不同水灰比和不同粉煤灰掺量下混凝土抗渗性能分析

李在允

(河南省路桥建设集团有限公司，河南 商丘　476000)



不同水灰比和不同粉煤灰掺量下混凝土抗渗性能分析

李在允

(河南省路桥建设集团有限公司，河南 商丘476000)

为探究混凝土原材料中水灰比和粉煤灰掺量对混凝土抗渗性能的影响，根据规范中的标准试验方法进行了不同水灰比(0.30、0.40、0.50)和不同粉煤灰掺率(0%、10%、20%、30%)下的混凝土棱柱体试件快速冻融循环试验和交流电渗透电阻试验，通过整理实验数据得到了冻融循环后混凝土试件各项抗渗指标的变化规律，进而对各项指标的变化规律进行了分析。分析表明：在冻融循环作用下，水灰比过大和粉煤灰掺率过小都会导致混凝土内部的毛细孔数量变多，使得混凝土的抗渗性能和抗冻性能降低。此外，还对混凝土抗渗性能进行了简要分析，并总结了实际施工中常采用提高混凝土抗渗性能的措施，为有抗渗要求的混凝土参数选取、设计和施工提供参考。

；水灰比；粉煤灰掺率；抗渗性；冻融循环；渗透电阻

0　引言

混凝土的耐久性可用于衡量混凝土的长期工作性能[1]。混凝土结构中所使用混凝土的耐久性能直接影响着结构的可工作年限。在影响混凝土耐久性能的诸多因素中，混凝土的抗渗性能对其耐久性能的影响程度最大。抗渗性能好的混凝土一般较为密实，其内部结构中细小的渗透通道较少，这导致了混凝土四周的各种不良介质难以侵入到混凝土内部，混凝土的耐久性能也往往较好[2，3]。

由于在我国北部气候冬季干冷，昼夜温差常常可达到20 ℃左右，这就导致混凝土结构时常发生冻融破坏，进而使得混凝土的抗渗性能降低。有研究表明[4-6]，水灰比过大和粉煤灰掺率过小都会导致混凝土内部的毛细孔数量变多，使得混凝土的抗渗性能和抗冻性能降低。因此，适当地调低水灰比设计参数和增大粉煤灰掺率能改善混凝土内部孔隙结构，提高混凝土抗渗性能。

通过进行混凝土棱柱体冻融循环试验，本文得到了不同水灰比和不同粉煤灰掺量的冻融循环后混凝土各项抗渗指标的变化规律，讨论了混凝土抗渗性能的主要影响因素，总结了实际施工中常采用提高混凝土抗渗性能的措施，以期为有抗渗要求的混凝土参数选取、设计和施工提供参考。

1　试验

1.1试验原材料

试验所使用的原材料及其主要物理性能参数如表1所示。

1.2试验配合比

试验设计了共12组不同水灰比(0.30、0.40、0.50)和不同粉煤灰掺率(0%、10%、20%、30%)的混凝土配制方案，其详细配合比如表2所示。

1.3试验试件制备与养护

试验试件为规范规定的标准棱柱体混凝土，根据表2制备12组试件，每组均制备6个相同试块，共计72个。首先将表1中的原材料按照表2中的配合比拌合均匀，并注入表面涂有脱模剂的钢模中振捣密实，再放入混凝土标准养护室中条件下养护24 h后拆模，接着转移至盛有饱和氢氧化钙的水溶液中养护，以避免空气中CO2的影响。

表1 试验原材料的主要物理性能参数水(普通自来水)水泥(P·O425)细骨料(中砂:MX=26)密度/(kg·m-3)密度/(kg·m-3)28d强度/MPa表观密度/(kg·m-3)堆积密度/(kg·m-3)1000315061.526501750粗骨料(碎石:5～20mm)粉煤灰(Ⅰ级粉煤灰)减水剂(AL-S高效减水剂)表观密度/(kg·m-3)堆积密度/(kg·m-3)密度/(kg·m-3)密度/(kg·m-3)2800160023501100

表2 不同水灰比和粉煤灰掺率下试验混凝土配合比试验组名水灰比水泥/kg粉煤灰/kg水/kg砂/kg石/kg减水剂/%R10.30567.0017046011006.0R20.30510.356.717046011006.0R30.30453.6113.417046011006.0R40.30396.9170.117046011006.0S10.40438.0017554011505.5S20.40394.243.817554011505.5S30.40350.487.617554011505.5S40.40306.6131.417554011505.5T10.50360.0018064012005.0T20.50324.036.018064012005.0T30.50288.072.018064012005.0T40.50252.0108.018064012005.0 注:R组为水灰比等于0.30的混凝土试验组;S组为水灰比等于0.40的混凝土试验组;T组为水灰比等于0.50的混凝土试验组。

1.4试验方法

快速冻融循环试验采用大型冷冻冰柜根据贴于混凝土表面的温度传感器所测得的温度来进行实时控温，将温度控制在(-15±2)℃至(5±2)℃。快速冻融循环试验中粉煤灰混凝土试件共经历200次冻融循环，每次冻融循环全过程共计4 h。每隔40次快速冻融循环，取出试件记录其各项抗渗指标值并分析各指标的变化规律。在冻融试验完成后对各组粉煤灰混凝土试件采用自动电导率仪记录其混凝土的渗透电阻值、分析其变化规律，并对试件抗渗性能进行评价。

2　试验结果与分析

2.1相对弹性模量

根据试验记录数据，作出不同水灰比下各试验组的相对弹性模量变化规律如图1所示。

图1　不同水灰比下混凝土试件相对弹性模量变化规律

从图1中可以得到以下结论：

1) 当冻融循环次数从0增大至200时，各试件组的相对弹性模量均降低，这是由于冻融循环使得混凝土内部结构发生破坏，空隙通道和微裂缝的数量增多，从而导致了其相对弹性模量的降低。

2) 当经历相等的冻融循环次数下，对于相同的水灰比的R试件组、S试件组、T试件组而言，粉煤灰掺率为30%的R4、S4、T4试件组的相对动弹性模量的下降速率要分别慢于其它粉煤灰掺率为20%、10%、0%的R1～R3、S1～S3、T1～T3试件组。这是由于在混凝土中掺入粉煤灰可以改善混凝土内部孔隙结构，提高混凝土密实程度，增大混凝土的抗渗性能[7]。

3) 在相同次数的冻融循环作用和相同粉煤灰掺率的情况下，水灰比为0.3的R试件组的相对动弹性模量的下降速率分别慢于其它水灰比为0.4、0.5的S、T试件组。这说明混凝土抗渗性能随着水灰比的增大而降低。因此，在一定范围内可以适当调低水灰比来改善混凝土的抗渗性能。

2.2质量损失率

根据试验记录数据，作出不同水灰比下各试验组的质量损失率变化规律如图2所示。

图2　不同水灰比下混凝土试件质量损失率变化规律

从图2中可以得到以下结论：

1) 当冻融循环从0次增加至80次时，各试件组的质量损失率均为负值，表示各试件质量均有所增加。这是由于当冻融循环次数较少(<80)时，粉煤灰混凝土试件中空隙首先凝结成冰从而导致了混凝土试件质量的增大，质量损失率出现负值；当冻融循环次数较多(>80)时，混凝土试件由于内部水结冰膨胀作用导致试件表面混凝土出现脱落现象，从而导致试件质量减轻，质量损失率逐渐上升为正值。

2) 当经历相等的冻融循环次数下，对于相同的水灰比的R试件组、S试件组、T试件组而言，粉煤灰掺率为30%的R4、S4、T4试件组的质量损失率的要分别小于其它粉煤灰掺率为20%、10%、0%的R1～R3、S1～S3、T1～T3试件组。因此，在一定范围可以通过适当调高混凝土中粉煤灰掺率来提高冻融循环作用下混凝土的抗渗性能。

3) 在相同次数的冻融循环作用和相同粉煤灰掺率的情况下，水灰比为0.3的R试件组的质量损失率分别小于其它水灰比为0.4、0.5的S、T试件组。这说明在相同次数的冻融循环作用和相同粉煤灰掺率的情况下，试件组的质量损失率随着水灰比的增大而增大。因此，可通过适当调低混凝土的水灰比来提高冻融循环作用下混凝土的抗渗性能。

2.3渗透电阻损失率

根据试验记录数据，作出不同水灰比下各试验组的渗透电阻损失率变化规律如图3所示。

图3　不同水灰比下混凝土试件渗透电阻损失率变化规律

从图3中可以得到以下结论：

1) 当冻融循环次数从0增大至200时，各试件组的渗透电阻损失率均有所增大，这说明随着冻融循环次数的增多，混凝土的抗渗性能不断下降。因此，冻融循环会导致混凝土抗渗性能的降低。

2) 当经历相等的冻融循环次数下，对于相同的水灰比的R试件组、S试件组、T试件组而言，粉煤灰掺率为30%的R4、S4、T4试件组的渗透电阻损失率的要分别小于其它粉煤灰掺率为20%、10%、0%的R1～R3、S1～S3、T1～T3试件组。这说明粉煤灰混凝土试件的渗透电阻损失率随着粉煤灰掺率的增大而减小。

3) 在相同次数的冻融循环作用和相同粉煤灰掺率的情况下，粉煤灰混凝土试件的渗透电阻损失率随着水灰比的增大而增大。

3　影响因素

从原材料组成来看，影响混凝土抗渗性能主要有以下几个方面[8]：

1) 水泥种类：采用的水泥种类和水泥性能对抗渗性能有着很大的影响。对抗渗要求较高的混凝土，宜选用干燥、合格的普通硅酸盐水泥。

2) 粗细骨料：混凝土所采用粗细骨料的级配是否良好对其抗渗性亦能有着很大的影响。粗细骨料级配不良会在混凝土内部形成空隙。

3) 水灰比：根据研究资料，混凝土中水灰比过大会导致混凝土内部毛细孔数量过大，冻融循环下混凝土的抗渗性能越差。因此，对有抗渗要求的混凝土，应严格控制水灰比大小。

4) 粉煤灰掺率：在混凝土中掺入适量的粉煤灰可以改善混凝土内部孔隙结构，提高混凝土抗渗性能，但应考虑掺入粉煤灰对混凝土强度的影响。

4　建议

1) 应当按照规范要求选择原材料，不得使用超过使用期的水泥。

2) 在混凝土搅拌方面，应采用机械搅拌的方式进行搅拌，且搅拌时间不宜过短。

3) 在混凝土振捣方面，应尽量采用规范中所要求的机械振捣方式进行振捣。对于机械振捣难于操作的部位，应当采取相应的措施予以解决。

4) 加强混凝土的养护，及时进行覆盖抗风和洒水保湿，内外温差不宜过大。

5　结论

基于以上分析，本文可得出以下主要结论：

1) 冻融循环次数过多会使得混凝土内部结构发生破坏，空隙通道和微裂缝的数量增多，从而导致了其相对弹性模量的降低。

2) 当冻融循环次数较多(>80)时，混凝土试件由于内部水结冰膨胀作用导致试件表面混凝土出现脱落现象，从而导致试件质量减轻，质量损失率为正值。

3) 在相同次数的冻融循环作用和相同粉煤灰掺率的情况下，粉煤灰混凝土试件的渗透电阻损失率随着水灰比的增大而增大。

4) 水灰比过大和粉煤灰掺率过小都会导致混凝土内部的毛细孔数量变多，使得混凝土的抗渗性能和抗冻性能降低。

5) 在实际施工中可综合采用多种提高混凝土的抗渗性能的措施。

[1]金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性的回顾与展望[J].浙江大学学报(工学版)，2002(4)：371-380.

[2]冷发光，冯乃谦.高性能混凝土渗透性和耐久性及评价方法研究[J].低温建筑技术，2000(4)：14-16.

[3]任峰.集料对混凝土性能影响的试验研究[D].大连：大连理工大学，2008.

[4]陈月顺，刘莉，吴宏伟.粉煤灰掺量对混凝土抗渗性影响的研究[J].新型建筑材料，2007，34(3)：19-22.

[5]赵丁.水泥混凝土抗渗性的试验研究[J].东北公路，2001(1)：83-85.

[6]张兴山.大体积混凝土及地下防水混凝土—粉煤灰的利用[J].黑龙江科技信息，2000(3).

[7]王林，宋少民.引气含量对大掺量粉煤灰混凝土耐久性的影响[J].武汉理工大学学报，2009(7)：60-63.

[8]李娜.提高水泥混凝土抗渗性能的措施浅议[J].科技致富向导，2012(11)：205-205.

2016-03-03

李在允(1963-)，男，高级工程师，研究方向：公路与桥梁。

；1008-844X(2016)03-0051-03

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