邵陽，張凱峰，何志旗

（1. 機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；2. 中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710063；3. 陜西旅游集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710100）

0 前言

粉煤灰是火力發(fā)電廠的工業(yè)廢棄物，對于粉煤灰的利用目前主要是Ⅱ級粉煤灰和Ⅰ級粉煤灰的利用。粉煤灰原灰由于顆粒較粗，作為混凝土摻合料使用效果不佳，因而對于粉煤灰原灰利用非常有限。本文將粉煤灰原灰進(jìn)行超細(xì)粉磨后作為摻合料配制混凝土，探索粉煤灰原灰利用的新途徑。

遭受環(huán)境因素的侵蝕是導(dǎo)致混凝土材料與結(jié)構(gòu)性能退化和服役壽命縮短的直接原因之一，硫酸鹽侵蝕是混凝土材料與結(jié)構(gòu)受環(huán)境因素作用而發(fā)生損傷累積破壞的重要形式[1]。在我國沿海地區(qū)和西部鹽湖地區(qū)的混凝土，無時(shí)不遭受干濕交替和硫酸鹽、氯鹽等腐蝕介質(zhì)的耦合破壞作用，混凝土的壽命大大低于設(shè)計(jì)壽命，因此，開展對干濕交替和硫酸鹽溶液耦合作用下混凝土的損傷過程和機(jī)理研究工作顯得尤為重要和緊迫。反映混凝土在硫酸鹽作用下?lián)p傷程度的指標(biāo)主要有表面形態(tài)破壞程度、抗壓抗折強(qiáng)度衰減程度、吸水率、重量損失率和混凝土膨脹率等[2]。

本文以超細(xì)粉磨至不同粒徑的粉煤灰為混凝土摻合料配制超細(xì)粉煤灰混凝土。主要以測量抗壓抗折強(qiáng)度衰減程度來表征超細(xì)粉煤灰混凝土內(nèi)部的損傷程度，并通過 SEM 分析混凝土的微觀結(jié)構(gòu)以期探明干濕交替與硫酸鹽溶液耦合作用下混凝土的損傷規(guī)律，為沿?；螓}湖地區(qū)混凝土的壽命預(yù)測提供重要依據(jù)。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：陜西堯柏水泥廠 P·I52.5 級水泥。

（2）粉煤灰：將粉煤灰原灰粉磨成 A、B、C、D四種不同細(xì)度的粉煤灰。A 灰平均粒徑 22.1μm，B 灰平均粒徑 15.03μm，C 灰平均粒徑 7.48μm，D 灰平均粒徑 4.0μm。粉煤灰的化學(xué)組成見表 1，四種灰的粒度分析見表 2。

（3）砂：中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6。

（4）石子：5～10mm 單級配石灰石碎石。

（5）水：自來水。

表 2 四種不同細(xì)度粉煤灰粒度分析 %

1.1.2 混凝土配合比

試驗(yàn)用混凝土配合比如表 3 所示，四種粉煤灰摻合料等量取代水泥，取代率分別為 20% 和 40%，配制成40mm×40mm×160mm 的細(xì)碎石混凝土。

表 1 粉煤灰化學(xué)多元素分析 %

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 干濕循環(huán)方案

試件養(yǎng)至 28d 齡期的前兩天時(shí)，在 (80±5)℃ 的烘箱中烘 48h 后，冷卻至室溫再放入 5% 的硫酸鈉溶液中浸泡 15h，然后再放入 (80±5)℃ 的烘箱烘 6h，每個干濕循環(huán)的總時(shí)間為 (24±2)h，每 15 個干濕交替周期進(jìn)行一次數(shù)據(jù)測量。

1.2.2 試驗(yàn)檢測指標(biāo)

通過測量不同細(xì)度、不同摻量粉煤灰的混凝土強(qiáng)度，比較粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)。抗壓耐蝕系數(shù)是指 5% 硫酸鹽溶液中試塊的抗壓強(qiáng)度與在自來水中相同循環(huán)次數(shù)試件的抗壓強(qiáng)度的比值。

表 3 混凝土配合比 kg/m3

J 450 0 733 1099 225 0.5 A2 360 90 733 1099 225 0.5 B2 360 90 733 1099 225 0.5 C2 360 90 733 1099 225 0.5 D2 360 90 733 1099 225 0.5 A4 270 180 733 1099 225 0.5 B4 270 180 733 1099 225 0.5 C4 270 180 733 1099 225 0.5 D4 270 180 733 1099 225 0.5

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

不同種類混凝土干濕循環(huán)條件下不同齡期的抗壓強(qiáng)度見表 4 和圖 1（注：以下齡期均指，混凝土經(jīng) 28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，重新開始計(jì)算齡期，從 0d 計(jì)起。）

表 4 不同種類混凝土干濕循環(huán)條件下不同齡期的抗壓強(qiáng)度 MPa

2.1 粉煤灰細(xì)度對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從圖 1 可知，隨干濕循環(huán)齡期增加，摻量為 40%的粉煤灰混凝土強(qiáng)度先緩慢增大后減小。特別是在干濕循環(huán) 90d 后混凝土強(qiáng)度迅速降低。J 組混凝土在侵蝕90d 之前強(qiáng)度變化不大，90d 以后強(qiáng)度迅速降低。在同齡期內(nèi)，D4 試塊強(qiáng)度最高，即使在侵蝕 90d 后，D4 試塊強(qiáng)度損失也較其他試塊要小。這可能是由于超細(xì)粉煤灰能使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，從而其強(qiáng)度也較高。加入粉煤灰的混凝土總體上都比基準(zhǔn)混凝土在干濕循環(huán) 90d后強(qiáng)度高，說明加入不同細(xì)度的粉煤灰可改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，粉煤灰越細(xì)，強(qiáng)度越高。

圖 1 不同種類混凝土干濕循環(huán)條件下不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度

2.2 粉煤灰摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從圖 1 可知，總體趨勢是在干濕循環(huán)條件下，同種細(xì)度的粉煤灰混凝土，40% 摻量的強(qiáng)度高于 20% 摻量的。這可能是由于粉磨后的粉煤灰粒徑細(xì)化，可以更好地起到密實(shí)填充效應(yīng)，并且磨細(xì)之后粉煤灰內(nèi)部的活性成分被更大程度的釋放出來，從而增加了粉煤灰的活性效應(yīng)，所以在干濕循環(huán)條件下，同種細(xì)度的粉煤灰混凝土，40% 摻量的強(qiáng)度高于 20% 摻量的粉煤灰混凝土。

2.3 干濕循環(huán)條件下混凝土微觀結(jié)構(gòu)分析

從 SEM 圖像（圖 2～5）可見，D4 組混凝土相對于 A2、A4、D2 組來說更加密實(shí)，幾乎無毛細(xì)孔。其原因主要是采用了超細(xì)粉磨的粉煤灰，增大了粉煤灰的火山灰效應(yīng)和顆粒密實(shí)效應(yīng)。能將混凝土中尤其是漿體與集料界面處大量的 CH 晶體消耗，轉(zhuǎn)化成對強(qiáng)度及致密性更有利的 C-S-H 凝膠，該反應(yīng)產(chǎn)物有效填充了大的毛細(xì)孔，細(xì)化了混凝土中的孔結(jié)構(gòu)，改善了界面缺陷，同時(shí)其微細(xì)顆粒可填充到水泥顆粒填充不到的孔隙中，使混凝土內(nèi)部的缺陷減少，致密性也得到提高[4]。

圖 2 A2 組 SEM 圖

圖 3 A4 組 SEM 圖

圖 4 D2 組 SEM 圖

圖 5 D4 組 SEM 圖

3 結(jié)論

（1）隨著干濕循環(huán)齡期增長，粉煤灰混凝土強(qiáng)度先緩慢增大后減?。环勖夯以郊?xì)，混凝土強(qiáng)度越高。

（2）隨著干濕循環(huán)齡期進(jìn)行，在同一齡期，40%摻量的粉煤灰混凝土強(qiáng)度高于 20% 摻量的粉煤灰混凝土。

（3）超細(xì)粉煤灰的加入明顯改善了混凝土的密實(shí)度，從而提高了該混凝土在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度。