粉煤灰混凝土抗冻性及抗渗性研究

文摘 2025-01-23 07:05 河南

0引言

随着现代社会对环境保护意识的提升和资源综合利用的日益重视，粉煤灰掺料作为一种环保型混凝土掺合材料受到了广泛关注和应用。为研究粉煤灰对混凝土抗渗性和抗冻性能的影响，通过设置不同的实验工况，分析粉煤灰对混凝土抗冻性及渗透性能的改善作用，研究成果以期深化对混凝土在粉煤灰掺料下力学性能改变的理解，为工程实际应用提供理论指导。

1实验材料及方法

1.1实验原材料

本次实验采用42.5R普通硅酸盐水泥，具体指标如表1所示。

本次实验所采用的粉煤灰性能指标如表2所示。

1.2实验方法

1.2.1抗冻性实验方法

抗冻性实验可分为快冻法与慢冻法，本次采用快冻法，其核心在于迅速将混凝土样品置于极低温环境中，模拟快速冻结的现实情况。在实验中，混凝土样品经过一定的养护期后，会被迅速转移到温度接近或低于冰点的环境中，通常是在-18℃或更低的温度下。

这种方法能够加速多个冻融循环的进行，因此节省时间和成本，但快速的冷冻过程可能导致混凝土内部形成较大的冰晶，增加内部应力，从而影响样品的性能评估结果。

1.2.2抗渗性实验方法

抗渗性实验主要可分为渗水高度法和逐级加压法，本次采用渗水高度法。渗水高度法是一种用于评估混凝土抗渗性能的常见实验方法，通过将混凝土样品暴露在一定高度的水压力下，记录水渗透的高度或时间来评估其抗渗能力，通常使用圆柱体或立方体的样品进行浸泡和观察。渗水高度法适用于评估混凝土的整体抗渗能力和水渗透速率。

2实验方案及评价指标

2.1实验工况

为探究粉煤灰不同掺量下对混凝土抗冻性及抗渗性的影响，设置三组不同掺量的粉煤灰混凝土进行对比分析，具体实验配合比如表3所示。其中C0为对照组即不掺入粉煤灰。

2.2评价指标

混凝土的抗冻性可采用多种指标进行评估，其中质量损失率可直接表示混凝土的质量变化情况，动弹性模量的大小可表示混凝土内部结构的密实度，因此采用质量损失率及动弹性模量来评估混凝土的抗冻性。

抗渗性采用渗水高度进行评估，渗水高度指的是在一定时间内，水在施加一定压力下通过混凝土样品的高度。其常用于渗水高度法实验中，通过测量水从混凝土表面向内渗透的高度来评估混凝土抗渗性能，反映混凝土对水渗透的阻抗能力。渗水高度越低表示混凝土抗渗性能越好，表明水分子在混凝土内部移动的能力较弱，从而减少了混凝土结构受到水分侵蚀和损害的可能性。

3实验结果分析

在不同冻融循环次数下，不同掺量粉煤灰混凝土质量损失率如图1所示，从图1可以看出，掺入粉煤灰的混凝土在不同次数的冻融循环作用下其质量损失率要明显小于不掺粉煤灰的C0,以C1为例，在经历了400次冻融循环之后C0的最终质量损失率为4.57%，而C1的质量损失率仅为2.01%。当掺量为5%尧10%尧15%时经历了400次冻融循环后混凝土的质量损失率分别为2.01%尧1.64%及1.49%，即随着粉煤灰掺量的不断增加，对混凝土的抗冻性的改善效果越好，但改善幅度逐渐减小。此外，在冻融循环初期，混凝土的质量损失率为负值，这是由于在冻融循环的作用下混凝土内部空隙遭到破坏，导致冻融后试样的含水量增加，使得混凝土的质量损失率为负，即混凝土的质量增加。

在不同冻融循环次数下，不同掺量粉煤灰混凝土相对动弹性模量如图2所示，从图2可以看出，随着冻融循环次数的增加，不同掺量粉煤灰混凝土相对动弹性模量均不断减小，但未掺入粉煤灰的混凝土相对动弹性模量下降要明显大于掺入粉煤灰的值，在经历了400次冻融循环之后，未掺入粉煤灰尧掺量为5%尧掺量为10%及掺量为15%相对动弹性模量分别下降了28.5%尧24.1%尧23.9%及23.85%。这表明粉煤灰的掺入可有效改善混凝土的抗冻性。不同粉煤灰掺量下在冻融循环次数200次以前有明显差别，但随着冻融循环次数的增加，其差别逐渐减小。此外，从图2还可以看出，无论是否掺入粉煤灰，混凝土在经历100～300次冻融循环时，其相对动弹性模量下降速率要明显大于冻融循环初期及末期。

为了消除结果偶然性的影响，对每个试样进行了3组实验，其抗渗性实验结果如图3所示，从图3可以看出，掺入粉煤灰后混凝土的渗水高度显著下降，未掺入粉煤灰尧掺量为5%尧掺量为10%及掺量为15%的渗水高度平均值分别为69.3mm尧53.2mm尧50mm及41.6mm即在掺入粉煤灰后混凝土的抗渗性显著提升。掺量为5%尧掺量为10%及掺量为15%相比于未掺入粉煤灰的混凝土渗水高度分别下降了23.2%尧27.8%及39.9%，即随着粉煤灰掺量的增加混凝土的抗渗性得到不断提升。

4结论

渊1冤掺入粉煤灰的混凝土在不同次数的冻融循环作用下其质量损失率要明显小于不掺粉煤灰的混凝土，随着粉煤灰掺量的不断增加，对混凝土的抗冻性的改善效果越好，但改善幅度逐渐减小。此外，在冻融循环初期，混凝土的质量损失率为负值，是由于在冻融冻融循环的作用下的混凝土内部空隙遭到破坏，导致冻融后试样的含水量增加，使得混凝土的质量损失率为负即混凝土的质量增加。

渊2冤随着冻融循环次数的增加，不同掺量粉煤灰混凝土相对动弹性模量均不断减小，但未掺入粉煤灰的混凝土相对动弹性模量下降之要明显大于掺入粉煤灰的值，粉煤灰的掺入可有效改善混凝土的抗冻性。不同粉煤灰掺量下在冻融循环次数200次以前有明显差别，但随着冻融循环次数的增加，其差别逐渐减小。混凝土在经历100～300次冻融循环时，其相对动弹性模量下降速率要明显大于冻融循环初期及末期。

渊3冤掺入粉煤灰后混凝土的渗水高度显著下降，即在掺入粉煤灰后混凝土的抗渗性显著提升。掺量为5%尧掺量为10%及掺量为15%相比于未掺入粉煤灰的混凝土渗水高度分别下降了23.2%尧27.8%及39.9%，即随着粉煤灰掺量的增加混凝土的抗渗性得到不断提升。（来源：《江苏建材》2024.06）

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