引氣劑對摻有粉煤灰混凝土性能的影響

趙 超

(許昌學(xué)院，許昌461000)

1 引言

粉煤灰是一種地球上排放量最多的固體工業(yè)廢料，由于它獨特的物料與化學(xué)性能，人們通常將不同類型的粉煤灰加入混凝土中，從而有效地改善混凝土的性能［1］。隨著國內(nèi)建筑工業(yè)的快速發(fā)展，粉煤灰作為一種有效改善混凝土各項性能的摻合料，正逐步成為高強高性能混凝土應(yīng)用中的研究熱點。對于粉煤灰的認(rèn)識已從過去為了節(jié)約水泥、降低工程材料費用而采用粉煤灰材料，逐漸過渡到促進節(jié)能減排、保護環(huán)境、提高混凝土的綜合性能的認(rèn)識上。近期的研究結(jié)果表明，混凝土中摻入適量的粉煤灰，可以起到改善混凝土的和易性、可泵性、增加混凝土黏性等優(yōu)點［2，3］，但同時也存在粉煤灰與其他摻合劑添加比例不對、在混凝土中的作用機理不夠明確等問題，嚴(yán)重影響了粉煤灰在混凝土中的合理充分利用。

隨著混凝土應(yīng)用范圍的不斷擴大，對混凝土提出了越來越高的要求。例如在修補結(jié)構(gòu)中，除了要求混凝土結(jié)構(gòu)滿足安全與耐久性要求外，還要求混凝土具備高抗?jié)B水性、高防碳化性能和高流動性等特點［4］。因此，制備高性能的符合使用要求的混凝土成為了施工順利的關(guān)鍵因素。本文的目的在于通過制作小型的混凝土試件，研究了粉煤灰與其他摻合料同時存在的作用下，粉煤灰作用于混凝土試件的作用規(guī)律，既是提高和改善混凝土性能的需要，也可以實現(xiàn)粉煤灰廢料的充分利用，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。

2 試驗材料與方法

2．1 實驗材料

試驗用水泥為河南三星水泥工業(yè)有限公司的粉煤灰(30%)硅酸鹽水泥，強度為C30，試驗用砂細(xì)度為2．7，試驗用石子粒徑大小在4～16 mm之間，粉煤灰為河南松川礦山機械有限公司生產(chǎn)的一級粉煤灰，細(xì)度為5．2%，需水量比為93%:減水劑為江西百好新型建筑材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，減水率在20%左右;引氣劑為河北凝盛建材科技有限公司生產(chǎn)的NS-3型引氣劑，引氣劑各種指標(biāo)均達到GB 8076—1997標(biāo)準(zhǔn)。

2．2 實驗方案

為了對比分析在添加有各種摻合料情況下，粉煤灰的添加量對混凝土坍塌度、滲透性能和防碳化性能的影響，從而得到粉煤灰對混凝土性能的作用規(guī)律，本文采用了如表1所示的A、B兩種設(shè)計方案，A-1—A-4系列為不添加粉煤灰的試件，B-1—B-4系列為對應(yīng)的添加粉煤灰的試樣，其他參數(shù)基本一致。

表1 混凝土的配料Table 1 Concrete batching

2．3 試件制作的制作

按照《普通混凝土拌合物性試驗方法》(DB/TB 50080)和《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2002)中混凝土試件的成型與養(yǎng)護方法的有關(guān)規(guī)定［5，6］，制定了尺寸為100 mm ×100 mm×100 mm的試件162個。研究了混凝土試件5 d、20 d、40 d和80 d的抗壓強度與劈拉強度，并對20 d與80 d的碳化深度，以及80 d的滲透深度進行了測試。

2．4 測試方法

采用坍落度法測定混凝土拌合物的坍落度，在YES-3000萬能壓力機上進行混凝土的抗壓試驗，采用WE-300型萬能壓力機進行了劈拉強度的測試，滲透性試驗是在LSK-Q59微機控制高精度抗?jié)B儀上進行。碳化深度的測試則采用快速碳化法，在CCB-70型混凝土碳化試驗箱中進行，用以測量碳化深度。

3 試驗結(jié)果與分析

3．1 粉煤灰對強度性能的影響

圖1所示為抗壓強度隨著混凝土齡期的變化曲線。從圖中可以看出不添加粉煤灰的A-1試件與添加了粉煤灰的B-1組試件，在不同的齡期都呈現(xiàn)出梯度差異。即在5～80 d齡期之間變化時，A-1試件的抗壓強度均大于同等齡期的B-1試件。此外，隨著齡期的逐漸增長，A-1組試件與B-1試件的抗壓強度都逐漸升高。

圖1 抗壓強度隨著齡期的變化曲線Fig．1 Variation curve of compressive strength with age

圖2 所示為不同齡期的A-1、B-1組試件的劈拉強度變化曲線。從圖中可以看出，劈拉強度的變化曲線呈現(xiàn)出與抗壓強度類似的梯度變化趨勢。其中，當(dāng)齡期在5～80 d變化時，A組試件的劈拉強度在3．2～4．3 MPa之間變化，而 B組試件的劈拉強度在2．8～4．0 MPa之間變化。A組試件在不同齡期的劈拉強度均高于相同齡期的添加粉煤灰的B組試件。添加粉煤灰后的B組試件的抗壓強度與劈拉強度均低于同等條件下的A組試件，可能的原因在于試驗測試的齡期較短，粉煤灰的二次水化效果沒完全發(fā)揮，水化產(chǎn)物減少，強度就會較低。

圖2 劈拉強度隨著齡期的變化曲線Fig．2 Variation curve of splitting tensile strength with age

3．2 粉煤灰對坍落度的影響

圖3 所示為不同引氣劑含量下坍落度的變化曲線?？梢钥闯觯诓煌龤鈩┖肯?，A組試件的坍落度均低于B組試件。隨著引氣劑含量的增加，A組試件的坍落度呈現(xiàn)上升趨勢，引氣劑含量在0% ～0．02%之間變化時，坍落度在75～201 mm之間變化，上升幅度為168%，尤其是當(dāng)引氣劑含量在0．01%上升到0．015%時，坍落度的上升幅度較為明顯。B組試件的坍落度隨著引氣劑含量增加逐漸上升，當(dāng)引氣劑含量在0%～0．02%之間變化時，坍落度在175～245 mm之間變化，上升幅度為40%。不同引氣劑含量下，添加了粉煤灰的B組試件比未添加引氣劑的A組試件對坍落度的影響較小，B組試件混凝土的坍落度與A組試件的差值可以認(rèn)為是添加了粉煤灰后作用的效果。

圖3 不同引氣劑含量下塌落度的變化Fig．3 Slump changes in the different air entraining agent content

3．3 粉煤灰對滲透性的影響

圖4 所示為不同引氣劑含量下混凝土滲透深度的變化?？梢钥闯?，隨著引氣劑含量的上升，A組試件與B組試件的滲透深度都出現(xiàn)上升趨勢，尤其是引氣劑含量在0．01% ～0．02%之間時，變化尤為明顯。當(dāng)引氣劑含量從0% ～0．02%之間變化時，在相同的引氣劑含量下，添加了粉煤灰的B組試件的滲透深度都大于未添加粉煤灰的A組試件，這可能與水泥用量的減少而引起了一定程度上水化產(chǎn)物的減少有關(guān)，而粉煤灰二次水化作用的特性在試驗齡期內(nèi)還沒有發(fā)揮出來。

圖4 不同引氣劑含量下滲透深度的變化Fig．4 Variation of the penetration depth in different air entraining agent

3．4 粉煤灰對碳化深度的影響

圖5 所示為不同引氣劑含量下不同試件的碳化深度的變化曲線。圖中列出了20 d齡期和80 d齡期的狀態(tài)下碳化深度的變化曲線。可以看出，A組試件與B組試件的碳化深度呈現(xiàn)明顯的梯度結(jié)構(gòu)變化趨勢，20 d齡期的碳化深度明顯低于同等條件下的80 d齡期的試件。同時可以看出，20 d與80 d齡期的狀態(tài)下，添加了粉煤灰的B組試件的碳化深度都明顯高于同等條件下的A組試件，且隨著引氣劑含量的增加，20 d齡期與80 d齡期的A組與B組試件的碳化深度都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。這是因為當(dāng)粉煤灰替代部分水泥后，混凝土中的堿性物質(zhì)含量減少，導(dǎo)致抑制碳化的能力降低。

圖5 不同引氣劑含量下碳化深度的變化Fig．5 Variation of the depth of carbonation in different air entraining agent

4 結(jié)論

(1)隨著齡期的逐漸增長，未添加粉煤灰與添加了粉煤灰的試件的抗壓強度與劈拉強度都逐漸升高。未添加粉煤灰的試件在不同的齡期的抗壓強度與劈拉強度均高于相同齡期的添加粉煤灰的試件。

(2)在不同引氣劑含量下，未添加粉煤灰的試件的坍落度均低于添加粉煤灰的試件。隨著引氣劑含量的增加，未添加粉煤灰與添加了粉煤灰的試件的坍落度都呈現(xiàn)上升趨勢。

(3)隨著引氣劑含量的上升，A組試件與B組試件的滲透深度都出現(xiàn)上升趨勢。在相同的引氣劑含量下，添加了粉煤灰的B組試件的滲透深度都大于未添加粉煤灰的A組試件。

(4)添加了粉煤灰的B組試件的碳化深度都明顯高于同等條件下的A組試件，且隨著引氣劑含量的增加，20 d齡期與80 d齡期的A組與B組試件的碳化深度都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。

［1］ 劉關(guān)宇．粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及前景［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20(19):167-170．Liu Guanyu．Comprehensive utilization status and prospect of fly ash［J］．Technology Information Development and Economy，2010，20(19):167-170．(in Chinese)

［2］ 張世饒，陳濤，顧祥林．以沉降控制的摻粉煤灰水泥粉噴樁優(yōu)化設(shè)計方法［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2003，1:29-34．Zhang Shirao，Chen Tao，Gu Xianglin．The settlement control of cement powder spray mixing fly ash［J］．Structure Engineer，2003，1:29-34．(in Chinese)

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［4］ 李斌，沈風(fēng)生，袁群，等．鋼筋混凝土建筑物老化修補與補強試驗研究［J］．人民黃河，2005，2:27-29．Li Bin，Shen Fengsheng，Yuan Qun，et al．Repair and reinforcement of reinforced concrete building［J］．People Yellow River，2005，2:27-29．(in Chinese)

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