大掺量粉煤灰混凝土耐久性性能研究

摘要：掺加活性激发剂提高粉煤灰混凝土中的粉煤灰早期活性，通过与普通混凝土对比试验，得出大掺量粉煤灰混凝土的力学性能，耐久性能等方面的技术指标均有提高，为今后工程建设领域大量掺用粉煤灰提供一个思路。

关键词：粉煤灰　活性激发剂　耐久性

中图分类号：TU74　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2010)09-004-03

1、前 言

粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，是工业“三废”之一，随着我国工业的发展，粉煤灰等排放量将逐年增加，合理地推广和应用粉煤灰不仅能节约土地和能源，而且能保护和治理环境。粉煤灰作为一种人工火山灰质材料，在混凝土中掺用可以达到改善新拌混凝土和硬化混凝土性能，提高混凝土质量的目的。考虑工程建设的可持续发展和环境保护，迫切需要在混凝土工业中以辅助胶凝材料大比例替代水泥，强调建筑材料本身的生态化，大掺量粉煤灰混凝土成为很有潜力的一个开发研究方向。《粉煤灰混凝土应用技术规范》中规定的用于钢筋混凝土结构中粉煤灰取代水泥的最大限量抗冻融混凝土为25％。本文通过针对粉煤灰掺量为25％-35％的混凝土物理力学性能、耐久性能性能进行试验研究，通过在高掺量粉煤灰混凝土中添加高效引气减水剂和粉煤灰活性激发剂的方法改善其各项性能指标，配制大掺量粉煤灰混凝土以满足实际工程质量要求的混凝土。

2、试验用原材料及混凝土配合比

2.1　原材料

试验用水泥为江山虎山集团产P?O42.5级水泥；粉煤灰为宁波北仑电厂I级粉煤灰；细集料为兰溪本地生产的天然河砂，细度模数2.7：粗骨料为兰溪当地生产的轧制碎石(5－31.5mm)：外加剂采用水电十二局科研所生产的BLY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。

2.2　混凝土配合比

本次配合比设计采用体积法，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80±10mm。

3、混凝土力学试验结果和分析

4、耐久性能试验结果及分析

4.1　大掺量粉煤灰混凝土的抗渗性能

由表3可以看出，可以看出，掺入粉煤灰、引气型高效减水剂能够显著提高混凝土的抗渗性能。掺加活性激发剂的高掺量粉煤灰混凝土表现出更好的28天抗渗性能，掺用优质粉煤灰和高效减水剂可以明显降低混凝土用水量，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的密实性，减少其内部的空隙数量和直径，尤其是减少混凝土泌水形成的毛细孔数量和密集于集料周边的气孔，从而提高了混凝土抗渗性能。其规律为在粉煤灰掺量25－35％情况下和活性激发剂后28天抗渗性能高于普通混凝土。随着龄期的增长掺粉煤灰混凝土的抗渗性能还会增加。

由表4的试验结果可以看出混凝土的抗冻性能与是否掺加引气减水剂有很大关系，普通混凝土在100次冻融循环后相对动弹模数下降至39％，抗冻性能极差。而掺用引气剂后混凝土抗冻性能显著提高，这是由于混凝土内部被引入大量球形气泡，减少了毛细孔的数量，阻隔了毛细孔之间相互连通，在混凝土冻融时减少了毛细孔内的水分，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。由表4可以看出，随着粉煤灰掺量的增加混凝土抗冻性能降低，这是因为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；随粉煤灰掺量的增加，水泥用量相对减少，此时粉煤灰对混凝土的活性效应尚未充分发挥，所以随着粉煤灰掺量的增加抗冻性能降低。掺加活性激发剂后，相同配合比的大掺量粉煤灰混凝土抗冻性能有了大幅提高。粉煤灰活性激发剂的掺加能够使粉煤灰活性增加，粉煤灰的微粒结构改善了混凝土的孔结构，小孔增加，大孔减少，不连通孔增加，连通孔减少，降低了游离水冻结时产生的膨胀压力和渗透压力，提高了混凝土的抗冻性能。

4.3　抗冲磨性能试验结果及分析

一般来说，混凝土的耐磨蚀性能随着混凝土抗压强度的增加而增加，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5看出随着粉煤灰掺量增加，混凝土抗冲磨性能下降。与普通混凝土相比，掺加一定量粉煤灰后混凝土的抗冲磨性能有所提高。随着粉煤灰掺量的不断加大增加，表现为混凝土抗冲磨强度降低，磨损率变高，混凝土抗冲磨性能下降。掺加激发剂有效改善大掺量粉煤灰混凝土抗冲磨性能。由表5可以看出。掺加活性激发剂后，粉煤灰掺量为30％的混凝土抗冲磨性能明显高于普通混凝土，掺量达到30％时基本相同。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。

4.4　抗硫酸盐类试验结果及分析

由表6看出掺用大掺量粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能显著提高，参量达到30％时抗硫酸盐侵蚀性能最好，掺入活性激发剂后抗侵蚀性能也有提高。这是由于粉煤灰的火山灰反应，消耗了水泥混凝土中的氢氧化钙，避免和减少了混凝土中生成二次钙矾石和石膏结晶产生的体积膨胀而引起的内应力，同时粉煤灰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。

5、结　论

(1)高掺量粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量25％－35％)具有较高的后期强度，主要取决于粉煤灰的减水效果和火山灰效应，在掺用活性激发剂后强度增长明显。

(2)高掺量粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量25％－35％)在掺用引起减水剂后，具有优异的抗渗性能和良好的抗冻性能，只要采用优质粉煤灰以及配合比设计合理，保证养护条件同样可以达到配制要求的混凝土抗冻耐久性。

(3)大掺量粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量25％－35％)的抗冲磨性能与普通混凝土相当，掺加活性激发剂后抗冲磨性能优于普通混凝土。

(4)大掺量粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量25％－35％)的抗硫酸盐侵蚀性优于普通混凝土，掺加活性激发剂后抗硫酸盐侵蚀性能更高，粉煤灰掺量在30％时抗硫酸盐性能最好。

(5)大掺量粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量25％－35％)的混凝土能够改善混凝土的和易性，降低水泥用量，特别是对泵送混凝土和有温控要求的大体积混凝土具有更大的好处。

总之，大掺量粉煤灰可以降低水泥用量，改善混凝土和易性，降低混凝土的绝热温升，可以有效地削减温峰和推迟最高温升出现的时间，对大体积混凝土的防裂和抗裂有利，同时混凝土徐变随龄期增长而变小，可以有效地较少混凝土的干缩。大掺量使用粉煤灰可以达到改善新拌和硬化混凝土性能，提高混凝土质量，延长结构的使用寿命，有利于工程建殴的可持续发展和环境保护。