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1、中低等级大掺量粉煤灰混凝土性能研究宋少民宋少民: 男,教授,北京建筑工程学院,联系电话:01068322164 E-mail: 李红辉李红辉:女,北京建筑工程学院在读研究生,E-mail:.（北京 北京建筑工程学院 100044）【摘要】 本文对大掺量粉煤灰混凝土的配合比、力学性能与耐久性能进行研究，结果表明在低水泥用量和低水胶比条件下，力学性能完全可以满足中低强度等级混凝土的技术要求。更为重要的是氯离子扩散、钢筋锈蚀等试验显示混凝土结构密实、碳化速度得到有效控制，钢筋无锈蚀现象，混凝土具有良好的耐久性，在村镇建设中推广应用具有明显的经济效益和重要的社会意义。【关键词】 中低等级 大掺量 粉煤
2、灰混凝土The Performance Research to Middle and Low Strength Grade of High Volume Fly-ash Concrete【abstract】 The concrete mix design ,mechanics properties and durability were studied here. The results showed that the strength of high volume fly-ash concrete could reach the middle and low strength grade w
3、ith low w/b and low volume of cement. It was more important that the concrete structure is impacted and carbonation rate and the steel-bar corrosion could be controlled. through the steel-bar corrosion text and the permeability test of resist chlorine ion. It was confirmed that the concrete has exce
4、llent durability. It has important economic benefit and social significance in village and small town construction.【key words】 the middle and low grade high volume fly-ash concrete1前言二十世纪八十年代以后，我国迎来了空前的建设高潮。尤其是各大中城市和国家重要的基础设施的建设规模之大令人瞩目、举世震惊。这种庞大的建设是以高消耗作为代价的，我国能源利用率只有美国的26.9%,日本的11.5。2005年我国水泥生产量超过
5、10亿吨，混凝土产量超过50亿吨，能源和资源消耗十分巨大。据天津某单位的勘测表明我国能生产水泥的石灰石储量为500亿吨，以其作为生产水泥的原料。按目前水泥产量，仅够生产水泥40年。可以看出我国水泥、混凝土行业的资源危机已迫在眉睫1。进入二十一世纪，中国又将迎来大规模的村镇现代化建设，混凝土仍将是重要的结构材料之一。我们的出路在哪里呢？笔者认为，首先要追求混凝土的高耐久性，而不要追求混凝土的高强度；第二要大力推广使用绿色高性能混凝土，最大限度地减少水泥的用量。其实提高混凝土的耐久性和减少水泥用量是不矛盾的。古罗马人使用石灰和火山灰材料制备的原始混凝土，耐久性优异，经历2000年的风雨洗礼，建筑物
6、可以做到历久弥坚，而当代混凝土建筑十几年或几十年就出现大量病害，其根本原因就在于一味追求高水泥用量，盲目的认为高水泥用量的混凝土才可以保证质量。这样混凝土陷入了“高水泥高内能不稳定低寿命”的误区。本文依据“低水泥用量、低水胶比、高粉煤灰掺量”的高性能混凝土技术路线，研究中低等级大掺量粉煤灰混凝土的性能，以期可以满足绿色高性能混凝土要求作为村镇建设积极推广的混凝土品种之一，符合可持续发展之需要。2 原材料2.1水泥的性能本次试验采用的是北京市兴发水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5MPa。 表1 水泥的主要性能检项目标准稠度用水量初凝时间终凝时间细度安定性(雷式法)抗折强度（MP
7、a）抗压强度(MPa)3d28d3d28d结果27%3.0h4.9h1.0%合格4.968.6922.048.0 2.2粉煤灰各项物理化学指标本次试验所采用的粉煤灰是北京市石景山电厂的活化II级粉煤灰。经试验分析，其化学成分如表2。表2粉煤灰的主要成分为SiO2 和Al2O3，其主要矿物组成为圆球形铝硅质玻璃球和结晶型石英，活性组分为铝硅质玻璃球。粉煤灰的主要物理性能见表3。表2 粉煤灰化学成分化学成分SiO2 Al2O3CaOMgOSO3Fe2O3烧失量含量（%）54.8832.121.931.451.464.283.82表3 粉煤灰的主要物理性能细度(45m筛余量，%)需水量比(%)含水率
8、(%)表观密度(g/cm3)堆积密度(g/cm3)15.3970.62.20.752.3天然砂、石的性能（表4、表5）砂：细度模数为2.4的中砂。石子：525mm。表4 天然砂子材料性能项目含水率（%）表观密度（kg/m3）紧密堆积密度（kg/m3）松散堆积密度（kg/m3）结果2.0255017401650 项目含水率(%)表观密度( kg/m3)紧堆积密度( kg/m3)松堆积密度( kg/m3)压碎指标(%)结果0.72660 1530 1410 5.4表5 天然石子材料性能2.4外加剂本试验采用了聚羧酸高效减水剂，减水率为28%，引气量为2.3%。3 试验及结果分析3.1 和易性与强度
9、试验由表6不难发现掺加了大量粉煤灰的混凝土后期强度增长，亦有较大空间。如第1组混凝土56天强度比28天强度增长了45.1%，粉煤灰掺量为60%，由此看出由于粉煤灰后期的二次水化，使混凝土更密实，强度得以大幅度表6 配合比及抗压强度编号W/BF%Sp(%)CFSGW抗压强度(MPa)SL(mm)14d28d56d90d10.34 6042188 282 743 1027 160 20.8 24.4 35.4 36.924520.37 5542171 209 789 1090 141 22.2 31.2 37.7 46.315030.37 4046246 164 846 993 152 32.8
10、41.4 43.2 48.67040.37 5048220 220 863 935 163 24.5 35.8 38.7 51.111850.37 4540259 212 702 1054 17430.2 40.9 49.7 56.824060.37 6044200 300 755 960 185 23.6 32.4 36.0 38.428070.40 6040152 228 747 1121 152 24.4 32.4 35.2 37.521680.295042250250737101814531.541.251.058.822090.32554821225985492515022.731.
11、038.738.7230100.35604420030075996617520.329.235.439.9280110.353044308132790100516536.940.149.352.9200对比第6组和第7组,我们发现粉煤灰掺量在60相同情况下,后者胶凝材料总量较少,单方用水量也低,但混凝土和易性及强度和前者相当。3.2 抗硫酸盐侵蚀试验依据冯乃谦教授（参考美国ASTM1012标准）的干湿循环试验方法，试验的每个配比采用一组100mm100mm100mm规格的混凝土试块，标养28天后，做干湿循环，即在室温5%的硫酸钠溶液中浸泡16小时，取出晾干1小时，再于80的烤箱烘干6小时，冷却
12、1小时称重。24小时为一个循环，每个循环后观察试件表面侵蚀情况。 由图1看出混凝土质量基本呈上升趋势，这可能是由于硫酸钠在混凝土孔隙中的结晶沉积以及与混凝土中少量的Ca(OH)2产物反应生成钙钒石，不断填充孔隙，使混凝土更加密实,质量增加。经过20次循环后混凝土质量趋于稳定。说明一方面是由于粉煤灰的大量掺加减少了Ca(OH)2的生成，同时粉煤灰的二次水化亦消耗了一部分的Ca(OH)2，使得混凝土中可与硫酸盐反应的Ca(OH)2减少；另一方面粉煤灰本身的填充效应使混凝土孔隙率降低，阻碍了硫酸盐的进一步侵蚀。由此可见粉煤灰混凝土具备良好的抗硫酸盐侵蚀能力。3.3 碳化试验试验采用GBJ82-85快
13、速碳化法，使用标准碳化箱，100mm100mm100mm规格的混凝土试块在标养28天(带星号组为标养56天)后，60干燥48小时，移入二氧化碳浓度为20%，温度20，湿度70%的碳化箱中碳化，经28天(或56天)碳化后再取出试件测定其碳化深度。一般来说,混凝土结构物中钢筋的保护层厚度至少为2025mm,也就是说,实际工程中允许混凝土有一定的碳化,当然碳化深度不允许超过保护层厚度，测定的28d碳化深度，大致相当于自然环境中50年的碳化深度2。编号B(kg/m3)W/B(kg/m3)F%C(kg/m3)F(kg/m3)W(kg/m3)28天碳化深度(mm)56天碳化深度(mm)14700.346018828216016.815.023800.375517120914111.7*/34100.374024616415212.86.2*44400.37502202201639.7*/74400.406015222815214.2*/85000.295025025014511.74.2*94700.325521225915020.611.4*10
