綠色混凝土耐久性試驗研究

顏家學(xué)

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550008)

綠色混凝土耐久性試驗研究

顏家學(xué)

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550008)

針對綠色混凝土的耐久性問題，在分析混凝土耐久性主要影響因素的基礎(chǔ)上，研討粉煤灰這一特殊摻料的性能和特點(diǎn)，并選取相應(yīng)的材料開展綠色混凝土強(qiáng)度、和易性、耐久性與經(jīng)濟(jì)性試驗，根據(jù)試驗結(jié)果得出綠色混凝土不僅工作性良好，而且還有很高的后期強(qiáng)度與安全儲備，尤其是耐久性方面有著普通混凝土無法比擬的優(yōu)勢；粉煤灰是綠色混凝土首選優(yōu)質(zhì)摻料等結(jié)論。

綠色混凝土；粉煤灰；耐久性；試驗

1 粉煤灰材料性能

1.1 化學(xué)成分

粉煤灰化學(xué)成分共有八種，分別為：氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、硫酸酐、氧化鉀、氧化鈉與氧化硅。其中含量較高的是氧化硅(52.8%)與氧化鋁(30.03%)，氧化鉀的含量最少，一般不超過0.5%。

1.2 物理性能

粉煤灰基本物理性能如表1所示。

表1 粉煤灰基本物理性能

1.3 顆粒組成

通過掃描電鏡觀察可知，粉煤灰粒群主要由各種顆粒通過混合而成，每種顆粒的形狀均不相同，按形貌可分為以下幾類：(1)環(huán)狀；(2)渣狀；(3)破碎狀；(4)粘聚狀。

1.4 粉煤灰作用原理

對于新拌混凝土而言，粉煤灰不僅能發(fā)揮解絮擴(kuò)散與滾珠軸承等作用，提高和易性，還能與細(xì)砂、水泥一同起到微骨料的作用，改善混凝土的均勻性，填充內(nèi)部細(xì)毛孔與孔隙，最終達(dá)到提高抗?jié)B力與強(qiáng)度的目的。

硬化混凝土當(dāng)中，熟石灰約占總量1/4，它是三方晶系，使用顯微鏡觀察可見片狀晶體，形狀為六角形。因熟石灰具有一定可溶性，所以無法在混凝土內(nèi)部均勻分布，相比膠石和骨料，熟石灰孔較多，而且強(qiáng)度也很低，會對骨料和砂漿間強(qiáng)度的形成造成影響。而在摻加一定量粉煤灰之后，其含有的活性物質(zhì)可以與熟石灰發(fā)生一系列反應(yīng)，反應(yīng)后生成水化硅結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不溶于水，所以能提高混凝土的界面強(qiáng)度，減弱其滲透性。

2 試驗材料

粉煤灰使用熱電廠II級粉煤灰；水泥使用42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料選用粒徑為5.0～31.5 mm的碎石；細(xì)骨料選用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)砂；外加劑為QJ-2高性能外加劑。

3 綠色混凝土主要性能指標(biāo)

3.1 強(qiáng)度與和易性

按照C20、C35和C50標(biāo)準(zhǔn)對基準(zhǔn)混凝土實(shí)施配比設(shè)計，設(shè)計過程主要使用超量取代方法。結(jié)合以往試驗結(jié)果可知，雙摻混凝土具有比單摻更大的坍落度(雙摻即為同時摻加減水劑與粉煤灰，單摻只摻加減水劑)，而且其經(jīng)時損失也相對較少，可發(fā)揮出良好的保塑與塑化作用，對商品混凝土泵送及預(yù)拌混凝土均有益處。從強(qiáng)度角度分析，水泥的活性比粉煤灰強(qiáng)，28 d內(nèi)雙摻混凝土實(shí)際強(qiáng)度將略小于單摻混凝土，但在此之后粉煤灰逐漸發(fā)揮活性，60 d左右雙摻強(qiáng)度即可與單摻相同，說明粉煤灰有很強(qiáng)的后期增長力。經(jīng)測算，90 d雙摻強(qiáng)度可達(dá)60 d的115%。

3.2 耐久性

(1)干縮變形

混凝土的玻璃球形顆粒含量較多，結(jié)構(gòu)具有致密性，無裂縫，加之粉煤灰僅有很小的內(nèi)比表面積和很弱的吸附水能力，所以雙摻混凝土具有很高的抗裂度，改善了脆性性質(zhì)。相關(guān)測試結(jié)果表明，基準(zhǔn)混凝土早期收縮以及塑性收縮均大于雙摻混凝土，雙摻混凝土的收縮極限保持在540-720×10-6范圍內(nèi)，也比基準(zhǔn)混凝土低很多。雖然在一段時間之后雙摻混凝土收縮值將與基準(zhǔn)混凝土持平，但考慮到抗裂性只和早期干縮程度有關(guān)，所以雙摻混凝土具有良好的抗裂性，說明通過粉煤灰的適量摻加，能起到抑制混凝土早期干縮，提高抗裂性的作用。

(2)抗侵蝕能力

抗侵蝕試驗數(shù)據(jù)如表2所示。表2中，K值為溶液中混凝土抗壓強(qiáng)度和清水中混凝土抗壓強(qiáng)度的比值，當(dāng)K>0.8時，為合格。由表2可知，綠色混凝土在30～180 d的齡期中，抗侵蝕能力始終滿足要求，說明其具有較強(qiáng)的抗侵蝕能力。

表2 抗侵蝕試驗數(shù)據(jù)

硫酸鹽侵蝕作用下，混凝土?xí)l(fā)生兩個作用：其一是與熟石灰反應(yīng)生成硫酸鈣鹽結(jié)晶，當(dāng)結(jié)晶處于毛細(xì)孔內(nèi)時，將引起膨脹；其二是石膏和鋁酸鈣反應(yīng)會生成鈣礬石，輕則造成體積膨脹，嚴(yán)重時將引起破壞。摻入粉煤灰后能從化學(xué)與物理兩個角度避免混凝土被侵蝕，其中化學(xué)角度是對熟石灰進(jìn)行穩(wěn)定，而物理角度則是減少毛細(xì)孔。

(3)抗凍性與抗?jié)B性

混凝土凍害主要和三個破壞壓力有關(guān)：其一，凍結(jié)膨脹加速孔隙水排出，產(chǎn)生一定擠水壓力；其二，凍結(jié)純水由溶液析出，導(dǎo)致溶液濃度增加，產(chǎn)生一定滲透壓力；其三，冰和過冷水間存在蒸汽壓差，促使凝膠水不斷擴(kuò)散繼而產(chǎn)生滲透壓力。雙摻混凝土硬化時，內(nèi)溫升高及早期收縮均在粉煤灰作用下被抑制，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可順利形成。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

首先，粉煤灰能降低15%～45%水泥用量，并間接減少用于水泥生產(chǎn)的能源，緩解溫室效應(yīng)；其次，降低15%～20%天然砂用量，對保護(hù)生態(tài)平衡、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及降低不可再生資源實(shí)際消耗均有重要意義；最后，粉煤灰產(chǎn)量充足，若未二次利用將造成環(huán)境污染，而合理應(yīng)用粉煤灰，既能保護(hù)環(huán)境，減少排放，又能促進(jìn)工業(yè)后續(xù)發(fā)展。

4 總 結(jié)

(1)綠色混凝土是集高性能與生態(tài)環(huán)保為一身的新型混凝土，是現(xiàn)階段建材工業(yè)主流發(fā)展方向，兼具環(huán)境效益、性能與經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)勢，在未來必將得到更為廣泛的應(yīng)用和推廣。綠色混凝土應(yīng)用在技術(shù)方面沒有障礙，重點(diǎn)是要盡早轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，全面提高綠色混凝土的應(yīng)用力度。

(2)經(jīng)試驗與實(shí)踐，綠色混凝土不僅工作性良好，而且還有很高的后期強(qiáng)度與安全儲備，尤其是耐久性方面有著普通混凝土無法比擬的優(yōu)勢。

(3)在對綠色混凝土進(jìn)行配置的過程中，應(yīng)優(yōu)先選用粉煤灰，或者是正是粉煤灰的摻入才賦予了綠色混凝土各種特點(diǎn)與優(yōu)勢。

(4)試驗與實(shí)踐均表明，綠色混凝土可用在很多工程領(lǐng)域，如大體積砼、房屋建筑、水利工程與市政工程等，相信通過不斷完善與創(chuàng)新，綠色混凝土能徹底取代普通混凝土。

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U214

C

1008-3383(2017)09-0087-02

2017-08-01

顏家學(xué)(1986-)，男，貴州遵義人，中級，研究方向：公路工程及建筑材料研究與檢測工作。