北方地區水工混凝土高摻量粉煤灰與引氣劑的應用研究

高　寬

(遼寧江河水利水電新技術設計研究院，沈陽 110003)

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北方地區水工混凝土高摻量粉煤灰與引氣劑的應用研究

高寬

(遼寧江河水利水電新技術設計研究院，沈陽 110003)

摘要：隨著國家對環保重視程度要求越來越高，不斷提高火電廠煙氣排放標準，使得粉煤灰中的石灰和氨含量增加。當混凝土摻用大量粉煤灰時，使得粉煤灰與引氣劑的適應明顯降低。為此，研究單摻各引氣劑對水工混凝土高摻量粉煤灰混凝土的含氣量、抗凍性的影響，并復合應用引氣劑，解決高摻量粉煤灰混凝土中單摻引氣劑的摻量大和性能不穩定的問題，為高摻量粉煤灰混凝土與引氣劑的應用提供不同試驗方案并得出其不同結果，以供應用選擇。

關鍵詞：粉煤灰；引氣劑；抗凍性；抗壓強度；應用

0引言

水工大壩混凝土為大體積混凝土，為了降低混凝土的水化熱和防止溫度裂縫的出現，在混凝土中摻入較高量的粉煤灰。在北方地區為了提高水工混凝土的抗凍性，特別是水位變化區要求混凝土具有高抗凍性，在混凝土中都需要摻加引氣型外加劑以提高混凝土的抗凍性。由于對環保重視程度和要求越來越高，從而提高火電廠的煙氣排放標準，其中粉煤灰脫硫工藝主要依靠石灰和氨水，使得粉煤灰中的石灰和氨含量增加。當混凝土摻用粉煤灰，特別是高摻量粉煤灰時，使得粉煤灰與引氣劑的適應明顯降低，當引氣劑摻量成倍增加混凝土含氣量也沒有明顯提高，從而使得摻加引氣劑的混凝土的抗凍性也沒有明顯提高。為了解決高摻量粉煤灰混凝土與引氣劑的適應性，我們研究高摻量粉煤灰常態混凝土與引氣劑的應用，提出相應的解決辦法，為高摻量粉煤灰混凝土與引氣劑的應用提供參考。

1原材料、混凝土配合比及試驗方案

1.1原材料

水泥：撫順大伙房水泥有限責任公司的P.O42.5級水泥；

粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰；

骨料：砂為細度模數2.8的天然河砂，石子級配為5～20mm、20～40mm、40～80mm的卵石；

減水劑：萘系高效減水劑，摻量為0.4%；

引氣劑：選擇了4個品種的引氣劑，分別為松香皂及松香類引氣劑選用改性松香熱聚物，十二烷基苯磺酸鹽類引氣劑選用十二烷基硫酸鈉(簡稱K12)，皂角苷類引氣劑選用三萜皂苷，木質素鹽類引氣劑選用木質素磺酸鈉(簡稱木鈉)。在混凝土中引入氣泡粒徑由大至小為木質素磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、改性松香熱聚物、三萜皂苷，相同含氣量引氣劑摻量由大至小為木質素磺酸鈉、三萜皂苷、改性松香熱聚物、十二烷基磺酸鈉。

1.2混凝土配合比

水工大壩混凝土設計齡期為90天的常態混凝土，坍落度為40±10mm，其試驗選用的混凝土配合比各原材料用量見表1。

表1　基準配合比所用的原材料　kg/m3

1.3試驗內容

依據表1的混凝土配合比，單獨摻用每種引氣劑和復合應用引氣劑對混凝土含氣量和抗凍性的影響以及混凝土坍落度變化對混凝土含氣量和強度的影響。

2試驗結果及分析

2.1單摻各引氣劑的試驗結果

水工混凝土中有抗凍要求的混凝土，應摻入引氣型外加劑，其中粗骨料最大粒徑為80mm的混凝土抗凍等級≥F200的含氣量適宜為4.5%、抗凍等級≤F150的含氣量適宜為3.5%，混凝土的含氣量≤7.0%。

2.1.1改性松香熱聚物

隨著改性松香熱聚物摻量的增加含氣量和抗凍性不斷增加，但高摻量粉煤灰混凝土的含氣量增加緩慢，其引氣劑的摻量是普通混凝土的2～3倍。當引氣劑的摻量達到0.056%時，C30、C20混凝土的含氣量和抗凍性達到設計標準。

改性松香熱聚物與高摻量粉煤灰混凝土的含氣量變化試驗結果詳見圖1，對高摻量粉煤灰混凝土抗凍性的影響的試驗結果詳見表2。

圖1　改性松香熱聚物引氣劑在

混凝土等級引氣劑摻量/%0.0440.0500.0560.062C30含氣量/%2.73.44.34.6抗凍次數125175225275C20含氣量/%2.433.84.4抗凍次數115140175250

2.1.2十二烷基磺酸鈉

隨著十二烷基磺酸鈉摻量的增加含氣量和抗凍性不斷增加，但高摻量粉煤灰混凝土的含氣量增加緩慢，其引氣劑的摻量是普通混凝土的2～3倍。當引氣劑的摻量達到0.022%時，C30、C20混凝土的含氣量達到設計標準，當引氣劑的摻量達到0.026%時，C30、C20混凝土的抗凍性達到設計標準。十二烷基磺酸鈉與高摻量粉煤灰混凝土的含氣量變化試驗結果詳見圖2，對高摻量粉煤灰混凝土抗凍性的影響的試驗結果詳見表3。

圖2　十二烷基磺酸鈉引氣劑在

混凝土等級引氣劑摻量/%0.0140.0180.0220.0260.030C30含氣量/%2.63.34.44.95.3抗凍次數75125175225275C20含氣量/%2.43.23.84.14.7抗凍次數75100125175225

2.1.3三萜皂苷

隨著三萜皂苷摻量的增加含氣量和抗凍性不斷增加，但高摻量粉煤灰混凝土的含氣量增加緩慢，其引氣劑的摻量是普通混凝土的3～4倍。當引氣劑的摻量達到0.070%時，C30、C20混凝土的含氣量達到設計標準，當引氣劑的摻量達到0.062%時，C30、C20混凝土的抗凍性達到設計標準。三萜皂苷與高摻量粉煤灰混凝土的含氣量變化試驗結果詳見圖3，對高摻量粉煤灰混凝土抗凍性的影響的試驗結果詳見表4。

圖3　三萜皂苷引氣劑在不同摻量下的含氣量變化

混凝土等級引氣劑摻量/%0.0540.0620.0700.080C30含氣量/%2.43.34.14.7抗凍次數125210250300C20含氣量/%2.33.03.84.2抗凍次數125185225275

2.1.4木質素磺酸鈉

該類引氣劑具有減水作用，到達一定摻量后具有較強的緩凝作用。隨著木質素磺酸鈉摻量的增加含氣量不斷增加，抗凍性先增加后降低，當該類引氣劑摻量達到0.6%時，混凝土的抗凍性開始降低。單獨摻用該類引氣劑時，C30、C20混凝土的含氣量和抗凍性都不能滿足設計要求。木質素磺酸鈉與高摻量粉煤灰混凝土的含氣量變化試驗結果詳見圖4，對高摻量粉煤灰混凝土抗凍性的影響的試驗結果詳見表5。

圖4　水質素磺酸鈉引氣劑在

混凝土等級引氣劑摻量/%0.20.30.40.50.6C30含氣量/%1.61.92.43.13.5抗凍次數50759012595C20含氣量/%1.51.72.12.63.2抗凍次數50658010075

2.2坍落度對含氣量和抗壓強度的影響

隨著坍落度增加混凝土含氣量不斷增加，坍落度<100mm時，含氣量變化值較小，當坍落度達到120mm混凝土含氣量明顯增加；隨著坍落度增加混凝土抗壓強度不斷降低，當坍落度達到120mm混凝土抗壓強度明顯降低。混凝土坍落度的變化對混凝提含氣量和抗壓強度的影響的試驗結果詳見表6。

2.3引氣劑的復合應用

通過以上試驗可知，高摻量粉煤灰混凝土中單摻各引氣劑，其摻量為普通摻量的2～4倍，當坍落度變化較大時，使混凝土含氣量也發生較大變化，從而影響混凝土的抗壓強度。通過引氣劑復合應用，在降低引氣劑摻量的條件下，保證高摻粉煤灰混凝土的含氣量與抗凍性，并降低混凝土坍落度變化對混凝土含氣量與抗壓強度的影響。引氣劑復合應用對混凝土含氣量和抗凍性的試驗結果詳見表7，引氣劑復合應用中坍落度閉環對混凝土含氣量的試驗結果詳見表8。

表6　混凝土坍落度變化對混凝土含氣量和抗壓強度的影響

表7　引氣劑復合應用對混凝土含氣量和抗凍性

表8　引氣劑復合應用中坍落度變化對混凝土含氣量的影響

3結論

1)高摻量粉煤灰水工混凝土中單摻各引氣劑，當混凝土含氣量滿足設計要求時，其摻量是普通混凝土的2～4倍，當混凝土坍落度增大，大摻量引氣劑的混凝土含氣量明顯提高，使得混凝土抗壓強度明顯降低。

2)引氣劑的復合應用解決了單摻各引氣劑對高摻量粉煤灰混凝土的負面影響，降低了引氣劑的摻量，并保證了混凝土含氣量、抗凍性和抗壓強度滿足設計的要求。

參考文獻：

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[2]馮浩 朱清江.混凝土外加劑工程應用手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[3]李金玉 曹建國.水工混凝土耐久性的研究和應用[M].北京:中國電力出版社,2004.

Application and Research of Hydraulic Concrete with High-volume Flyash and Air Entraining Agent in Northern Area

GAO Kuan

(Liaoning Jiang he Water Conservancy & Hdyroelectric Power New Technology Design and Research Institute，Shenyang 110003，China)

Abstract：With the higher degree of attention to national environmental protection requirements，the emission standard of thermal power plant is continuously improved and the lime and ammonia content in fly ash increases is incrensed.When a large amount of flyash is admixed in concrete，the flyash and air entraining agent will decrease obviously.Therefore，the effect of the dosage of air entraining agent on hydraulic concrete with high volume flyash concrete containing gas and the influence of frost resistance and the composition application of air entraining agent was studied to solve the dosage of high volume fly ash concrete in single mixed air entraining agent and unstable performance problems，application of high volume flyash concrete and air entraining agent to provide different test schemes and get the different results，so as to supply application and choice.

Key words：flyash；air entraining agent；freezing resistance；compression strength；application

文章編號：1007-7596(2016)04-0092-04

[收稿日期]2016-02-25

[作者簡介]高寬(1980-)，男，遼寧撫順人，助理工程師，從事水利水電工程質量檢測工作。

中圖分類號：TV42+3

文獻標識碼：B