掺粉煤灰高性能混凝土耐久性试验研究.pdf

8 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 1 O 期( 总第 1 7 2 期) 掺粉煤灰高性能混凝土耐久性试验研究 李卫东 ， 贾相财 ， 张豪杰 ( 1 北京新纪元建筑工程设计有限公 司西安分公司 西安7 1 0 0 6 5； 2 中国城市建设研究院 ， 北京1 0 0 1 2 0； 3 煤炭工业郑州设计研究院有限公 司 。 郑州4 5 0 0 0 7) 【 摘 要】 在榆林地区的恶劣的环境下， 通过在水中冻融循环作用下， 结合基准混凝土和对于添加不同掺量 的粉煤灰、 不同配合比的高性能高强度混凝土进行强度曲线分析。以混凝土抗压强度损失率和混凝土质量损失 率作为混凝土冻融耐久性的评价依据， 能准确地反映冻融过程中混凝土性能的劣化程度， 为榆林地 区高强高性能 混凝土施工提供帮助和理论依据。 【 关键词】 粉煤灰 ； 高强高性能； 耐久性； 冻融循环； 强度损失率； 质量损失率 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 0 8 0 2 榆林地区相对于其他地区的气候复杂多样， 降雨量少， 风沙较大等特点， 因此对于混凝土在工作性、 耐久性等方面 提出了更高、 更苛刻的要求。但是 由于陕北地区丰富的 自 然资源和经济的高速发展， 需要大量的基础投资建设。而 在恶劣的 自然环境下普通混凝土建筑物很难达到设计寿命 年限， 该研究通过对高性能混凝土的耐久性研究 ， 来使高性 能混凝土的设计使用寿命能够达到设计使用年限。由此通 过大量试验研究评定该地区高性能混凝土的耐久性 J ， 对 该地区高性能混凝土做综合性能评定。 国内外对提高和评价各等级结构混凝土的耐久性和服 役寿命 ， 基本上是依据单一环境因素作用的影响， 这与实际 工程所承受的损伤因素的多重性、 力学、 环境变化及交替作 用的现实情况极不相符 J 。在环境因素作用下混凝土材 料的劣化程度也决非各环境因素单独作用分别引起损伤的 简单相加值， 而是诸因素间有相互影 响、 有明显的正负效应 交替作用， 这种作用有正也有负 ， 十分复杂。值得注意的是 不仅环境因素的叠加有加速结构混凝土和混凝土结构损伤 劣化的负面效应 ， 也有时间历程中某一阶段延缓混凝土材 料与混凝土结构的损伤进程而产生有益的正面效应 ， 但这 一 效用仅发生在损伤历程中的某一阶段或时刻， 而不是全 过程。 基于错综复杂的损伤因素与损伤过程， 这种损伤过程 的模拟必通过准确可靠性 的试验方法与手段才能得以实 现。陕北地区位于陕西省的最北部， 在陕北黄土高原和毛 乌素沙地南缘的交界处， 也是黄土高原和内蒙古高原的过 渡区， 环境恶劣， 混凝土受冻破坏是该地区混凝土建筑物耐 有 良好的透水性， 使用一年多时间， 没有发现传统的沥青混 凝土路面上所经常发生的损坏型式 ， 如车辙、 泛油、 推移、 松 散等。 表 6 配合 比检验试验 结果 汇总 ( 2 ) 排水性沥青路面设计厚度 5 e m， 从严格意义上讲 与当前 规定的 O G F C路面不严格相符。本次配合比 设计对级配有所改进， 按 5 0 7 0 控制 9 5 m m通过率 ， 0 0 7 5 ra m通过率调整为 3 一 6 ， 配合比设计以小于0 6 确定最佳沥青用量。这种配合 比方式的改进 比传统的 O G - F c路面工程造价降低 1 0 左右 ， 有效节约了工程资金。 参考文献 张晨， 张金喜， 苗英豪 新型多功能路面的铺装方法与特点 J 公路工程 ， 2 0 0 8 ， ( 5 )： 3 3 曹琼 研孝高速公路道路监控 系统设计 【 J 公路， 2 0 1 1 ， ( 6 ) ： 6 张生学 山区高速公路 景观设 计分析 J 交 通标准化 ， 20 1 1 ， ( 5 ) ： 2 张瑶 ， 陈荣生 ， 倪 富健 排 水性沥青 路面混合料 的渗透性能试 验测试技术 J 东南大学学报( 自然科学版) ， 2 0 1 l ， ( 6 ) ： 4 0 J r G F 4 02 0 0 4 ， 公路沥青路面施工技术规范 s 日本道路协会 排水路 面技术 指南 z 】 1 9 9 6 届殿功 ，巩涛 ， 张宵鹏O GF C排水性沥青混凝土路面施工技 术 J 】 公路， 2 O O 4 ， ( 1 ) 【 收稿日期】 2 0 1 2 0 5 2 5 【 作者简介 】 鲁 云岗( 1 9 7 9一 ) ， 男 ， 湖南岳 阳人， 工程师 ， 从事 道路工程技术及 管理工作。 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 二 李卫东等 ： 掺粉煤灰高性能混凝土耐久性试验研究 9 久性破坏的主要形式之一。要实现混凝土具有较高耐久性 的 目标 ， 首先必须保证混凝土具有较高的耐久性 ， 满足该地 区经济发展需要。 1 冻 融耐久性试验研究 依据慢冻法冻融循环， 针对一定冻融循环次数后的掺 加粉煤灰高性能混凝土和普通混凝土进行 了试验研究， 得 到了冻融循环后混凝土的抗压强度损失率、 动弹性模量损 失、 超声波声速损失 、 回弹值以及单轴压应力一应变关系等 宏观量。试验结果表明： 不同粉煤灰掺量、 不 同水胶比的混 凝土与普通混凝土耐久劣化的差异以及多种宏观性能劣化 的敏感程度差别。为更好地研究榆林地区掺粉煤灰高性能 混凝土的耐久性问题提供理论研究基础 。 混凝土中掺加高效减水剂和粉煤灰可以使混凝土耐久 性显著提高。随着粉煤灰掺量的增加混凝土抗冻性能降 低。其原因： 相同水胶比下 ， 随着粉煤灰掺量的增加 ， 降低 了单位体积内的含气量， 影响了混凝土的抗冻融性能； 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。 本试验采用传统的水中冻融试验。针对不同掺量的粉 煤灰高性能混凝土， 冻融制度参照 普通混凝土耐久性和长 期性能试验方法中的慢冻法。混凝土拟定冻融的循环次 数为 3 0 0次， 在 5 0次、 1 0 0次、 2 0 0次、 3 0 0次冻融作为一个试 验阶段对混凝土强度进行测试。 将混凝土试件标准养护至设定龄期后， 将试件置于 1 5 2 0 的水中浸泡4 h 。冻融试验冻结时试件的温度保持在 一 1 0一1 5 ， 冻结时间不少于4 h 。冻结结束后， 取出试件 并立即将其放人融化水槽中。水槽 中的水温保持在 1 5 2 0 ， 试件在水中融化的时间不少于4 h 。融化完毕后则该 次冻融循环即结束， 取出试件依照上述程序进行下一次冻 融试验。每 5 O次冻融循环结束， 对试件进行检测抗压强度 损失率和混凝土试块的质量损失率。 2实验结果及分析 以水中冻融时抗压强度损失率大小和混凝土质量损失 率多少来比较混凝土冻融耐久性优劣， 为掺粉煤灰施工工 程实践提供理论指导。混凝 土抗压强度损失率见图 1 4 ( A l 、 B l 、 C 1 、 D 1为基准混凝土 ， A 2 、 B 2 、 C 2 、 I ) 2为掺量 1 0 粉煤灰混凝土， A 3 、 B 3 、 C 3、 1 3 3为掺量 2 o 粉煤灰混凝土， A 4 、 1 3 4 、 C 4 、 D 4为掺量3 0 粉煤灰混凝土， A 5 、 B 5 、 c 5 、 D 5为 掺量4 o 粉煤灰混凝土) 。 堡2 0 爵 1 6 耋 。 州O 蒜 哄 冻融循环次数 图l C 3 0 混凝土冻融次数与 混凝土强度损失率关系 曲线 ( 1 ) 有图表的抗压强度损失率进行 比较，水胶比相 蕈 。5 蜓 嘿 5 O 次 1 0 0 次2 0 0 次 3 0 o 次 冻融循环次数 图2 C 4 0 混凝土冻融次数与 混凝土强度损失率关系曲线 Bl B 2 B 3 B 4 B5 Cl C2 C3 C4 C5 5 0 次 l o o 次2 0 0 次3 0 0 次 冻融循环次数 图3 C 5 0 混凝土冻融次数与 混凝土强度损失率关系曲线 2 ： 5 。 1 5 1 0 萋 。5 熙 l _ 2 0 8 0 4 O 冻融循环次数 图4 C 6 0 混凝土冻融次数与 混凝 土强度损失率关系曲线 冻融循环次数 图5 C 3 0 混凝土冻融次数与 混凝土质量损失率关系曲线 5 O 次 l O O 次2 0 o 次3 0 o 次 冻融循环次数 图6 C 4 0 混凝土冻融次数与 混凝土质量损失率关系曲线 同的情况下， 冻融循环在 5 0次到 2 O O次之间时， 随着冻融循 环次数增加， 混凝土抗压强度损失率也在不断增加 ； 冻融循 环在 2 0 O- 3 0 0次之间， 未掺加粉煤灰的混凝土强度损失率 在不断的增长， 而掺加粉煤灰混凝土强度损失率低于2 0 O次 哥水辑趟氍州蜷孵 f 一 吹 覆 堡哥水骤 州姑赠 1 0 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 0期 ( 总第 1 7 2期 ) 循环的强度损失率。这是由于掺加一定量的粉煤灰 ， 降低 混凝土内部的孔隙率 ， 增加混凝土的密实度， 同时胶凝材料 的水化反应程度不同， 最终导致混凝土冻融破坏强度损失 率的不同， 所以随着龄期的增长和冻融循环次数增加， 混凝 土强度损失率随着减少。 ( 2 ) 在冻融循环次数相同的情况下， 粉煤灰掺量在 O 3 0 之间时， 对比其混凝土强度损失率随着水胶比的 减小而减小； 在粉煤灰掺量在 3 0 一4 o 时 ， 混凝土强度损 失率随着水胶比的减小而增大。这是由于水胶比的不同， 不仅导致水化反应程度不同， 同时影响混凝土孔隙结构 ， 最 终导致混凝土冻融破坏强度损失的不同， 且随着龄期的增 长 ， 混凝土强度增长， 结构越致密， 强度损失损失减小。 ( 3 ) 粉煤灰掺量 3 0 以内时， 混凝土均具有良好的抗 冻性能。为满足工程要求， 同时保证混凝土具有良好的耐 驰 摹 。4 粪 0 4 冻融循环次数 图7 1 5 0 混凝士冻融次数与 混凝土质量损失率关系曲线 根据以上图表的混凝土质量损失率进行 比较 ， 水胶比 相同的情况下 ， 冻融循环在5 0次到 2 0 0次之间时， 随着冻融 循环次数增加， 混凝土质量损失率也在不断增加； 冻融循环 在 2 0 0 3 0 0次之间， 未掺加粉煤灰的混凝土质量损失率在 不断的增长， 而掺加粉煤灰混凝土质量损失率低于 2 0 0次循 环的质量损失率。由于试验过程的不确定性， 质量损失率 变化浮动较大， 未达到理想状态曲线。 水胶比的不同， 不仅导致水化反应程度不同， 同时影响 混凝土孔隙结构， 最终导致混凝土冻融破坏质量损失的不 同， 且随着龄期的增长， 混凝土强度增长， 结构越致密， 混凝 土质量损失损失越 小。 经受 3 0 0次冻融循环后 ， 粉煤灰掺量的混凝土的内部损 伤情况相似； 但从质量损失率的指标来 比较， 粉煤灰掺量越 大， 混凝土的质量损失率越小， 即受冻融循环后， 试件的外 观破损越小， 说明其耐久性能越好。这是因为粉煤灰的掺 量越大 ， 混凝土的密实度越好 ， 外界水分不易渗入混凝土内 部 ， 这样混凝土内部的自由水总量就较少， 当经受冻融循环 时， 混凝土内部受到的损失较小。 所做 的混凝土质量损失率满足 G B T 5 0 4 7 62 0 0 8 混 凝土结构耐久性设计规范 要求， 其满足在榆林地区进行高 性能混凝土施工。 3结语 研究混凝土冻融耐久性， 进行一系列冻融试验 ， 比较普 通混凝土和掺加粉煤灰高强高性能混凝土分别冻融循环 5 0 、 1 0 0 、 2 0 0 、 3 0 0次的强度曲线， 经受 3 0 0次冻融循环后， 粉 煤灰掺量的混凝土的内部损伤情况相似； 但从质量损失率 久性 ， 配制泵送混凝土时， 粉煤灰掺量不易大于 3 0 ， 由于 该试验中在 C 3 0C 6 0的混凝土强度损失率 ， 虽然 C 5 0 ， C 6 0 混凝土的强度损失率高于同循环次数的 C 3 0 ， C A 0混凝土强 度损失 ， 但是相对于未掺加粉煤灰的混凝土， 强度损失率变 化不是特别明显， 所以无法判定水胶 比来满足混凝土的耐 久性 ， 需进行多组实验和高强混凝土进行进一步的研究 ， 来 达到预期效果。 所做 的混凝土强度损失率满足 G B T 5 0 4 7 62 0 0 8 混 凝土结构耐久性设计规范 要求， 其满足在榆林地区进行高 性能混凝土施工。 以水中冻融时的混凝土质量损失率， 与抗压强度损失 率结合起来比较混凝土冻融耐久性优劣， 为榆林地区掺粉 煤灰高性能混凝土施工工程实践提供理论指导。冻融次 数 一混凝土质量损失率曲线 ， 见图58 。 瓣 5 O 次 1 0 0 次2 0 0 次3 0 0 次 冻融循环次数 图8 12 6 0 混凝土冻融次数与 混凝土质量损失率关系曲线 和强度损失率的指标进行综合分析， 粉煤灰掺量越大， 混凝 土的质量损失率和强度损失率越小， 即说 明其耐久性 能 越好。 所做的混凝土的强度损失率和质量损失率、 满足 G B T 5 0 4 7 6 2 0 0 8 ( 混凝土结构耐久性设计规范 要求 ， 其满足 在榆林地区进行高性能混凝土施工 ， 符合工程应用要求。 参考文献 1 郭林涛 ， 周艳 粉煤灰对混凝土耐久性影响的试验研究 J 水 利 与建筑 工程学 报， 2 0 1 0， 1 8 ( 5 ) ： 4 8 5 0 2 杨继强 粉煤灰混凝土抗渗性能的实验研究 J 实验室科学， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 4 )： 1 0 31 0 7 3 刘辉 高掺量粉煤 灰对 高性 能混凝土体 积稳定性 及耐久 性的 影响 J 铁道建筑， 2 0 1 0 ， ( 6 ) ： 2 4 2 7 4 宋华 ， 牛荻涛 ， 李 春晖 矿物掺合料混凝 土碳化性 能试验研究 J 硅 酸盐学 报 ， 2 O O 9， 3 7 ( 1 2 ) ： 2 0 6 62 0 7 0 5 王栋民， 左彦峰 氯离子在掺不同矿物质掺合料高性能混凝土 中的扩散性能 J 硅 酸盐学报 ， 2 0 0 4， ( 3 2 )： 1 3 4 51 3 6 1 6 李益进 ， 孙 鑫鹏 ， 尹健 超细粉煤灰 对高性能混凝 土耐久性影 响研究 J 西安建筑科学大学学报( 自然科学版) ， 2 0 1 0 ， 4 2 ( 4) ： 5 2 1 5 2 5 【 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 2 8 作者简介 李卫 东( 1 9 6 9一) ， 男 ， 陕西 渭南人 ， 工程师 ， 从 事 结构设计 。