摘　要:为探讨粉煤灰适宜掺量对混凝土性能的影响,对粉煤灰掺量w(等质量取代水泥)为0,15%,30的3种工况混凝土进行强度与耐久性试验.试验结果表明,粉煤灰取代量w为15%时,能明显提高混凝强度,在加强养护的情况下,对混凝土碳化深度影响不大;粉煤灰取代量w为30%时,混凝土强度增不明显,对混凝土碳化深度影响较大;粉煤灰掺量w由0增加到15%时,混凝土的氯离子含量7%~17%;粉煤灰掺量w由0增加到30%时,混凝土的氯离子含量下降15%~30%.综合考虑,粉煤灰量w=15%对普通混凝土较为适宜.

关键词:混凝土;粉煤灰;掺量

    粉煤灰因其具有的特定性能,在现代混凝土中掺加粉煤灰是很多工程普遍的做法,有利于科学高效地利用粉煤灰.[1]混凝土中粉煤灰掺量究竟多少对其性能较为有利,一般由于混凝土品种与试验条件的不同而不尽一致.[2-9]如高性能混凝土粉煤灰较优掺量w为20%~30%,低水胶质量比混凝土粉煤灰掺量w高于30%将降低其碳化能力,试验时研究对象有的是粉煤灰掺量对混凝土碳化的影响,有的是粉煤灰掺量对混凝土强度的影响,有的是大掺量粉煤灰对混凝土碳化与氯离子共同侵蚀能力的影响等,这些工作有利于各类混凝土中粉煤灰掺量的合理确定,但都有相应的适用范围.本文拟从最常用的普通混凝土着手,针对粉煤灰掺量(等质量取代水泥)w为0, 15%, 30%的3种工况,从强度和耐久性两个方面进行试验,以研究粉煤灰掺量对混凝土性能的影响,其中耐久性试验主要是对掺粉煤灰的混凝土进行快速碳化与氯离子侵蚀试验.除特殊说明外,文中所指掺(含)量均为质量分数w.

1　试件的设计与制作

1·1　试验工况

为了研究粉煤灰掺量对混凝土性能的影响,设计了粉煤灰掺量(等质量取代水泥)为0,15%,30%的3种工况混凝土试件.

1·2　原材料

    32·5强度等级普通硅酸盐水泥;江西产合格河沙;最大粒径为20 mm的碎石.水泥的有关检测指标:细度(0·08 mm筛筛余)3·2%;标准稠度27·8%;凝结时间:初凝290 min,终凝330 min;安定性(雷氏法)0·5 mm;强度:3 d抗压强度20·9 MPa, 3 d抗折强度4·2 MPa, 28 d抗压强度40·5 MPa,28 d抗折强度6·5 MPa.沙的检测指标:细度模数2·5,颗粒级配符合Ⅱ区范围,含泥量1·8%,泥块含量0·5%.石子的检测指标:筛分析符合20 mm粒径规格,含泥量0·6%,泥块含量0·1%,针片状颗粒含量9·2%,8·7%.粉煤灰(南京市聚力粉煤灰建材厂)的检测指标:细度(0·045 mm方孔筛筛余)14·6%,烧失量5·51%,三氧化硫质量分数0·32%,需水量比93%.所检项目均符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》Ⅱ级的技术要求.

1·3　混凝土配合比

混凝土的强度大致按强度等级C20设计,具体的混凝土配合比见表1.

1·4　试件制作

    首先按设计的混凝土配合比及制作试件的混凝土量进行原材料称量,然后进行混凝土拌和、浇筑、振捣,达到规定强度后拆除模板,最后将混凝土试件放入试验室标准养护28 d.试件尺寸:用于混凝土碳化的试件为100 mm×100 mm×100 mm,每一工况1组.

2　试验方法与结果

2·1　试验方法

1)混凝土强度试验方法.将制作好的试件放入试验室标准养护28 d.

2)混凝土碳化试验方法.将标准养护28 d的混凝土试件用石蜡密封其5面后(只留1面碳化)放入碳化箱中,按标准试验条件(即φ(CO2)为20%±3%,温度(20±5)℃,湿度70%±5%)碳至规定时间.

3)混凝土氯离子侵蚀试验方法.本试验选用浸泡作为混凝土氯离子的侵蚀环境,目的是为了模拟一些长期受NaCl成分侵蚀的水工建筑物的工作情况,浸泡用NaCl溶液的质量分数为5%浸泡时间180 d.

4)混凝土强度的测定.将经标准养护28 d的100 mm×100 mm×100 mm试件,按试验规程分别测定各工况混凝土的强度.

5)碳化深度的测定.试件在碳化箱中碳化7, 14, 28 d后分别取出一组,将试件纵向劈裂成2等份,用质量分数为1%的酚酞指示液喷在断裂面上,30 s后,按原先标划的每10 mm一个测量点,用钢尺分别测出各点的碳化深度.如果测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒,则可取该颗粒两侧碳化深度的平均值,作为该点的碳化深度.最后取上述各点碳化深度的算术平均值作为该工况该碳化时间内的碳化深度.

6)氯离子含量测定.采用测定硬化混凝土中砂浆的水溶性氯离子含量的方法计算本试验混凝土的氯离子含量.氯离子含量测定最为关键的一步是如何对试件进行准确取样.本试验中试件暴露面分www.tmgc8.com

3层取样,表面下0~1 cm为第1层,1~2 cm为第2层,2~3 cm为第3层.在每一层取样时,可先用劈裂法将所取层劈裂成1 cm厚的薄层,注意对劈裂后不太规则的地方进行修整,以确保取样精度.取样后的砂浆按JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》进行水溶性氯离子含量的测定.

2·2　试验结果

1)混凝土强度测试结果.各工况混凝土的28 d抗压强度见表2.

2)混凝土试件碳化结果.混凝土试件碳化检测结果见表3.

为便于比较,计算了掺15%,30%粉煤灰的混凝土试件和不掺粉煤灰混凝土试件的碳化深度增长率,结果见表4.

3)混凝土试件氯离子含量测试结果.混凝土试件氯离子含量测试结果见表5,为便于比较,表中还给出了掺15%, 30%粉煤灰的混凝土试件和不掺粉煤灰混凝土试件的氯离子含量减少率.

3　分析与讨论

1)掺加15%粉煤灰(等质量取代水泥)的混凝土28 d抗压强度能提高25%.粉煤灰是一种火山灰质材料,它在混凝土中具有形态效应、活性效应、微集料效应、减水效应、增浆效应等,使混凝土拌合物的和易性提高,有利于降低混凝土内部的孔隙率,从而提高混凝土的密实度与强度.

2)掺加30%粉煤灰(等质量取代水泥)的混凝土28 d抗压强度提高不太明显.这可能与粉煤灰的火山灰反应未能充分发挥有关.可以预计,随着混凝土龄期增长,粉煤灰的火山灰活性进一步发挥,粉煤灰混凝土的强度仍将有较大的提高.

3)粉煤灰掺量为15%时,混凝土碳化深度增加不明显.这是因为一方面混凝土中粉煤灰的火山灰反应消耗了一部分Ca(OH)2,同时粉煤灰取代水泥后熟料数量减少,使混凝土碱度降低,影响混凝土的碳化;另一方面粉煤灰的掺加又能使混凝土密实度与强度增加,抗渗性加强,抗碳化能力将有较大改善.因此,可推断在混凝土中掺15%粉煤灰时基本上不会影响混凝土的碳化深度.

4)粉煤灰掺量为30%时,混凝土碳化深度增加明显.这除了粉煤灰的火山灰反应消耗较多的Ca(OH)2以及水泥熟料数量比不掺或掺15%粉煤灰更少,从而影响混凝土的碳化外,同时还与粉煤灰掺量30%时混凝土强度增长不明显有关.

5)混凝土随着粉煤灰掺量的增加,其氯离子含量都将降低,尤其表现在第1,2层.粉煤灰掺量由0增加到15%时,混凝土氯离子含量下降7%~17%;粉煤灰掺量由0增加到30%时,混凝土氯离子含量下降15%~30%.这是因为在混凝土中氯离子渗透主要是通过硬化水泥石中的连通孔隙实现的,由于粉煤灰的掺入改善了界面结构和组成,从而提高了界面区域致密程度,所以氯离子的含量随粉煤灰掺量的增加而下降.

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