謝 龍 ，姚永新（. 溫州市甌飛經(jīng)濟(jì)開發(fā)投資有限公司，浙江 溫州 35000；. 浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 3000)

用粉煤灰等量取代水泥而制成混凝土，前期水化速度緩慢，水化產(chǎn)物較少，毛細(xì)孔偏多，強(qiáng)度很低。因此對于養(yǎng)護(hù)齡期較短的混凝土受凍時(shí)，混凝土易凍壞。齡期的增加使得粉煤灰中的活性物質(zhì)二次水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，生成較多具有一定膠凝性物質(zhì)，混凝土密實(shí)度和混凝土強(qiáng)度都會(huì)得到很大提高，養(yǎng)護(hù)時(shí)間很長的粉煤灰混凝土抗凍性不低于基準(zhǔn)混凝土。

現(xiàn)有研究表明單摻硫酸鹽激發(fā)劑對粉煤灰混凝土激發(fā)效果有限，本文將混凝土中粉煤灰摻量提高到 60%，目的是突出硫酸鈉對粉煤灰混凝土的激發(fā)作用。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：P·O 42.5 海螺牌水泥；粉煤灰：Ⅱ 級粉煤灰，45 μm 篩的篩余為 14.8%，需水量比為 98.6%，燒失量為5.79%，其化學(xué)成分見表1；粗集料：連續(xù)級配輝綠巖碎石，粒徑為 5～20 mm；細(xì)集料：天然細(xì)集料， 選用細(xì)度模數(shù)為 2.8 的河砂，屬于細(xì)砂；激發(fā)劑：硫酸鈉為市售，分析純；水：飲用水。

表1 粉煤灰的化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)配合比

本次試驗(yàn)參照 JGJ 55－2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)， 粉煤灰混凝土強(qiáng)度等級 C 25，水灰比為 0.55，砂率為 35%。試驗(yàn)中采用的各組材料配合比見表2。試驗(yàn)采用單摻硫酸鈉工況進(jìn)行，單摻硫酸鈉時(shí)，硫酸鈉等量取代粉煤灰用量按 0、1%、2.5% 和 5% 計(jì)算。

表2 粉煤灰混凝土配合比 kg/m3

1.3 試件制作與試驗(yàn)方法

根據(jù) GB/T 50081— 2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GBJ 82— 1985《普通混凝土長期性能和耐久性試驗(yàn)方法》，用于測定相對動(dòng)彈性模量的試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm，按照規(guī)定方法成型好所需尺寸的試件，各種配合比都需成型 2 個(gè) 100 mm×100 mm×400 mm 的試塊用于相對動(dòng)彈性模量的測定。

本凍融試驗(yàn)方法是按照 GB/T 50082—2009 《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中抗凍性能試驗(yàn)的“快凍法”進(jìn)行的。試驗(yàn)設(shè)備是由無錫市華南實(shí)驗(yàn)儀器有限公司制造的 DR-2 C 型混凝土快速凍融試驗(yàn)箱 。

試驗(yàn)前需將采用同一配合比的 2 個(gè)100 mm×10 mm×400 mm 棱柱體試件從養(yǎng)護(hù)池中取出，用抹布輕輕地擦去試件表面水，用動(dòng)彈儀測量其橫向基頻，取 2 個(gè)試塊的平均值作為初始值。再將試件放進(jìn)方形橡膠筒內(nèi)，并向筒內(nèi)注水確保筒內(nèi)水面高出凍融液面高度 5 mm 左右。將橡膠筒放進(jìn)試驗(yàn)箱中進(jìn)行凍融，每次凍融循環(huán)一次歷時(shí) 3～4 h，試件中心溫度分別控制在（-17 ± 2）℃ 和（8 ± 2）℃。凍融 15 次后，將試件取出，用抹布擦去其表面水分并等其晾干后，再次用動(dòng)彈儀測量其質(zhì)量和橫向基頻。測量完畢后迅速將試件放進(jìn)橡膠筒內(nèi)注水后繼續(xù)凍融，重復(fù)上述步驟直至測出 30 次和 45 次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。橫向基頻測試采用共振法混凝土動(dòng)彈性模量測定儀，其基本原理如圖1。

圖1 共振法混凝土動(dòng)彈性模量測定基本原理圖

粉煤灰混凝土試件的相對動(dòng)彈性模量可按式（1）計(jì)算：

式中：p——經(jīng)N次凍融循環(huán)后試件的相對動(dòng)彈性模量；

fn——N次凍融循環(huán)后試件的橫向基頻/Hz；

fo——凍融循環(huán)前試件的橫向基頻初始值/Hz。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

硫酸鈉等量取代粉煤灰率為 0、1%、2.5%、5% 的粉煤灰混凝土經(jīng)過 15 次、30 次、45 次凍融循環(huán)后的相對凍彈性模量的試驗(yàn)值見表3～5。

表3 凍融循環(huán) 15 次的相對動(dòng)彈測試結(jié)果

表4 凍融循環(huán) 30 次的相對動(dòng)彈測試結(jié)果

表5 凍融循環(huán) 45 次的相對動(dòng)彈測試結(jié)果

根據(jù)表3～5 所示數(shù)據(jù)，可以繪出凍融循環(huán)次數(shù)與粉煤灰混凝土相對動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系曲線（見圖2） 和硫酸鈉摻量與粉煤灰混凝土相對動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系曲線（見圖3）。

圖2 凍融循環(huán)次數(shù)與粉煤灰混凝土相對動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系

圖2 表明，無論硫酸鈉摻量如何變化，粉煤灰混凝土試件相對動(dòng)彈性模量均隨著凍融次數(shù)的增加先增大后減小。凍融循環(huán)超過 15 次后，粉煤灰混凝土的相對彈性模量隨著凍融次數(shù)的繼續(xù)增加下降幅度較明顯。在凍融初期，同一硫酸鈉摻量粉煤灰混凝土相對動(dòng)彈性模量隨凍融次數(shù)增加略有增大，這可能是由于粉煤灰混凝土孔隙中充滿結(jié)晶水使之密實(shí)緣故；隨著凍融循環(huán)的繼續(xù)，破壞了粉煤灰混凝土的內(nèi)部構(gòu)造，相對動(dòng)彈性模量降低。

圖3 硫酸鈉摻量與粉煤灰混凝土相對動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系曲線

圖3 為粉煤灰混凝土試件凍融循環(huán) 15 次、30 次和 45次的相對動(dòng)彈性模量隨硫酸鈉取代率的變化的曲線。從圖中可以看出，硫酸鈉以取代比率分別為 0、1%、2.5% 和 5%等量取代粉煤灰，粉煤灰混凝土試件凍融循環(huán) 15 次、30 次和 45 次，其相對動(dòng)彈性模量隨硫酸鈉摻量的變化大體上一致，都呈逐漸增大的趨勢，且隨摻量的增大其相對動(dòng)彈性模量增幅略微減小，硫酸鈉摻量為 5% 時(shí)最大。

粉煤灰混凝土的抗凍融性能跟其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。單摻硫酸鹽激發(fā)劑對粉煤灰混凝土激發(fā)效果有限，粉煤灰混凝土試件的密實(shí)度未得到明顯提高，表現(xiàn)為粉煤灰混凝土試件抗凍融性能增強(qiáng)有限，相對動(dòng)彈性模量略微增大。

3 結(jié) 語

（1）單摻硫酸鈉等質(zhì)量取代粉煤灰，無論硫酸鈉摻量如何變化，粉煤灰混凝土試件相對動(dòng)彈性模量均隨著凍融次數(shù)的增加先增大后減小。凍融循環(huán)超過 15 次后，粉煤灰混凝土的相對彈性模量隨著凍融次數(shù)的繼續(xù)進(jìn)行下降明顯。

（2）硫酸鈉以取代比率分別為 0、1%、2.5% 和 5%等量取代粉煤灰，粉煤灰混凝土試件凍融循環(huán) 15 次、30 次和 45 次，其對應(yīng)的相對動(dòng)彈性模量的變化趨勢大體上與硫酸鈉摻量的變化一致，相對動(dòng)彈性模量在摻量為 5% 時(shí)最大。