 凝 土( 含气量 7 2 ) ， 在 3 0 0 次冻融循环后 ， 耐久性指标为 9 5 ， 但抗 弯强度 损失 1 7 4 。 由此可见 ， 冻融后粉煤灰混 凝土力学特性的劣化相 当严重 。 仅有的考虑冻融后强度 的 C E C S 2 2 0 - - 2 0 0 7 ( 混凝土结构耐久性评定标准规定 ， 目前 收稿 日期 ： 2 0 1 4 _ 0 4 - 0 6 基金项 目：山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项 目 ( 2 0 0 9 B S B 0 2 0 1 2 ) 也 主要适用 于未 引气普通混凝 土冻害的损伤评定 ， 因此 ， 冻融后混凝 土力学指标 的试验研究可 以为抗冻耐久性指 标提供参考 。 本研究针对混凝 土的抗冻性 ， 选用粉煤灰掺量 、 含气 量以及强度三个 因素 ， 考察三者在抗冻混凝土 中的最优化 ， 为今后抗冻混凝土的配制提供经验 ， 为规 范对粉煤灰 用量 的修订提供试验参考 。 1 试验材料及试验过程 1 1 材料 水泥 ： 淄博 中昌特种水泥有限公司 4 2 5 级高抗硫酸盐 硅酸盐水 泥 ， 表观 密度 3 0 0 0 k g m3 ； 粉煤灰 ： I 级粉煤灰 ， 密度 2 2 0 0 k g m ， 其他指标见表 1 ； 砂 ： 淄博沂源河砂 ； 石 ： 碎 石 ， 粒径为 5 1 0 m m、 1 0 2 0 m m； 砂石分析见表 2 ， 外 加 表 1 粉煤灰的化学成分 粉煤灰 烧失量 需水量比 S O 3氯离子 c a O 含水率 标准 3 0 1 0 0 3 0 0 2 1 0 1 1 2 检测 1 8 9 9 2 0 8 4 0 0 1 0 5 8 4 0 1 5 l 0 1 03 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ： 曼 夫 s P 8 - c N 聚 羧 酸 系 高 效 减 水 剂 ， 巴 斯 夫 3 0 3 型 2 结 果 与 分 析 引气剂。 。 表 2 骨料的物理性质 1 2试 验 过程 根据对试验材料的分析结果， 参照 J G J 5 5 2 0 1 1 普通 混凝土配合比设计规程 ， 制作了 1 0 0 m mx l 0 0 mmx l 0 0 mm 的试块 ， 在整个配制过程中对骨料 的含水率进行了实时检 测。 由于混凝 土的抗压强度是 以边长 为 1 5 0 m m 的立方体 试件的试验结果为标准 ， 试验数据应在实测基础上乘以 0 9 5 的系数 ， 以下数据已进行修正 。 从 图 1中可以看 出 ， 随着粉煤灰掺量 的增加 ， 混凝 土 的 3 d 强度逐渐减小 ， 而 7 d 和 2 8 d的强度 ， 除了粉煤灰掺 量为 7 0 以及 6 0 的7 d 强度， 其余掺量的强度都要高于 0 掺量时的混凝 土强度 ， 显示 了粉煤灰 对混凝 土的早期有 负效应 ， 对后期强度有明显优势， 与传统理论是吻合的。 但 本试验 中的混凝土含气量在 6 左右 ， 从含气量对强度的折 减影响来分析 ， 含气量每增加 1 ， 对于高强混凝土强度就 会 降低 2 8 t3 ， 从结果 中可 以看 出 ， 在满足强度及工作性 要求的情况下 ， 通过调节配合 比， 将含气量控制在 6 左右 ， 粉煤灰掺量能够提高到 6 0 。 而且有了粉煤灰和含气量的 掺入 ， 不仅节约能源而且能够提高混凝土的耐久性。 表 3 试验配合 E B 及强度和工作性 4 O 35 日 3 O 室 2 5 蓍 2 0 1 5 1 0 5 0 1 0 2 0 3 O 4 0 5 O 6 0 7 O 粉煤灰掺量 ， 图 1 粉煤灰掺量对强度的影响 从表 4 、 5 及 图 2 看 出 ， 在 5 0 次冻融循环 中， 混凝土试 件 的质量损失率大部分在 1 左右 ， 相对动弹性模量在8 0 以上 ， 强度折减 2 0 左右 ； 在 1 0 0 次冻融循 环中， 混凝土试 件的质量损失率除了粉煤灰掺量 7 0 超过 5 以外， 其余都 在 3 左右， 相对动弹性模量都在 8 0 以上， 然而强度折减 了 5 0 左右 ， 从此可 以看出 ， 即使质量损失率和相对动弹 性模量能够达到要求 ， 由于冻融后强度的损失过大 ， 会严 重影响混凝土建筑物 的长期耐久性 ， 然而 ， 在建筑物 的抗 冻设计时， 采用的是冻融前 的力学指标进行承载力设计 ， 并 表 4 5 0次冻融循环后混凝土的性能指标 1 0 4 下转第 1 1 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 2 ) 在一定范围内 ， 随着砂率的增加 ， 新拌混凝 土的流 动性增加 ， 工作性能得 到一定 的提高。 当砂率为 4 5 时 ， 新 拌混凝土的工作性能最好。 ( 3 ) 随着时间的增长， 新拌混凝土工作性能下降， 添加 适量的聚羧酸高性能减水剂可以恢复其坍落扩展度， 但 T 如流动时间变长 。 ( 4 ) 给出的坍落扩展度经时损失公式计算简单 ， 计算 结果准确 ， 可以作为新拌混凝土经时损失评价的参考。 参考文献： 【 1 1 肖建庄 再生混凝土【 M 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 2 张国庆， 宁金香， 倪淑娜， 等启密实再生骨料混凝土试验研究叨 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 5 9 6 2 ， 7 5 【 3 D G T J 0 8 2 0 1 8 2 0 0 7 再生混凝土应用技术规程 s 上海 ： 同济 大学出版社 ， 2 0 0 7 4 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2自密实混凝土应 用技术规程 s 】 E 京 ： 中国建 上接 第 1 0 4页 +5 0 次质量损失率 +1 0 0 次质量损失率 +5 0 次强度损失率 0 l0 2U 3U 40 0 O0 ， U 粉煤灰掺量 图 2 冻融前后混凝土性质的变化规律 没有充分考虑冻融后混凝土力学性能的劣化 ， 这应该是建 筑物严重冻融破坏 的一个重要原 因， 因此 ， 应该将抗冻耐 久性指标与混凝土强度等力学指标联系起来， 把结构的耐 久性和承载能力极 限状态结合起来 ， 对混凝土的抗冻耐久 性进行综合评判。 从图 3 可以看 出， 随着冻融次数 的增加 ， 在 5 0次冻融 循环后 ， 试件的表面出现“ 掉皮” ， 但到了 1 0 0次时 ， 剥蚀现 象变得严重 ， 表层露 出了粗 骨料 ， 在测量 强度时 ， 能听到 “ l 少 少 ” 的声音 ， 而且在破坏 时 ， 试件 相 当一部分 直接 “ 酥 碎 ” ， 并且 ， 从切 割的断面来看 ， 试件 内部出现较多的孔 。 而 且 7 0 掺量的粉煤灰混凝土在 5 0 次冻融循环后的质量增 图3冻融前后混凝土外观对 比 筑工业出版社 ， 2 0 1 1 【 5 】安雪晖 ， 黄绵松 ， 大 内雅博 ， 等 自密实混凝土技术 手册 【 M E 京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 8 f 6 】6 C C E S 0 2 -2 0 0 4 ， 自密实混凝土设计与施工指南 s _ E 京： 中国 建筑工业出版社， 2 0 0 5 【 7 】G B T 2 5 1 7 7 -2 0 1 0 ， 混凝土用再生骨料【 s 】 E 京 ： 中国标准出版 社 ， 2 0 1 0 【 8 】徐杰， 叶燕华， 朱铁梅 砂率对自密实混凝土工作性能的影响【 J J 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 1 0 1 1 0 3 ， 1 1 5 9 】陈翠丽 高强度混凝土坍落度经时损失原理及解决方法【 J 】 山西 建筑， 2 0 1 3 ， 3 9 ( 1 7 ) ： 9 4 9 5 作者简介 联系地址 ： 联系电话 ： 吴春杨( 1 9 9 0 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 主要从 事新型建筑材料研究。 江苏省镇江市梦溪路 2号 江苏科技大学( 2 1 2 0 0 0 ) 1 35 8 4 48 92 2 6 大了， 这有悖于传统理论 ， 分析认为可能是在冻融的过程 中， 由于混凝土的孔结构扩大 ， 水进入孔隙 ， 造成 了质量的 增大 ， 这也可以说 明质量损失率不能完全的反应混凝土的 抗冻性 。 3结 论 ( 1 ) 在满足强度及工作性要求的情况下 ， 通过调节配合 比， 将含气量控制在 6 左右， 粉煤灰掺量能够提高到 6 0 。 ( 2 ) 质量损失率和相对动弹性模量并不能完全反应混 凝 土的抗 冻性 ， 应该 考虑冻 融后 的力学性 能指标 ， 建议将 抗冻耐久性 指标与混凝 土强度等力学指标联 系起来 ， 把结 构的耐久性和承载能力极限状态结合起来 ， 对混凝土的抗 冻耐久性进行综合评判。 ( 3 ) 从混凝土试件测强度及切 断面的现象可 以显示 ： 混凝土的内部孔结构应该是冻融破坏的一个重要 因素。 参考文献 ： 1 1谢友均， 冯星， 等 蒸养混凝土抗压强度和抗冻性能试验研究I J 1 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 3 2 3 4 2 B OU Z OU B AA N， Z HA NG M H， e t a 1 Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a bi l i t y o f c o n c r e t e ma d e wi t h h i g h v o l u me fly a s h b l e nd e d e e me n t s u s i n g a c o a r s e fl y a s h C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 31： 1 3 93 1 4 0 2 【 3 】冯乃谦 高性能混凝土结构 M 北京： 机械工业出皈社， 2 0 0 4 ： 1 9 0 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 刘振( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 技术员。 山东省潍坊市奎文区潍州路与宝通街交汇处东 2 0 0 米和扬万悦城天元 2 1 2 项目部( 2 6 1 0 0 0 ) 1 3 40 6 6 8 021 2 1 l 3 加 如 如如 0 d 联 ， 僻 麓 斟 唧峰 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m