粉煤灰对C40 自密实混凝土抗冻性能影响研究

罗奇志

（岳阳市公路桥梁基建总公司，湖南 岳阳 414100）

粉煤灰混凝土由于其早期孔结构较普通混凝土粗，也这造成了自密实混凝土的抗冻性降低，于是国内外学者在自密实混凝土的设计过程中采用了多种方法来提高粉煤灰自密实混凝土的抗冻性。张萌等[1]相关研究成果表明矿粉与粉煤灰（3：1）掺合后应用到自密实混凝土中可以有效地提高其抗冻性。赵晋源等[2]则利用矿渣材料实现了改善自密实混凝土抗冻性的目的。Ranjbar等[3]利用向自密实混凝土中掺加棕榈油燃料灰，发现混凝土抵抗硫酸盐冻融循环破坏的能力得到了有效的提升。王成启[4]利用多种矿物掺合料制备了自密实混凝土，通过试验发现混凝土的抗冻性能有所提升。

近年来，自密实混凝土深受土施工人员的喜爱，其与钢筋的握裹紧密，可以非常容易的填充模板的各个角落，同时脱模后的强度较普通水泥混凝土大。但粉煤灰究竟是如何影响自密实混凝土的抗冻性还不是很清楚，当然不可否认，有许多科研工作者做了大量的工作，现梳理如下。侯景鹏等发现当掺量为5%的聚羧酸引气减水剂掺入自密实混泥土后，拥有较好的抵抗水的冻融循环作用；李永靖等在试验过程中也发现了粉煤灰的掺入导致自密实混凝土的抗冻性能发生了降低，但遗憾的是其并未对其影响规律进行深入的探讨；张谊平等向自密实混凝土中掺加了玄武岩纤维后其施工和易性变差，通过钢筋间隔的能力变弱，但混凝土的耐久性却得到了提升，特别是采用2 的%添加剂量，其抵抗冻融循环的能力较好；方小婉认为合理的选择粉煤灰和矿渣用量有助于提高自密实混凝土的抗冻性及抗硫酸盐侵蚀性。

本文在前人研究成果的基础上，利用粉煤灰作为活性掺合料，以不同的掺量掺入C40 自密实混凝土中，并开展抗冻性试验，揭示粉煤灰对自密实水泥混凝土抗冻性能的影响规律。研究成果对合理的选用粉煤灰掺量具有一定的理论指导意义[5-7]。

1 原材料与试验设计

1.1 原材料

本文所采用的水泥各项技术指标均满足相关规范的要求；石采用山东产辉绿岩，最大粒径为25mm；F 类粉煤灰。在整个试验过程中，C40 自密实混凝土的坍落度和坍落扩展度始终维持在250mm-280mm 和550-650mm[8]。

1.2 试验设计

针对文章的研究目的，采用等量取代法利用粉煤灰配置混凝土立方体试件，边长为100mm，粉煤灰用量从零到百分之四十不等，间隔为百分之十随后进行冻融循环试验。每20 次循序，取出试件（同一类不少于3 个）测试质量损失率以及抗压强度，冻融循环次数120 时试验截止。

2 试验结果与分析

2.1 粉煤灰对C40 自密实混凝土抗冻性能影响

整理试验结果并绘图，如图1 所示。

图1 质量损失率

从图1 不难看出，当冻融循环次数小于40 次时，无论冻融介质如何，C40 自密实混凝土试件的质量损失率均呈现为负值，但损失率的绝对值均不大。出现上述现象的原因是C40 自密实混凝土内部分布着一定数量的微小孔隙，在试验过程中吸收了一定质量的水分，而此时试件并没有产生较大的质量损失，因此表现在数值上为负值。

当循环次数小于40 次时，不同粉煤灰掺量的C40 自密实混凝土的冻融循环质量损失率均相仿，不易区分；当冻融循环次数超过40 次且粉煤灰掺量在0%时，C40 自密实混凝土在各冻融循环试验次数的质量损失率均为最小值，这一规律适用于不同的冻融循环媒介；这说明粉煤灰的掺入使得C40 自密实混凝土的抗冻性降低。

下图2 为不同粉煤灰掺量下C40 自密实混凝土试件立方体抗压强度损失率与冻融循环次数的关系图，冻融介质分别为饮用水和5%Na2SO4溶液。

图2 不同粉煤灰掺量的强度损失率

由图2 显示，当冻融介质为5%Na2SO4溶液时，增大幅度明显变大，从数值上看，当循环次数为120 时，同掺量混凝土抗压强度的损失率较冻融介质为水时增幅均大于10%。此外，C40 自密实混凝土试件立方体抗压强度损失率数值上的变化规律基本上与质量损失率相仿，但并未出现抗压强度损失率为负值的现象，这也印证了上文对冻融循环试验早期质量损失率为负值的分析。

2.1 粉煤灰对C40 自密实混凝土力学性能的影响

本文采用不同粉煤灰掺量的自密实混凝土进行坍落度、坍落扩展度、3d、7d、28d 抗压强度进行测试，测试结果如下表1 所示。

表1 粉煤灰/SP406 自密实混凝土（C40）性能

表1 显示，随着粉煤灰掺量的逐渐提高，C40 自密实混凝土的3d、7d 及28d 抗压强度逐渐减小，但减小程度均不大，且后期随着粉煤灰自身火山灰反应的持续进行，这种强度之间的差距将会逐渐得到弥补。但值得注意的是随着粉煤灰掺量的逐渐增大，自密实混凝土的坍落度则逐渐减小、坍落扩展度也逐渐减小，这说明粉煤灰的掺入使得自密实混凝土的施工和易性有所降低，这对自密实混凝土的密实性有一定的影响。

总结粉煤灰对C40 自密实混凝土抗冻性以及其他技术性能的影响规律，不建议在自密实混凝土中掺入掺量较大的粉煤灰，以免造成抗冻性及施工和易性损失较大。

3 结论

本文相关结论现梳理如下：

（1）粉煤灰对C40 自密实混凝土的抗冻性能有害，且随着其在混凝土中的用量越多，混凝土抵抗硫酸钠及水的冻融破坏的能力就越弱；

（2）粉煤灰掺量越大，混凝土28 天内各个龄期的立方体抗压强度略有降低，施工和易性也有所降低；

（3）针对抗冻性，如若必须使用粉煤灰，则可以采用其他提高抗冻性能的措施，以减小粉煤灰的掺入所带来的抗冻性的损失。