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1、粉煤灰对混凝土耐久性的影响摘要：本文通过室内试验，分析评价了不同掺量的粉煤灰对混凝土抗冻性、抗渗性及抗碳化性能等路用性能的影响。结果表明，在一定掺量下粉煤灰能够明显提高混凝土的耐久性。一、前言随着汽车保有量的剧增，我国早期建设的水泥混凝土路面正面临着大修或改建。水泥混凝土路面的耐久性不足会导致各种路面病害出现，严重影响道路的使用寿命，每年的维修费用为国家和人民带来巨大的经济负担。随着汽车数量的增加和轴载的提高，普通的水泥混凝土路面耐久性不足，难以满足路面的使用要求。另一方面，我国正处于发展阶段，人民生活和工业产业每年消耗大量的煤炭，由此产生副产品粉煤灰大量堆积。据统计，目前我国粉煤灰排量已达2
2、亿吨。大量的粉煤灰占用土地资源，对环境造成破坏。如何处理这些工业垃圾是研究人员值得关注的问题。研究发现，粉煤灰掺入混凝土当中可以提高混凝土的耐久性，改善混凝土的力学性能。粉煤灰混凝土能够消耗大量的粉煤灰，起到废物利用的效果。粉煤灰代替了水泥，减少了水泥用量，从而降低了路面造价。粉煤灰混凝土具有与其他高性能混凝土同样的力学性能和耐久性，而成本却低的多。然而，目前人们往往对粉煤灰混凝土的主要作用原理及效果不是很了解，以至于路用效果达不到预期效果，阻碍了粉煤灰混凝土的推广应用。本文旨在通过室内试验，对不同掺量的粉煤灰混凝土进行抗冻性、抗渗性及抗碳化性能检验，寻找规律，探讨粉煤灰对混凝土耐久性的影响。
3、二、基本耐久性能试验本文采用体积法进行混凝土配合比设计，试验所用原材料技术指标如表1所示。表1 试验材料技术指标材料指标水泥等级42.5普通硅酸盐水泥砂子MX2.7含泥量2%泥块含量1%石子（连续级配碎石）粒径531.5含泥量1%泥块含量0.5%粉煤灰等级级细度5.5%烧失量3.9%三氧化硫含量1.8%需水比98%外加剂类型UNF高效缓凝保塑减水剂试验用混凝土配合比如表2所示。表2 混凝土配合比编号粉煤灰取代率(%)W/C+FMc(Kgm-3)Ms(Kgm-3)Mg(Kgm-3)Mf(Kgm-3)Mw(Kgm-3)UNF(Kgm-3)100.483379631115001843.52100.4
4、663466191150471843.23150.4613276141150701843.04200.4583086111150921842.85250.45328960711501151842.66300.44926960511501391842.47330.44625660411501551842.08350.44525060211501621842.09400.44023159711501851842.0混凝土性能易受冻融循环作用的影响。尤其是在寒冷地区。混凝土空隙中会有水的存在，若此时气温达到冰点以下，空隙中的水就会结冰。随着体积增大，冰对混凝土内部空隙产生压力，导致混凝土出现一些微小
5、的裂缝。每年季节的变换导致混凝土路面要承受动容循环的作用。微小的裂缝逐渐扩展，对混凝土的结构性造成影响，严重降低了混凝土的耐久性能，因此混凝土的抗冻性能作为反应其耐久性的一个指标，必须具备一定的要求。为研究粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响，本文按照现行规范采用快冻法进行试验。试验结果及分析见后文。所谓混凝土的抗渗性，是指混凝土抵抗气体或液体渗透的能力。混凝土的抗渗性能与耐久性密切相关。具有高抗渗性能的混凝土具有较高的密实度，耐久性也相应要好。若混凝土的抗渗性能差，那么水易渗入混凝土内部，造成内部腐蚀。尤其是在冬冷地区。水渗入混凝土内部以后，很快发生冻涨，对路面结构造成破坏。渗入路面基层的水在汽车荷
6、载的作用下，产生高压，对基层造成破坏，致使混凝土路面产生断板。因此混凝土路面应具有较强的抗渗性能。本文通过抗渗系数及抗渗等级的测定来研究不同掺量粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响。混凝土的碳化是指在有水的条件下，混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生作用生成碳酸钙与水。碳化过程造成Ca+2的浓度降低。为了维持离子平衡，混凝土中的氢氧化钙会继续分解。如此往复反应，造成液相碱度降低，碱储备率不足。碱度不足时周围的钙化物会继续分解，从而降低混凝土的耐久性。本文根据规范，对不同掺量的粉煤灰混凝土进行碳化试验，测定不同龄期试件的碳化深度，研究粉煤灰对混凝土抗碳化性能的影响。三、试验结果及分析1.抗冻性试验结
7、果及分析表3中为不同掺量粉煤灰混凝土的抗冻试验结果。表3 混凝土抗冻性试验结果编号粉煤灰取代率(%)W/C+F强度损失率(%)质量损失率(%)100.488.041.042100.477.081.013150.465.000.984200.464.550.975250.454.190.976300.453.820.827330.452.090.798350.452.020.769400.441.990.76根据以上的试验数据，绘制了强度损失率及质量损失率与粉煤灰取代率的关系如图1、图2所示。 图1 粉煤灰取代率与强度损失率关系图 图2 粉煤灰取代率与质量损失率关系图通过图1可以看出，粉煤灰取代
8、率对强度损失率的影响较大，随着粉煤灰取代率的提高，强度损失率逐渐降低，在取代率增加到30%左右时，对强度损失率的影响逐渐减弱，趋于平和；通过图2可以看出，随着粉煤灰取代率的提高，质量损失率逐渐降低，粉煤灰取代率在30%左右时影响较大，超过35%后趋于平和。2.抗渗性试验结果及分析表4为不同粉煤灰取代率的混凝土抗渗性试验结果。编号粉煤灰取代率(%)W/C+F抗渗等级(%)渗透系数(%)100.48P82.1452100.47P81.8943150.46P101.5324200.46P101.4255250.45P101.3076300.45P121.1887330.45P121.0718350.
9、45P101.4999400.44P81.943粉煤灰取代率对混凝土抗渗等级和渗透系数的影响见图3和图4所示。 图3 粉煤灰取代率与抗渗等级关系图 图4 粉煤灰取代率与渗透系数关系图由图3可以看出，随着粉煤灰取代率的提高，混凝土抗渗等级先增高后降低，在30%左右抗渗等级最高；由图4可以看出，渗透系数随着粉煤灰取代率的提高先减小后增大，在30%左右渗透系数最小，这与粉煤灰对混凝土抗渗等级的影响规律相符。3.抗碳化试验结果及分析混凝土抗碳化性能的试验结果如表5所示。表5 混凝土碳化试验结果编号粉煤灰取代率(%)W/C+F碳化深度(mm)7d14d28d100.483.95.25.92100.474
10、.05.36.03150.464.25.36.14200.464.45.46.15250.454.55.66.16300.454.75.96.37330.454.96.06.48350.455.16.37.49400.446.48.811.4据表5中的试验结果绘制了粉煤灰取代率与碳化深度的关系图，如图5所示。图5 粉煤灰取代率与碳化深度关系图通过图5可以看出，对于同一粉煤灰取代率的混凝土，随着时间的增长，碳化深度越来越深；随着粉煤灰取代率的增加，混凝土的碳化深度相应提高，在粉煤灰取代率小于35%时碳化深度增长缓慢，而取代率大于35%时，碳化深度明显增加。粉煤灰中含有大量活性的二氧化硅和三氧化二
11、铝，掺入混凝土后，其活性被氢氧化钙激活，与氢氧化钙发生化学反应，生成了多种水化产物。随着混凝土中氢氧化钙的消耗，水泥的水化程度逐渐降低。由于粉煤灰具有一定的填充能力，再加上这些水化产物降低了混凝土的空隙率，增加了混凝土的密实性，使得二氧化碳气体不易进入，从而提高了混凝土的抗碳化能力，因此在掺量小于35%时混凝土的碳化深度增长缓慢。但是随着氢氧化钙和粉煤灰的作用逐渐发展，最终导致混凝土的抗碳化能力下降。四、结语本文通过抗冻试验、抗渗试验及碳化深度试验研究了不同粉煤灰掺量对混凝土的抗冻性能、抗渗性能及抗碳化性能的影响。通过对试验结果的分析，得到以下结论：1.随着粉煤灰取代率的提高，强度损失率和质量
12、损失率逐渐降低，在取代率增加到30%左右时，影响逐渐减弱，趋于平和。2.渗透系数随着粉煤灰取代率的提高先减小后增大，在30%左右渗透系数最小，这与粉煤灰对混凝土抗渗等级的影响规律相符。3.对于同一粉煤灰取代率的混凝土，随着时间的增长，碳化深度越来越深；随着粉煤灰取代率的增加，混凝土的碳化深度相应提高，在粉煤灰取代率小于35%时碳化深度增长缓慢，而取代率大于35%时，碳化深度明显增加。综上所述，粉煤灰在取代率小于35%时能够明显改善混凝土的耐久性。参考文献 1 甄永严. 粉煤灰在水工混凝土中的应用 M . 北京: 水利电力出版社,1992. 2 西安建筑科技大学, 华南理工大学, 重庆大学, 等. 建筑材料 M . 北京: 中国建筑工业出版社, 2004. 3 刘数华, 方坤河, 曾 力. 粉煤灰对混凝土耐久性的影响 J . 粉煤灰, 2004, 16( 6) : 6 7. 4 SL352- 2006. 水工混凝土试验规程 S . 北京: 中国水利水电出版社,2006. 5 GB/ T749- 2008. 水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法 S . 北京: 中国标准出版社,2008.
