磨細火山灰用作摻料提高水泥混凝土抗凍耐久性的試驗研究

宋 剛，曹春梅

(1.長春市市政工程設(shè)計研究院;2.吉林省交通科學(xué)研究所季節(jié)性凍土區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室)

1 磨細火山灰作為水泥混凝土摻料的性能試驗

1.1 工作性

對兩種磨細火山灰摻配比例的水泥混凝土與不摻磨細火山灰的水泥混凝土坍落度進行測試，試驗結(jié)果見表1。

表1 磨細火山灰混凝土的工作性及含氣量

試驗結(jié)果表明:

摻入磨細火山灰可以改善混凝土的工作性，但同時也降低了混凝土的含氣量，最大降低幅度為24％。

1.2 力學(xué)性能

抗彎拉強度是評價路面混凝土的主要力學(xué)指標，為考察磨細火山灰摻量對路面混凝土強度的影響，進行了路面混凝土不同磨細火山灰摻量下的抗彎拉強度試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 磨細火山灰混凝土的抗彎拉強度

可以看出，摻入磨細火山灰后，混凝土7d、28d抗彎拉強度均有所提高。摻量為15％時，7d、28d抗彎拉強度提高幅度分別為22％、12％，超過15％時，提高幅度不明顯，主要原因為磨細火山灰是和水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，當摻量超過適宜的摻量后，上述反應(yīng)不能充分進行，因此強度提升效果不明顯，從抗彎拉強度看，摻量15％是一個臨界點。

1.3 抗凍性

在寒冷地區(qū)，水泥混凝土路面經(jīng)常由于遭受凍融循環(huán)作用而產(chǎn)生性能衰減，嚴重影響了水泥混凝土路面的使用質(zhì)量和壽命，因此抗凍性是衡量水泥混凝土耐久性的重要指標之一。為此，對磨細火山灰摻量為15％的水泥混凝土進行抗凍試驗。試驗結(jié)果見表3。

表3 磨細火山灰混凝土的凍融循環(huán)試驗結(jié)果

可以看出:

(1)隨著凍融次數(shù)的增加，兩組水泥混凝土的相對動彈性模量均降低，摻15％的磨細火山灰水泥混凝土相對動彈性模量降低程度比較小，基本上接近水平直線。而未摻磨細火山灰的試件相對動彈性模量在250次凍融循環(huán)后明顯下降，到300次時，其相對動彈性模量已經(jīng)降低到60％以下，說明該試件在275次時已經(jīng)產(chǎn)生破壞。

(2)摻加磨細火山灰的水泥混凝土質(zhì)量損失率開始降低比較明顯，未摻磨細火山灰的試件質(zhì)量損失率呈均勻增長趨勢，但兩者最后無明顯區(qū)別。

1.4 抗?jié)B性

水泥混凝土是氣、液、固三相組成的多孔非均質(zhì)材料，具有一定的滲透性，當有害的液體或氣體滲入水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，能夠與混凝土的組成材料產(chǎn)生一系列有害的物理化學(xué)作用，并且水還可以把侵蝕產(chǎn)物及時排出混凝土體外，侵蝕性離子趁機進入，加速水泥混凝土的結(jié)構(gòu)破壞。因此應(yīng)對水泥混凝土進行抗?jié)B性檢驗，保證混凝土的耐久性。

對不同磨細火山灰摻量的水泥混凝土進行抗?jié)B性能檢測，試驗結(jié)果見表4。

表4 磨細火山灰混凝土的抗?jié)B性試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可以看出:

(1)無論是14d滲水高度試驗還是28d滲水高度試驗，磨細火山灰摻量為15％的水泥混凝土抗?jié)B性能高于不摻磨細火山灰的水泥混凝土。

(2)養(yǎng)護28d的磨細火山灰水泥混凝土在1.4MPa時的滲水高度明顯低于養(yǎng)護14d在1.2MPa時的滲水高度，充分說明水化反應(yīng)充分進行后磨細火山灰能夠改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高密實性。

1.5 耐磨性

水泥混凝土耐磨性試驗方法對不同磨細火山灰摻量的水泥混凝土進行耐磨性能試驗，試驗結(jié)果見表5。

表5 磨細火山灰混凝土的耐磨性試驗結(jié)果

可以看出，磨細火山灰摻量在15％時，磨細火山灰水泥混凝土耐磨性能有所提高，但摻量為20％時，耐磨性能有所下降，說明磨細火山灰在合適的摻量下對水泥混凝土耐磨性具有促進作用。

通過對不同摻量磨細火山灰水泥混凝土性能的對比分析可知，在合適的摻量下，磨細火山灰對水泥混凝土的工作性、力學(xué)性及耐久性確實有積極的提高作用，初步確定最佳摻量為15％。

2 結(jié)語

通過實驗研究證明磨細火山灰是一種性能優(yōu)良的水泥混凝土外摻劑，當磨細火山灰摻入合適的比例時，可有效改善水泥混凝土的工作性能，提高力學(xué)性能以及抗凍、抗?jié)B和耐磨等耐久性能。而火山灰資源豐富，磨細火山灰和其它摻料相比價格低廉，具有顯著的經(jīng)濟效益，在充分利用地方資源的同時，對地方的經(jīng)濟發(fā)展也起到了一定的推動作用，應(yīng)用前景十分廣闊。

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[2] 蒲心誠.高強于高性能混凝土火山灰效應(yīng)的數(shù)值分析[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2000.

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