不同水胶比及粉煤灰掺量混凝土的耐久性能

的耐久性能进行了实验研究 结果表明：混凝土中粉煤灰掺入比控制在0. 15、水胶比控制在0.3时，混

凝土的抗腐蚀性、抗干湿环境和抗冻融环境性能最强，实际工程中可以优先考虑；三种环境条件下，冻融

环境对混凝土耐久性能损坏最为突出.关键词 粉煤灰，水胶比，质量损失，相对动弹性模量The Effect of Fly Ash Content and Different Water-binder

Ratio on the Durability of ConcreteLI Yong*(School of Civil Engineering and Architecture,Huanghuai University, Zhumadian 463000, China)Abstract In order to study the effect of fly ash content and different water-cement ratio on the durability of

concrete, in this paper the durability of three kinds of concrete specimens with different fly ash content and

different water-binder iatio was tested studied in the conditions of natural soaking, freeze-thaw cycle, dry and wet cycle by using the mass loss and relative dynamic elastic modulus as specimen durability evaluation index.

The results show that among the three specimens, the concrete of 30% water-cement ratio and 15% fly ash has the strongest performance of corrosion resistance, anti-(hy environment and anti-freeze-thaw environmental, and

Practical projects can be given priority. The condition of freeze-tlitiw is the most damaging to durability of

concrete.Keywords fly ash , water-binder ratio, mass loss, relative dynamic elastic modulus作为产煤大国，我国发电仍然以煤炭为基本

o引言混凝土因为原料丰富、价格低廉、生产工艺简

燃料,燃煤火力发电每年会产生以亿吨计的粉煤

灰，而在混凝土中掺入粉煤灰,不仅能将粉煤灰变 废为宝，还能增强混凝土的强度和耐久性能，具有 较好的经济和环保效益9。同时国内外学者对

单等特点，而逐渐成为当代最主要的土木工程材 料之一' °同时由于其还具有抗压强度高、耐久

将粉煤灰掺加到混凝土的耐久性做了较多的实验 研究，由于存在实验材料、方法等的不同，导致实

性能好等特点，所以其使用范围十分广泛，甚至在 造船业、海洋开发、地热工程等领域也有使用 不

验的结果有所差异,但是粉煤灰掺量对混凝土耐

同的环境条件对混凝土耐久性能冇较大考验，其 中评价混凝土耐久性能的指标主要有抗侵蚀性、

久性影响的结论是一致的因此本文采用质 量损失和相对动弹性模量作为试件耐久性评价指

抗冻性、抗碳化性等\"O收稿日期标，对三种粉煤灰掺量和水胶比的混凝土试件在

:2017 -05 -04“联系作者：李 勇（1975 -）,女，汉族，河南驻马店人，博士•副教授，研究方向为土木匸程建造与管理「Email：fewd54@163.comStructural Engineers Vol. 35 , No. 1• 206 •Experiment Study自然浸泡、冻融循环、干湿循环条件下的耐久性能 堆积密度1 600 kg/m'。(4) 选用某电厂粉煤灰，经检测了 II级粉煤

进行了实验研究。灰,主要物流指标:细度7% ,需水量比92% ,含水

1实验用原材料及混凝土配合比1.1原材料(1) 水泥。选用普通硅酸盐水泥,3 d、28 d

量 0. 3% o(5) 减水剂。采用聚竣酸减水剂，掺量1.3%

时，减水率为25%。(6) 自来水。实测抗压、抗折强度分别为17.6 MPa .46. 9 MPa、

3.88 MPa ,4.67 MPao1.2混凝土配合比(2) 粗骨料。选用粒径为5 ~30 mm某碎石

制作三种普通硅酸盐水泥胶砂试件(试件配 合比见表1 ),试件尺寸均为50 mm X 50 mm x

50 mtno厂碎石，密度2 900 kg/m3,堆积密度1 500 kg/m\\(3) 细骨料。细度模数3,密度2 600 kg/m3, 表1 Table 1

编号粉煤灰掺量/%混凝土试件配合比Mix proportion of concrete specimens水胶比试件各项材料用量/(kg - n<3)水泥水砂石粉煤灰减水剂A13525().531()1806606401 1201 17511()46A2A30.435()4101651409570150.36551 1909原来的60%以下;第二，混凝土试件的质量损失超

2试验方法过5%及其以上。(3)试件质量通过电子秤称量,试验后质量损

(1) 按表1配合比制作混凝土试件，待试件成 失按下式计算：型24 d后脱模。(2) 自然侵泡:将三种试件(A1、A2、A3)标准 50 d测试质量损失和相对动弹性模量。m - m^W,I = ----------- x 100%

(1)养护28 d后，分别用15%硫酸钠溶液浸泡，每隔 式中：△出代表试样进行过n次循环后质量的损

失百分比;®代表试样在开始循环实验前的原始

冻融循环:待三种试件(Al、A2、A3)养护24 d 质量,kg；m”代表试样进行“次循环后剩余的质

后,将试件浸泡于20 T ~ 25 T水中4 <1后进行抗 量,kg。冻性的实验。将试件放于冻融循环机中，按照每天 采用超声波检测法测定相对动弹性模量，相对

5 ~7次的频率来循环，在以25次冻融循环幅度测 动弹性模量按照下式计算：试混凝土的质量损失和相对动弹性模量随时间变

化的情况。E,.=疗 (2)干湿循环:将试件(A1、A2、A3)养护26 d后， 式中：E”代表试样进行n次循环后的相对动弹性 在水中浸泡21 h,浸泡完毕后，取出试件用是不擦 模量;几代表试样在进行循环实验前的声时;亿代 拭表面水分，称取初始质量和相对弹性模量。室温 晾干3 h,在烘箱中烘干45 h,室温冷却3 h,然后再

表试样在进行\"次循环后的声时。放入水中浸泡21 h,如此过程3 d为一个循环。每

隔6 (18 d)个循环测试一次混凝土的质量损失和 相对动弹性模量。3试验结果与分析3.1混凝土抗腐蚀性能实验通过自然浸泡实验Al、A2、A3试件的质量损

在根据相应的耐久性标准，对本研究的三种实 验进行评判，凡是能够满足下面两种情况中的一

种，就判定为混凝土试件已经被损坏，届时即终止 失和相对动弹性模量随时间的变化关系如图1、图 实验进行:第一，混凝土试件的相对动弹性降低到 2所示。•试验研究•• 207 ・结构工程师第35卷第1期量和动弹性模量先上升后下降的变化，可能是

sot通过试件表面缝隙进入试件内部，与试件内

部某些物质发生化学反应生成一些难溶的盐类矿

物,从而造成试件质量增加、动弹性模量增加，但随

着时间延长，由于这些难溶的盐类矿物吸收水分, 促使本身体积膨胀，当体积增大到超过混凝土的抗

拉强度时,导致混凝土被破坏，因此试件质量、动弹 性模量值下降\"'o3.2混凝土抗干湿环境性能实验图1白然浸泡条件卜一混凝土质量损失率随时间的变化Fig. 1 Variation of mass loss rate of concretewith time under natural soaking通过干湿循环实验Al、A2、A3试件的质量损 失和相对动弹性模量循环次数的变化关系如图3、

图4所示。浸泡时间/ d图2门然浸泡条件下混凝上相对动弹性模最随时间的变化Fig. 2 Variation of relative dynamic elastic modulus图3自然浸泡条件下混凝土质量损失率

随循环次数的变化Fig. 3 The ntitural soaking condition of concrete mass

of concrete with time under natural soakingloss rate changes with the cycle number由图1可知，A1、A2、A3试件的质量损失率A IF,,值随时间变化呈现出先降后升变化趋势，并

在200 d附近均出现最低值分别为-0. 45、-0. 4、

3倔靈塑戳拇衩奧

AI A2

-0.38,然后试件的质量损失率开始逐渐上升.500 <1

时Al、A2试件质量损失率分别为0. 1 .0.01。由图

2可知，Al、A2、A3试件的相对动弹性模量呈现先

升后降的趋势，在200 <1附近三个试件的峰值逐渐 出现，各试件相对动弹性模量开始逐渐下降，其中

AI试件的降幅最显著,550 20 '——1——1————1——1——1——1————10 6 12 18 24 30 36 42 48 54循环次数超过60%。综合分析町以得出，在浸泡过程中三种试件的

图4干湿循环条件下混凝土相对动弹性

质量和动弹性模量均体现出先上升后下降的趋势, 在浸泡时间400 -500 <1之间，试件A1已经开始受

模量随循环次数的变化Fig. 4 Variation of relative dynamic elastic modulus of

到破坏，浸泡时间达到500 d时A1已被破坏.试件

A2浸泡时间达到550 d时也已被破坏，在浸泡实

concrete with cyclic number under dry wet cycles从图3、图4中可知,Al、A2、A3试件的质量损

验550 d时间段内，只有试件A3没有被破坏，说明 失率△肥值随时间变化呈现出先降后升变化趋 三种试件中A3的抗腐蚀性能最强。势，相对动弹性模量值呈现先升后降的变化趋势,

三种试件在浸泡过程中均出现不同程度的质在循环次数6次附近，试件的质量损失率值Structural Engineers Vol. 35 , No. 1• 208 •Experiment Study出现最小值，试件的相对动弹性模量出现峰值，循 性模量En值分别为53% .59% .71% ,以上数据说 环次数30次时试件A1质量损失率△肥值为0.

明三种试件中A3试件抗冻融环境性能略高于A1、

07,循环次数36次时试件A2、A3质量损失率△比, A2试件。值分别为0. 1 ,0.05；循环次数42次时试件A1相 对动弹性模量值为60% ,循环次数54次时试件

A2、A3相对动弹性模量值分别为55% .70%。M

瑞變兰a於衩吳

综合分析可以得出，干湿循环条件下三种试件

的质量和动弹性模量也体现出先升后降的趋势，在 循环次数30次时试件A1已经被破坏，在循环次 数36次时A2试件也已被破坏，此时A3试件开始 被破坏，实验结果说明三种试件中A3试件的抗干 湿环境能力最强\"三种试件在I：湿循环过程中也体现质量和动

弹性模量先上升后下降的趋势，其原因与浸泡实验 是相似的，但是干湿循环条件下试件被破坏的试件 明显缩短，这可能是由于风干温度升高，提升了

SO/扩散速率及化学反应的速率，加速了混凝土

图6在冻融循环实验条件下混凝土相对动弹性

模量随时间变化情况Fig. 6 Changes of relative dynamic elastic modulus of concrete

with time under freeze-thaw cycle experiment的破坏进程.综合分析可以得出，冻融循环条件下三种试件 的质量和动弹性模量也体现出先升后降的趋势，这

3.3混凝土抗冻融环境性能试验通过冻融循环实验Al、A2、A3试件的质量损 失和相对动弹性模量随时间的变化关系如图5、图

6所示。与浸泡循环条件及干湿循环条件的结果是相似的,

但是冻融循环条件下,A1试件在循环次数25 ~50 次(差不多10 <1)内就开始受到破坏，A2、A3试件

同样也在循环次数50 ~75次(差不多15 <1)内已 开始受到破坏，试件开始受到破坏的时间明显要短

于浸泡条件及干湿循环条件，这说明了冻融环境条

件下混凝土试件更容易受到破坏，出现这种现象的 原因可能是，在冻融循环开始进行的初期，一部分

粉煤灰尽管掺入到其中但是还没有来得及进行水

化，进而随着实验的继续这部分粉煤灰进行二次水 化，导致试件内部空隙结构发生改变，从而体现出 试件质量和动弹性模量上升;另外一方面由于试件

内部水的结冰、融化更替产生胀缩应力，造成试件 内部空隙加大，裂纹加大，加速了试件被破坏的

图5在冻融循环实验条件下混凝土质量损失情况Fig. 5程度。Mass loss under concrete freeze-thaw cycle experiment通过图5、图6可知，Al、A2、A3试件的质量损 失率值随时间变化也后升变化趋势，相对动 弹性模量E”值也呈现先升后降的变化趋势，在冻

4结论根据以上实验数据及分析可以得岀以下结论:(1) 三种配比混凝土中耐久性能最佳的为:水

融循环达到25次附近，质量损失率值出现最

小值，相对动弹性模量En值出现峰值，在冻融循环 胶比30%、粉煤灰掺量15%的混凝土，实际工程中 次数达到50次时A1试件已受到破坏，在冻融循 可供参考。环次数达到75次时A2试件受到破坏，在冻融循

(2) 自然浸泡、干湿环境、冻融环境三种条件

环次数达到100次时A3试件受到破坏，在冻融循 下，干湿环境风干温度升高和冻融环境水的结冰、

环次数达到175次时Al、A2、A3试件的相对动弹 融化更替均能加速混凝土的被破坏进程，其中冻融•试验研究•环境对混凝土耐久性能影响最为突出• 209 •结构工程师第35卷第1期盐学报,2012,(1):3948.Li Guanshu. Sulfate resistance of fly ash concrete .1 .Bulletin of the Chinese Ceramic Society ,2012 , ( 1 ) ：39-

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