粉煤灰和硅灰對海工混凝土抗凍性能影響綜述

田如鎮 李 航 /華北理工大學建筑工程學院

粉煤灰和硅灰對海工混凝土抗凍性能影響綜述

田如鎮 李 航 /華北理工大學建筑工程學院

海洋工程中的混凝土普遍需要具有抗凍性能，結合試驗表明摻合料對提升混凝土抗凍性有著十分積極的作用。本文主要綜述了粉煤灰、硅灰以及復摻粉煤灰與硅灰對海工混凝土抗凍性能的影響，為進一步提高混凝土抗凍性能問題的研究提供了一定的依據。

海工混凝土；凍融破壞；粉煤灰；硅灰；抗凍性

前言

隨著我國海洋探索的進程，海洋工程方面的混凝土將會應用的越來越廣泛。海工混凝土耐久性的指標除了強度，拌合物和易性應滿足設計、施工要求外，還需具有抗滲性、抗凍性等性能。我國地域廣闊，有相當大的面積處于嚴寒地帶，致使不少水工建筑物產生了凍融破壞現象。已有研究表明[1]活性摻合料在混凝土中的應用能充分發揮其火山灰活性效應、微集料效應、減水塑化效應及耐久效應。活性摻合料可以大幅度提高混凝土的各種性能，包括了施工性能、物理力學性能和耐久性能等。根據全國水工建筑物耐久性調查，在32座大型混凝土壩工程、40余座中小型工程中，22%的大壩和21%的中小型水工建筑物存在凍融破壞問題，大壩混凝土的凍融破壞主要集中在東北、華北、地西北區，尤其在東北嚴寒地區興建的水工混凝土建筑物，很多工程局部或大面積地遭受不同程度的凍融破壞[2]。在長期自然環境和使用條件下混凝土結構會逐漸喪失耐久性，進而影響結構物的長期使用和安全運行，凍融破壞是導致混凝土結構耐久性劣化的主要原因之一，特別是地處寒冷地區的水工建筑物。因此，針對我國沿海寒冷地區、嚴寒地區開展海工混凝土抗凍性能研究，對寒冷地區海工混凝土結構的耐久性，延長結構物的使用年限，提高投資效益，加快經濟建設步伐，具有重大的現實意義[3]。

一、不同摻合料對混凝土抗凍性能影響

（一）單摻粉煤灰

在施工中適當摻入粉煤灰，不僅可以節省水泥，且可以明顯改善混凝土性能。嚴捍東等[4]參照《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》測量標準試塊凍融循環前后的重量，計算出重量的損失率，通過對比測試不同齡期對混凝土的抗凍性影響。研究表明，通過大摻量粉煤灰水工混凝土試驗得出結論混凝土的抗凍性隨粉煤灰摻量的增加而提高。孔靖勛[5]通過研究研究了在海水養護條件下，大摻量粉煤灰混凝土和普通混凝土的抗海水凍融能力，結果表明: 含氣量在6%左右的普通混凝土在進行海水凍融時有良好的抗凍性，而粉煤灰摻量為50%的大摻量粉煤灰混凝土抗海水凍融能力差。白轉轉[6]對水工混凝土中粉煤灰摻合料對混凝土性能的影響進行研究，試驗結果表明：當粉煤灰摻量為 15%時，混凝土抗凍性可得到改善；當粉煤灰摻量為 25%時，在反復凍融循環作用下，混凝土強度逐漸降低。因此，粉煤灰摻量合適能夠提高混凝土的抗凍性能， 但摻量過大對混凝土抗凍性能就會有一定的負面影響。

（二）單摻硅灰

在我國，通常將硅灰作為摻合料用于混凝土工業中，一方面可節約水泥熟料，降低混凝土的生產成本，有效減少環境污染，保護環境，另一方面硅灰具有很好的活性，能夠很好的改善混凝土的抗凍性能。楊文武等[7]按照標準海工混凝土凍融循環JTJ270-98快凍方法執行，凍融介質為天然海水凍融循環300次，25次做一個橫向基頻動彈性模量和質量損失測試。研究表明硅灰與合適摻量的引氣劑復合使用，可以大幅度提高混凝土抗凍融性能。雷秀玲等[8]針對白山抽水蓄能泵站進行硅粉混凝土配合比設計及性能研究，通過混凝土抗凍性能試驗，研究表明：硅粉混凝土的相對動彈性模數降低趨勢非常緩慢，滿足設計提出的F200和F300的技術要求。

（三）復摻粉煤灰與硅灰

當粉煤灰與硅灰復摻達到一定比例時，會提高混凝土抗凍耐久性。劉斌云等[9]通過試驗研究了復摻粉煤灰和硅灰對混凝土抗氯離子滲透性能和抗凍融性能，試驗結果表明：復摻粉煤灰和硅灰能大幅度提高混凝土的抗氯離子滲透性能，最小能提高 51.3%，同時會降低其抗凍融性能。邵俊豐等[10]為研究礦物摻合料對混凝土耐久性能影響，分別對單摻粉煤灰，雙摻粉煤灰和硅灰三摻粉煤灰硅灰和礦渣微粉3種情況下混凝土抗壓強度電阻率氯離子擴散系數以及抗凍性能進行了試驗研究，結果表明：礦物摻合料可以改善混凝土孔結構，硅灰可以提高混凝土抗凍性，雙摻混凝土比單摻抗凍耐久性系數提高3.86%；趙丙芳[11]通過對凍融前后的質量損失率和相對動彈模量變化分析，確定不同粉煤灰和硅粉摻量對混凝土抗凍性能的影響，復摻粉煤灰和硅粉的最優摻量為粉煤灰摻量為 20%、硅粉摻量為 2%為最優摻量。

二、結束語

粉煤灰和硅灰是常見的摻合料，作為混凝土的重要摻合料在混凝土中得到了廣泛的應用。隨著不同配比不同摻合量，不管是單摻還是復摻，其混凝土的抗凍性能有著不同的程度結果。經過大量的試驗結果表明，這兩種摻合料對混凝土抗凍性都是有利的。但不足之處是當這兩種摻合料配比對混凝土抗凍性最有利的時候同時對其他的耐久性不一定是最有利的。今后還需廣大科研工作者共同努力，使其在抗凍融能力最利時也滿足其他耐久性條件有利，進一步提高混凝土的綜合性能并廣泛應用。

[1]高育海．C70、C80 高性能混凝土的研究[C]．北京: 中國建筑出版社，1999∶55－64．

[2]高廣冀．混凝土抗凍性的研究[J]．工業技術，2009(25)：131．

[3]胡邦勝.高寒地區混凝土的抗凍性能研究綜述[J]．四川水泥，2017 (02):299.

[4]嚴捍東，孫偉，李鋼．大摻量粉煤灰水工混凝土的氣泡參數和抗凍性研究[J]．工業建筑，2001(8)：47-49．

[5]孔靖勛．大摻量粉煤灰混凝土抗海水凍融性能研究[J].低溫建筑技術，2016 (10)：29-32.

[6]白轉轉．水工混凝土中粉煤灰摻合料對混凝土性能的影響[J].山西水利科技，2016 (04)：79-81.

[7]楊文武，郭立杰，王璐．海工硅灰混凝土抗凍性和抗氯離子滲透性與孔結構的研究[J]．大連民族學院學報，2012(3)：246-249．

[8]雷秀玲，葉遠勝，陳國明，王銳．硅粉混凝土性能研究與應用[J].東北水利水電，2009(04):16-19.

[9]劉斌云，李凱，趙尚傳．復摻粉煤灰和硅灰對混凝土抗氯離子滲透性和抗凍性的影響研究[J].混凝土,2011(11):83-85.

[10]邵俊豐，張世義，范穎芳．復摻礦物摻合料混凝土抗氯鹽侵蝕與抗凍性試驗研究[J].混凝土,2017,(04):38-42.

[11]趙丙芳．摻加粉煤灰和硅粉混凝土抗凍性能試驗研究[D]．長春工程學院，2015.