粉煤灰和矿渣复掺对高性能混凝土耐久性的影响

文摘 2024-12-09 07:02 河南

0引言

高性能混凝土作为一种新型建筑材料，具有自密实性能好、体积稳定性高、耐久及耐火性能优良等特性，被大规模应用于房建、路桥工程建设中。高性能混凝土生产中，粉煤灰及矿粉是必不可少的掺合料，其掺配比例直接决定高性能混凝土耐久性，影响结构使用寿命。现阶段，针对掺合料掺量对高性能混凝土性能影响方面的研究众多，但大多局限于单掺掺合料方面，而对于掺合料复掺对混凝土性能影响方面的研究较为少见。为此，本文通过相关试验，针对粉煤灰及矿渣复掺条件下高性能混凝土耐久性变化情况进行探究，对提升高性能混凝土性能、保证工程建设质量具有重要意义。

1试验原材料

水泥：采用P·O42.5级水泥，细度2.2%，烧失量2.47%，安定性符合要求，各项技术指标见表1所示。

粗集料：采用玄武岩，粒径介于4.75～26.5mm之间，其表观密度、针片状颗粒含量、含泥量及压碎指标依次为2.56g/cm³、6.2%、0.3%和4.8%。

细集料：选用机制砂，根据现行《工程用砂、石试验检测规程》相关规定，得到其表观密度、含泥量、空隙率、压碎率及MB值依次为2.7g/cm³、0.7%、32.0%、18.0%和1.2。

矿料采用Ⅰ级粉煤灰与S95矿渣，相关技术指标见表2所示；减水剂选用聚羧酸减水剂，固含量、减水率分别为37.0%和27.5%；拌和水选用饮用水。

2试验方案及配合比设计

2.1试验方案

按照现行《混凝土材料耐久性试验检测规程》相关规定，利用电通量法检测氯离子渗透系数，根据标准要求制备混凝土试块，养护完成后，将试块切割成规格为Φ100mm×50mm圆柱形试件，并进行真空饱水处理，处理完成后接通电源进行试验检测，测取试件氯离子渗透系数，并对其抗氯离子渗透性能实施评估。

（1）混凝土碳化检测，按照标准要求成型100mm×100mm×100mm标准试件，养生完毕将其置于CO₂含量（20±5）%、温度（20±5）℃、湿度（80±5）%环境中实施碳化，按照各时段试件碳化深度，确定其抗碳化能力。

（2）通过快速冻融法进行冻融试验，按照标准要求制备标准试件，养生完成后将其置于冻融箱内，循环次数25次，测得循环后试件质量损失率为5%。

（3）通过干湿循环-硫酸盐侵蚀试验测取混凝土试件抗硫酸盐侵蚀性能，试验溶液选用5%Na₂SO₄溶液。

2.2配合比设计

为有效探究掺合料复掺条件下高性能混凝土耐久性变化规律，配合比设计时，水胶比控制在0.25、减水剂掺量1%，掺合料掺量控制在30%，粉煤灰及矿渣配比依次取1:0、8:2、6:4、4:6和2:85种比例，各种复掺条件下混凝土配合比见表3所示。

3结果与分析

通过试验对不同复掺条件下高性能混凝土的抗氯离子渗透性能、抗碳化性能、抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能实施检测，并对检测结果进行分析。

3.1抗氯离子渗透性能

为探究不同复掺方案下高性能混凝土抗氯离子渗透性能变化规律，采用电通量法对规格Φ100mm×50mm圆柱形混凝土实施检测，得到各种养护龄期下高性能混凝土氯离子渗透系数见图1所示。

从图1可知：（1）混凝土养护时间越长，各种复掺条件下的混凝土氯离子渗透系数越小；（2）矿渣掺量越大，各种养护时间下高性能混凝土氯离子渗透系数越小，尤其以方案5渗透系数降幅最大。当养护时间为7d、28d时，对应的氯离子渗透系数下降幅度分别为56.3%、58.6%，主要是因为与粉煤灰相比，矿渣水化反应更强，对氯离子吸附性能更大，所以矿渣掺配比例越大，其抗氯离子渗透性越强。因此，总体而言，当粉煤灰与矿渣复掺配比为2:8时，高性能混凝土的抗氯离子渗透能力更加优良。

3.2抗碳化性能

按照相关标准要求，对不同粉煤灰及矿渣掺量下规格100mm×100mm×100mm标准混凝土试件实施碳化深度检测，得到各种养护龄期下高性能混凝土碳化深度变化规律，见图2所示。

从图2可知：（1）混凝土养护时间越长，各种复掺条件下的高性能混凝土碳化深度越大，表明养护时间会在一定程度上影响高性能混凝土抗碳化能力；（2）当矿渣掺量增大时，各种养护时间下高性能混凝土碳化深度曲线呈现先降后升的变化规律；（3）复掺条件下，高性能混凝土碳化深度略有下降，尤其以方案2降幅最大，当养护时间为7d、28d时，对应的碳化深度下降幅度分别为35.6%、32.9%，主要是因为与粉煤灰相比，矿渣颗粒较小，能够更加有效地充填于骨料间隙，提高混凝土密实度，所以掺加一定比例的矿渣能显著增强混凝土抗碳化能力。因此，总体而言，当粉煤灰与矿渣复掺配比为8:2时，高性能混凝土的抗碳化能力更加优良。

3.3抗冻性能

按照相关标准要求，对不同粉煤灰及矿渣掺量下混凝土质量损失率实施检测，从而对其抗冻性能实施评价，具体检测结果见图3所示。

从图3可知：（1）当冻融循环次数增加时，各种复掺条件下高性能混凝土质量损失率显著提升，表明冻融作用会在一定程度上影响混凝土抗冻能力；（2）当矿渣掺量增大时，各种冻融循环次数下高性能混凝土质量损失率呈现先降后升的变化规律，方案4降幅最大，当冻融循环次数为90次、180次时，对应的损失率下降幅度分别为45.2%、36.1%，主要是因为与粉煤灰相比，矿渣颗粒较小，能够有效充填于骨料间隙，降低胶凝材料占比，从而有效提升混凝土密实度，所以掺加一定比例的矿渣能显著增强混凝土抗冻能力。因此，总体而言，当粉煤灰与矿渣复掺配比为4:6时，高性能混凝土的抗冻能力更加优良。

3.4抗硫酸盐侵蚀性能

按照相关标准要求，对不同粉煤灰及矿渣掺量下混凝土耐腐蚀系数进行检测，从而对其抗硫酸盐侵蚀性能实施评价，具体检测结果见图4所示。

从图4可知：（1）当干湿循环次数增加时，各种复掺条件下高性能混凝土耐蚀系数变小，表明干湿循环会在一定程度上影响混凝土抗硫酸盐侵蚀能力[10]；（2）当矿渣掺量增大时，各种干湿循环次数下高性能混凝土耐蚀系数变化曲线呈现先升后降的变化规律，方案3条件下增幅最大，当干湿循环次数为30次、360次时，对应的耐蚀系数增幅分别为4.6%、7.2%，主要是因为与粉煤灰相比，矿渣颗粒较小，能够有效充填于骨料间隙，从而有效提升混凝土密实度，所以掺加一定比例的矿渣能显著增强混凝土抗硫酸盐腐蚀能力。因此，总体而言，当粉煤灰与矿渣复掺配比为4:6时，高性能混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力更加优良。

4结束语

综上所述，本文通过相关试验，对不同粉煤灰及矿渣复合掺量下高性能混凝土抗氯离子渗透性能、抗碳化性能、抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能变化情况进行比较分析，得出如下结论：

（1）混凝土养护时间越长，各种复掺条件下的混凝土氯离子渗透系数越小；且当粉煤灰与矿渣复掺配比为2:8时，高性能混凝土的抗氯离子渗透能力最强；

（2）混凝土养护时间越长，各种复掺条件下的高性能混凝土碳化深度越大；且当粉煤灰与矿渣复掺配比为8:2时，高性能混凝土的抗碳化能力最强；

（3）当冻融循环次数增加时，各种复掺条件下高性能混凝土质量损失率显著提升；且当粉煤灰与矿渣复掺配比为4:6时，高性能混凝土的抗冻能力最强；

（4）当干湿循环次数增加时，各种复掺条件下高性能混凝土耐蚀系数逐渐变小；且当粉煤灰与矿渣复掺配比为4:6时，高性能混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力最强；

（5）整体来看，复掺粉煤灰及矿渣能有效增强高性能混凝土耐久性，但各种配比所取得的效果存在显著差异，所以工程实践中应根据实际情况合理确定复掺比例。

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