粉煤灰对混凝土干湿循环抗冻性能的影响.pdf

浙 江建 筑 ， 第 3 2卷 ， 第 1 0期 ， 2 0 1 5年 1 0月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，Vo 1 3 2，No 1 0，Oc t 2 0 1 5 粉煤灰对 混凝土干湿循环抗冻性能的影 响 I n f l u e n c e o f F ly a s h t o t h e F r o s t Re s i s t a n c e i n Dr y - W e t Cy c l e o f Co n c r e t e 杨海 明 ， 邓 亚芬 ， 张世 杰 Y A NG H a i mi n g ， D E NG Y a f e n ，Z H A N G S h ( 1 浙江省天和建材集团有限公司， 浙 江 杭州 3 1 0 0 0 8 ； 2 浙江省建筑科 学设计研究院有限公司 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 2 ) 摘要 ： 研究了粉煤灰对混凝土在千湿循环条件下 的抗冻性能的影响。试验分别在粉煤灰掺 量为 ： 0 、 1 5 、 3 0 、 4 5 的条 件下 ， 测试 C 3 0混凝士干湿一 冻融循环后 的强度与质量损失变化 ， 结果表 明， 粉煤灰 掺量 为 l 5 时 ， 混凝土在干湿循环 条件下的抗 冻性最好 ， 并且可以明显观察 出干湿一冻融循环对 混凝土 的破坏大于混凝土单 独受冻融循环破坏 ， 粉煤灰 的掺入 量越 大混凝士的 质量损失越大。 关键词 ： 混凝土； 粉煤灰 ； 干湿冻融 ； 抗冻性 ； 抗压强度 中圈分类号 ： T U 5 2 8 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 5 40 3 混凝土 已成为 目前土木工程 中应 用最广泛 的 建筑材料。但很多工程 在使用 1 O一2 0年后 ， 就 由 于混 凝 土 耐 久 性 不 足 而 导 致 过 早 破 坏 ， 造 成 了 巨 大的经济浪费 ， 这一普 遍现象 在世界各 国引起 了 学 术 界 、 工 程 界 的高度 重视 。我 国水 工 建 筑物 耐久性调查显示 ： 在寒冷地 区的水工混凝土建 筑物 ， 几乎所有工程都存在冻融破坏 ， 有些为局部 破坏 ， 有些 为大 面积破坏 。与普 通环 境条件 下混 凝土相 比， 处 于干湿 循环条件 下 的混 凝土往 往承 受着更大 的冻融破坏 ， 是建筑物最为薄弱 的部分 ， 但 目前 国 内 外 对 于 混 凝 土 干 湿 一 冻 融 循 环 破 坏 的 研 究 相 对很 少 。 影响混凝土抗冻性 的主要 因素有水胶 比、 混凝 土的孔隙率与孔 隙特征、 矿物掺合料。而提高混凝 土抗冻性的方法是 ： 适当加入外加剂 “ ， 严格控 制水灰 比， 适 当掺入矿物掺合料 ， 加强养护条件 ， 减 少混凝土早期受冻破 坏 卜 J 。 目前 国内的预拌混 凝土几 乎都 使用 粉煤 灰 ， 应 用 粉 煤 灰 已成 为 提 高混 凝土的整体性能、 降低成本的最有效技术途径之一。 收稿 日期： 2 0 1 5 0 62 3 作者简介： 杨海 明( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 湖北人， 工程师 ， 从事施工技术管理工作 。 但在有抗冻性要求的混凝土中掺人多少粉煤灰 比较 合理 ， 这需要我们进行大量的研究。尤其是在处 于 干湿一 冻融循 环 环境 中的混 凝 土 ， 需 要 更 加 准确 、 更 加合理 的粉煤灰 掺量 ， 以满 足真实情 况 的抗 冻性 要求 ” 。 浙江虽然地处南方 ， 但是随着极端天气的增多 ， 混凝土 冬期 也可 能受冻 害 。本 文 主要研究 粉煤 灰掺 量对 混凝 土干湿 循环条 件下 抗冻 性能 的影 响。 1 试 验原料及 方法 1 1 原 料 ( 1 ) 水 泥 ： 选 用 海 螺水 泥厂 生 产 的 P 0 4 2 5普 通硅 酸盐水 泥 。 ( 2 ) 骨料 ： 碎石 ， 52 0 m i ll选续 级配 ； 砂 ， 细度 模数为 2 7的中砂， 骨料满足要求。 ( 3 ) 粉煤灰 ： 二级粉煤灰 ， 其物理性能见表 1 。 ( 4 ) 减水剂 ： 传化聚羧酸减水剂。 第 1 0期 杨海明等： 粉煤灰对混凝土干湿循环抗冻性能的影响 5 5 表 1 粉煤灰物 理性 能 相对密度 需水量 粉煤灰( g t in 3 、 细度 、 烧失量 4 1 0 2 5 二级粉煤灰 2 3 6 5 5 9 5 2 1 2试 验 方 法 1 2 1 配合 比 试 件尺 寸 1 0 0 m m 1 0 0 mm1 0 0 m m。粉 煤 灰 等量 替 代 水 泥 的含 量 为 0、 1 5 、 3 0 、 4 5 。水 灰 比 0 4 5 。其配合比见表 2 。试件采用保湿养护， 1 d 后拆 模 ， 在 标 准 养 护 条 件 下 ( 养 护 温 度 ( 2 02 ) ， 相对湿度 9 5 以上) 养护 2 8 d后 ， 试件开始干湿冻 融循环试验。 表 2 C 3 0混凝 土配合比 k g m 1 2 2冻融 试验 ( 1 ) 冻融 制 度 。试 件 浸 泡 在 液 体 中 ， 液 体 覆 盖 试件顶端 ， 冻融时 ， 试件 中心 的最高温度和最低温度 控制在 5 和 一1 0 ， 每次冻 融循环约在 4 h内完 成 ， 其 中融 化 时间 大约 为 1 h ， 冻 化 时 间 大 约 为 3 h 。 冻结与融化终 了时， 试件 中心温度应控制在 (一1 0 2) 和 ( 52) 。 ( 2 ) 干湿循 环制度。使用烘箱进 行干燥 ， 干燥 温度为 6 0 C， 时间为 6 h 。在清水 中浸泡 混凝土使 混凝 土湿 润 ， 时 间为 1 8 h ， 一次 干湿 循环 为 2 4 h 。 试件标养 2 8 d后 ， 先在 水溶液 中浸泡 1 6 h ， 然 后在 6 0 C的烘箱 中烘 6 h ， 自然冷却后按冻融制度 的步骤进行冻融循环。冻融循 环 8次 ， 干湿循 环 6 次为一次大循环 ， 每次大循环约为 1 0 d ， 共进行 5次 大循 环 。 2结 果 与 分 析 2 1 结 果 2 1 1 粉煤灰对干湿冻融循环抗压强度的影响 研究 中分别测量 了混凝 土 2 8 d强度及干温冻 融循 环后 混 凝 土 的强 度 。此外 ， 为 反 映混 凝 土 破 坏 程度 的大小 ， 测量 同龄期 ( 3 8 、 4 8 、 5 8 、 6 8 、 7 8 d ) 在标 准养护条件下混凝土的强度。 图 1为标准养护的混凝土强度随时间变化曲线。 龄 期， d 图 1 同龄 期 下 标 准 养 护 混 凝 土 强 度 发 展 由图 1可见 ： 未 掺粉 煤灰 混 凝 土 2 8 d后 强 度 发 展不明显。掺粉煤灰混凝土随着粉煤灰掺量的增加 2 8 d 强度虽然下 降， 但随着时间的增 加后 期强度不 断增 长 。这是 因为 粉 煤 灰 混 凝 土 2 8 d结 构 发 展 不 完全 ， 随着水化的不断进行 ， 生成 的凝胶使混凝土强 度上 升 。 图 2为干湿冻融循环条件下混凝土强度随时间 变化 图 。 循环 次数 图 2干湿冻融循环条件 下强度的变化 0 l 5 3 0 4 5 由图 2可见 ： 纯水泥混凝土破坏更直接。纯水 泥混凝 土 在第 3次 干 湿一 冻 融 循 环 结 束后 强 度 明显 下降 ， 而后 强度 变 化 不 明显 。掺 粉 煤 灰混 凝 土 强 度 下降趋势平缓 ， 且 1 5 掺量 与 3 0 、 4 5 掺量相 比 强度 下降 平缓 。 图 3为混凝土强度损失随循环周期变化图。 2 0 o 越0 骥 幽 一 1 o -2 0 一 。 - - 1 l - - 0 +l 5 -I , t - 3 0 - 1 i t,-4 5 循环次数 图 3混凝土 强度损 失随循 环周 期变化图 如 柏 加 B d 、 越骥幽 日 自苣 骥坦 5 6 浙江建筑 2 0 1 5年第 3 2卷 由图 3 可见 ： 掺粉煤灰混凝土 ， 随粉煤灰掺量 的增 加， 混凝土强度损失率增加， 掺量 1 5 时强度损失率最 小， 掺量 4 5 时在第五次循环结束后强度损失最大。 2 1 2 粉煤灰对干湿冻融循环质量损失的影响 混凝土的质量损失反映出混凝土的表面破坏程 度 ， 本 试验 在每 次干湿一 冻融循 环 结束后 将浸 泡后 的 混凝 土表 面水分擦 干 ， 测量相 同 3块混凝 土 的质 量 ， 计算混凝土在各次循环结束后的平 均质量 ， 得 出混 凝土 的质量 损失 ， 并 绘 制 质量 损 失 随 循 环次 数 变 化 折线 图 ( 图 4 ) 。 图 4为混凝土的质量损失随循环次数变化的折 线 图 。 鬟 图 4混凝土质量损失 由图 4可见 ： 随着粉煤灰掺量的增大， 混凝土的 质 量损 失增 大 。其 中掺 1 5 粉 煤 灰 的混 凝 土 质量 损失较小 ， 损失较为缓慢。而掺 4 5 粉煤灰 的混凝 土质量 损失 较大 ， 损失 较快 。 2 2 理论分 析 由图 2及 图 3可见 ： 冻 融 和干 湿 交替 作 用 和 普 通冻融相 比破坏性更强。5次循环结束后 ， 混 凝土 与 同龄期标 准养 护条 件下混 凝 土相 比强 度均 有 明显 下降 ， 干湿与冻融 的共同作用加速了混凝土受冻破 坏。实验中混凝土冻融次数总和仅为 4 0次 ， 但强度 下降 明显 ， 说 明干湿 循 环对 混 凝 土 受 冻破 坏 的加 速 作用 十分 明显 。 掺粉煤灰混凝土在前两次循环强度均有所增 加 ， 强度变化与同龄期标准养护条件下混凝土相 比 无明显变化， 但后几次循环强度下降明显。未掺粉 煤灰混凝土前两次循环强度非常高 ， 但第三次循环 与第 四次循环 强度 下 降 剧 烈 ， 与掺 粉 煤 灰 混凝 土 相 比下降更直接 。可 以看出， 在试验早期 ， 干湿一 冻融 循环对混凝土破坏程度较小 ， 粉煤灰混凝土的强度 仍然 发 展 。干 湿冻 融循 环破是 一个 积 累性 的破 坏 。 由图 4可见 ： 随着粉煤灰掺量的增大 ， 混凝土的 质 量损失 增大 。粉煤 灰 的掺人使 干湿 冻融循 环条 件 下混 凝土 表面破 坏 加 重 ， 所表 现 出来 的 是混 凝 土 表 面结构的破坏从而引起混凝土强度的下降 ， 掺入粉 煤 灰 的混 凝土 表面更 易产 生脱皮 剥落 。而未 掺粉 煤 灰 的混凝 土在进 行 五次冻 融循环 实验 后质量 变化 不 明显 ， 对 于抵抗 干湿一 冻 融循 环条件 下混 凝土 表面 损 坏有所提高 ， 但混凝土的强度也有所下降 ， 说明破坏 原 因并不 是混凝 土 表 面破 坏 所 引起 ， 而是 由于 内部 损伤而引起的混凝土整体性破坏。 3 结 语 ( 1 ) 干湿循 环引起 了混凝 土 的 变形 、 表 面 开 裂 、 结构发展减慢 ， 与冻融循环共 同作用增 大了受冻损 伤 。因此 ， 对 于处 于 干 湿一 冻 融 循 环 条 件 下 的 混凝 土 ， 在 配制 与施工 过程 中应更 加 注意增 加其抗 冻性 。 ( 2 ) 干湿冻融循环条件下的混凝土可适 当的掺 入少 量粉 煤灰 ， 以提 高 混凝 土抗 干 湿 冻融 破 坏 的 能 力 ， 但掺入量应小于 1 5 。因试验量 、 试 验时间等 原因， 本试验未能得出粉煤灰最佳掺入量范围。 参 考 文 献 1 高原 干湿环境 下混凝 土收缩 与收缩应 力研究 D 北 京 ： 清 华大学 ， 2 0 1 3 2 张鸿雁 混凝 土抗 冻耐久 性研究 D 内蒙古 ： 内蒙古科 技大 学 ， 2 0 0 9 3 陈肇元 混凝 土结构 的耐 久性设计方 法 J 建筑技术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 5 ) ： 3 2 8 3 3 3 4 金伟 良， 赵羽习 混凝土结构耐久性研究 的回顾与展望 J 浙 江大学学报 ： 工学版 ， 2 0 0 2 ， 3 6 ( 4 )： 3 7 13 8 0 5 覃维祖 混凝 土耐久性若 干问题 的讨 论 J 建 筑技术 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 1 ) ： 1 71 9 6 Aa t c i r t P c T h e d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ： a r e v i e w J C e m e n t & C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 3 ( 2 5 ) ： 4 0 9 4 2 0 7 刮俊 新疆 高寒地 区桥 梁混凝 土耐久性 研究 D 长安 ： 长安 大学 ， 2 0 1 0 8 清华大学 G B 5 0 4 7 6 -2 0 0 8混凝土 结构耐久性设计 规范 s 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 8 9 Mc C a a e r W J ， Wa t s o n D W， C h r i s p T M S u r f a c e z o n e c o n c r e t e ： d r - y i n g ，a b s o r p t i o n ， a n d mo i s t u r e d i s t r i b u t i o n J A S C E J o u rna l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 1 ， 1 3 ( 1 ) ： 4 95 7 1 O 孙玮 ， 郭香利 ， 孟现敬 混凝土冻伤研究及防冻抗冻措施 J 科技信息 ， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 3 4 93 5 5 1 1 吕琦 混凝土抗冻性的主要影 响因素及改善措施 J 吉林 广 播 电视大学学报 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 2 01 2 2 1 2 肖治微 高寒地 区混凝土抗冻性试验研究 D 重庆 ： 重 庆交 通 大学 ， 2 0 1 0 1 3 梁家顶 混凝 土 中粉 煤灰 掺量对 耐久性 的影 响 J 建筑 科 学 ， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 2 2 7