粉煤灰混凝土冻融试验设计

粉煤灰混凝土冻融试验设计

任艳云

华瑞国际项目管理有限公司山东德州253000

摘要：混凝土材料在建筑结构中起到至关重要的作用，因此人们对它的性能要求也越来越高，尤其是它的经济性和耐久性。本文在混凝土材料配比中加入粉煤灰配制出高强度的粉煤灰混凝土，然后对其强度性能变化进行研究，并进行冻融侵蚀试验，研究其在冻融侵蚀环境下的力学性能变化，进而分析粉煤灰对混凝土的抗冻融及抗侵蚀性的影响。该研究的意义在于对粉煤灰的资源利用可以减少环境的污染以及加强粉煤灰混凝土在融侵蚀环境下的应用。

关键词：混凝土；粉煤灰；冻融侵蚀试验；

1试件制作与养护

将混凝土拌合物水泥、粉煤灰、砂、碎石进行机械拌和，干拌30s，加水搅拌3min。混凝土拌和物拌和后再进行人工翻拌15~20次，让其均匀。成型试件时将混凝土拌合物入模，放在振动台上振动10s，24h后将试件拆模编号。放入标准养护室（室温为20±2℃，相对湿度为95%）中进行养护至所需标准龄期后，取出试件进行性能测试。

抗压强度试验的试件采用100mm×100mm×100mm的立方体，弹性模量测定试验的试件采用100mm×100mm×300mm的长方体，冻融及动弹性模量测定试验的试件采用100mm×100mm×400mm的棱柱体。

2试验方案

将粉煤灰掺入混凝土中，制成标准规格的试件，然后对试件进行抗冻、抗侵蚀试验。最终得出粉煤灰对混凝土抗冻和抗侵蚀性能的影响效果，并对粉煤灰在不同冻融侵蚀介质环境下混凝土抗冻抗侵蚀性能的规律及微观抗冻抗侵蚀机理进行分析。具体设计见下图1。

3混凝土工作性

工作性是指混凝土拌合物在不发生离析、泌水的前提下，能够满足各种施工工序要求的一种性能。目前测试工作性的方法很多，由于坍落度试验简单易行，因此应用最广泛。对粉煤灰混凝土的坍落度进行测量，以判断混凝土拌合物的流动性的好坏；并同时察看其粘聚性和保水性情况。侧面敲击坍落度桶看其粘聚性的好坏，坍落度桶提起时看底部有无稀浆确保其保水性。在混凝土中掺入一定量的减水剂可使其具有良好的流动性。

4粉煤灰混凝土基本力学性能试验研究

混凝土的基本力学性能试验：立方体抗压强度及弹性模量试验。所有试验均严格执行GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验。

4.1混凝土立方体抗压强度测试

采用100mm×100mm×100mm的立方体试件进行试验。到达实验龄期后从养护地点取出并擦净表面，将混凝土试样放在压力机下压板中心位置，使混凝土承压面与成型面垂直。开动试验机，在上压板与试件接近时，调整球座使混凝土试件均匀受压。以3kN/s~5kN/s的速度对试件进行连续加载。当试件表面开裂、产生变形破坏，直至试件破坏时，记录试件破坏荷载。混凝土立方体抗压强度按公式（1）计算（准确至0.1MPa）：

式中：fce——混凝土立方体抗压强度（MPa）；

P——试件破坏荷载（N）；

A——试件承压面积（mm2）。

以每组3个试件抗压强度的平均值作为抗压强度的试验结果。每个测试值与平均值允许差值为±15%，超过时将此试件试验结果去除，取其余两个试件测试的平均值作为试验结果。试验采用的立方体试件测得的强度值乘以换算系数0.95[1]。

4.2粉煤灰混凝土弹性模量试验研究

弹性模量反映材料的变形性能，影响结构刚度，反映材料出现永久变形前的最大容许应力。作为弹塑性综合体的混凝土，其弹性模量值不是固定不变的，它受骨料的组成及形状、砂率、水胶比、养护龄期的因素影响。混凝土的弹性模量通常指静力受压情况下其轴心抗压强度40%时的加载割线模量。试件尺寸为100mm×100mm×300mm。

（l）试验步骤

在一组试件中取出3个对混凝土的轴心抗压强度（fcp）进行试验，另外3个对混凝土的弹性模量进行试验。在试件两侧安装变形测量仪，使其轴心对准下压板的中心线，打开压力机，在上压板与试件接近时调整球座使受力均匀。

加载至基准应力为0.5MPa的初始荷载值F0，保持荷载不变且在30s内记录变形读数ε0，然后以3kN/s~5kN/s的速度加载至轴心抗压强度的1/3的荷载值Fa，记录变形读数εa，若ε0与εa的差值超过两者平均值的20%，需重复以上操作到满足规定为止[2]。

（2）混凝土的弹性模量值应按下式（2）计算:

式中：△n——最后一次从F0加载至Fa时试件两侧变形的平均值（mm）；

εa——Fa时试件两侧变形的平均值（mm）；

ε0——F0时试件两侧变形的平均值（mm）。

5混凝土冻融试验

混凝土的冻融循环试验执行GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中抗冻性能试验的“快冻法”。

5.1在淡水环境下的快速冻融试验

冻融试件在标准养护条件下养护24d时提前取出，然后将其放入（20±2）℃水中浸泡4d至28d时取出，对试件进行称重编号和测定横向基频初始值。最后将试件放入试件盒内，然后放入冻融箱内的试件架中，向盒内注入清水至盒内水面高于试件顶面5mm。冻融循环每25次测试一次，然后将其放入盒内继续进行试验[3]。

5.2在海水环境下的冻融试验

冻融试件在标准养护条件下养护24d后将其放入海水中浸泡4天至28d时取出，对试件进行称重编号和测定横向基频初始值。最后将试件放入试件盒内然后放入冻融箱内的试件架中，向盒内注入海水。冻融循环每25次更换一次海水。测试的指标为试件的质量损失率和动弹性模量[4]。

5.3冻融试验结果评价指标

快冻法的主要评价指标有相对动弹性模量、质量损失、抗压强度损失等，计算方法如下：

（1）质量损失率

混凝土试件在冻融循环试验中，其质量会发生变化，对不同冻融循环次数的混凝土试件进行称重，以计算其质量损失。

每冻融循环50次后擦去试件表面水分称重，参照冻融试验标准，其重量损失达到5％即为失效。式（4）为混凝土试件质量损失的计算公式：

式中：Er为n次冻融循环后试件的相对动弹性模量，取三个试件的平均值计算，%；

fn为n次冻融循环后试件的横向基频初始值，Hz；

f0为试件冻融循环前的横向基频初始值，Hz。

（3）相对抗压强度

每经历50次冻融循环后取出晾干，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测试混凝土试块抗压强度。相对抗压强度p的计算公式为：

式中：p为混凝土相对抗压强度，MPa；

f为混凝土冻融循环后的抗压强度值，MPa；

f0为未受冻融循环的混凝土初始抗压强度值，MPa。

6粉煤灰对混凝土的影响

粉煤灰可以改善集料与水泥基体的界面孔隙结构，降低水化热，减少混凝土收缩开裂，提高混凝土的后期强度及混凝土抗氯离子渗透性能和钢筋锈蚀性能。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.GB/T50081-2002.普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[2]赵丽妍.掺废旧轮胎橡胶粉改性水泥混凝土试验研究[D].大连理工大学,2009.

[3]徐小巍.不同环境下混凝土冻融试验标准化研究[D].杭州：浙江大学,2010.

[4]孔靖勋.冻融和海水侵蚀耦合作用下大掺量粉煤灰混凝土的性能研究[D].大连：大连理工大学,2015.