凍融和海水侵蝕耦合作用下大摻量粉煤灰混凝土的性能研究.pdf

1、海工混凝土應(yīng)用環(huán)境十分惡劣，對混凝土耐久性有較高要求，尤其在中高緯度沿海地區(qū)，海水侵蝕和凍害的共同作用對混凝土破壞尤為嚴重。目前，我國海洋工程使用壽命普遍不足30年，有些工程服役年限甚至不足十年，造成的經(jīng)濟損失嚴重。因此，如何保證海工混凝土結(jié)構(gòu)具有較高抗凍性的同時又具有較好的抗海水侵蝕性能，從而提高混凝土使用壽命，是關(guān)系到海洋工程安全性的關(guān)鍵所在。
　　粉煤灰是高性能海工混凝土中較常用的礦物摻合料，其形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)

2、對海工混凝土的工作性、強度、水化熱和耐久性影響十分顯著。80年代后期至今，隨著高效減水劑的發(fā)展和市場上優(yōu)質(zhì)粉煤灰的大量供應(yīng)，大摻量粉煤灰混凝土（High FlyAsh Content Concrete，HFCC）因其良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益，日益成為一種優(yōu)質(zhì)的海工建筑材料，在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。
　　對于中高緯度地區(qū)有抗凍要求的海洋工程，HFCC應(yīng)用中需要加入引氣劑以提高混凝土的抗凍性。但是，引氣劑作用效果受粉煤灰吸

3、附作用的影響較大，尤其是大摻量粉煤灰;此外，引氣劑的摻入將影響HFCC的結(jié)構(gòu)密實度，進而對混凝土強度和抗氯離子滲透性產(chǎn)生不利影響。本論文從粉煤灰對混凝土中引氣劑作用效果的影響入手，通過力學性能試驗、抗凍性試驗、硬化混凝土氣泡參數(shù)測定以及SEM分析等，研究了粉煤灰品質(zhì)和摻量、海水養(yǎng)護以及養(yǎng)護齡期等因素對HFCC在凍融和海水侵蝕耦合作用下性能的影響，探討了海水養(yǎng)護和凍融循環(huán)對混凝土的作用機理。作為應(yīng)用基礎(chǔ)研究，本論文的主要結(jié)論可為有抗凍要求

4、的海洋工程中高性能混凝土耐久性研究與設(shè)計提供試驗數(shù)據(jù)和理論參考。本文主要研究內(nèi)容概括為以下4個方面:
　　(1)粉煤灰膠凝系數(shù)β是表征粉煤灰自身品質(zhì)對混凝土強度綜合效應(yīng)的參數(shù)，可以直接用于HFCC強度公式和配合比設(shè)計。本文首先通過測試不同粉煤灰摻量的水泥膠砂試件28d抗壓強度，以強度比為依據(jù)確定了三種不同品質(zhì)粉煤灰的膠凝系數(shù)β。研究表明，β的大小取決于粉煤灰自身品質(zhì)（細度、燒失量、需水量比）和齡期，而與粉煤灰摻量無關(guān);粉煤灰能夠降

5、低水泥膠砂試件的脆性系數(shù)和早期強度。
　　(2)根據(jù)有抗凍要求的海工混凝土的實際服役條件，將粉煤灰作為混凝土中一種獨立組份進行HFCC配合比設(shè)計，研究了HFCC拌合物的流動性和含氣量，分析了粉煤灰摻量和品質(zhì)對引氣劑作用效果的影響。結(jié)果表明:隨著粉煤灰摻量從40％增加到70％，HFCC拌合物流動性明顯增大;不同品質(zhì)粉煤灰對HFCC拌合物流動性的影響略有不同，但在減水劑摻量一定時，粉煤灰摻量是影響HFCC流動性的主要因素;引氣劑摻量一

6、定時，影響HFCC中引氣劑作用效果的主要因素是粉煤灰摻量和細度，粉煤灰含碳量變化的影響不明顯;混凝土拌合物含氣量和硬化混凝土氣泡間距系數(shù)都能夠反應(yīng)HFCC的抗凍能力，但二者沒有準確的對應(yīng)關(guān)系。
　　(3)針對中高緯度地區(qū)海工混凝土的環(huán)境特點，研究了HFCC抗海水凍融循環(huán)性能，分析了在凍融和海水侵蝕耦合作用下HFCC的耐久性。研究表明:在標準養(yǎng)護和海水養(yǎng)護條件下，含氣量6％左右的普通混凝土(OPC)經(jīng)海水凍融循環(huán)后，均表現(xiàn)出良好的抗

7、凍性;低摻量粉煤灰有助于減少混凝土內(nèi)部孔隙，并可穩(wěn)定混凝土中的氣泡，但粉煤灰摻量較大時，混凝土抗凍性受到不利影響。
　　(3)鑒于HFCC在實際應(yīng)用中早期強度比較低的問題，本文對比研究了標準養(yǎng)護和海水養(yǎng)護條件下OPC和HFCC的強度發(fā)展，分析了海水養(yǎng)護、海水凍融對OPC和HFCC水化產(chǎn)物微觀形貌的影響。研究表明:與混凝土標準養(yǎng)護條件下的強度相比較，經(jīng)海水養(yǎng)護后，OPC強度降低而HFCC強度略有提高;海水對混凝土的劣化主要集中于氯鹽