磨細(xì)火山灰用作摻料提高水泥混凝土抗凍耐久性的試驗(yàn)研究

宋 剛，曹春梅

(1.長春市市政工程設(shè)計(jì)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(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

1 磨細(xì)火山灰作為水泥混凝土摻料的性能試驗(yàn)

1.1 工作性

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

表1 磨細(xì)火山灰混凝土的工作性及含氣量

試驗(yàn)結(jié)果表明:

摻入磨細(xì)火山灰可以改善混凝土的工作性，但同時(shí)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(qiáng)度是評價(jià)路面混凝土的主要力學(xué)指標(biāo)，為考察磨細(xì)火山灰摻量對路面混凝土強(qiáng)度的影響，進(jìn)行了路面混凝土不同磨細(xì)火山灰摻量下的抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 磨細(xì)火山灰混凝土的抗彎拉強(qiáng)度

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

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(yán)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(biāo)之一。為此，對磨細(xì)火山灰摻量為15％的水泥混凝土進(jìn)行抗凍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 磨細(xì)火山灰混凝土的凍融循環(huán)試驗(yàn)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(dòng)彈性模量均降低，摻15％的磨細(xì)火山灰水泥混凝土相對動(dòng)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(xì)火山灰的試件相對動(dòng)彈性模量在250次凍融循環(huán)后明顯下降，到300次時(shí)，其相對動(dòng)彈性模量已經(jīng)降低到60％以下，說明該試件在275次時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生破壞。

(2)摻加磨細(xì)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(xì)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(dāng)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(shí)排出混凝土體外，侵蝕性離子趁機(jī)進(jìn)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(jìn)行抗?jié)B性檢驗(yàn)，保證混凝土的耐久性。

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

表4 磨細(xì)火山灰混凝土的抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出:

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

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

1.5 耐磨性

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

表5 磨細(xì)火山灰混凝土的耐磨性試驗(yàn)結(jié)果

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

通過對不同摻量磨細(xì)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(xì)火山灰對水泥混凝土的工作性、力學(xué)性及耐久性確實(shí)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(shí)驗(yàn)研究證明磨細(xì)火山灰是一種性能優(yōu)良的水泥混凝土外摻劑，當(dāng)磨細(xì)火山灰摻入合適的比例時(shí)，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(xì)火山灰和其它摻料相比價(jià)格低廉，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，在充分利用地方資源的同時(shí)，對地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也起到了一定的推動(dòng)作用，應(yīng)用前景十分廣闊。

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