文档介绍：严寒地区大掺量粉煤灰混凝土耐久性研究
一、项目研究的背景和必要性
粉煤灰由大部分直径以μm计的实心和中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成。粉煤灰作为一种活性掺和料,应用在混凝土中不仅改善混凝土拌合物的性能,更可延缓水化热峰值出现的时间,改善混凝土的某些物理力学性能。同时由于粉煤灰是发电时的废弃物,以其代替高能耗的水泥也是可持续发展的一个需要。所以,粉煤灰作为一种优质活性掺和料被广泛应用于混凝土的配制中。尤其是应用在水工碾压混凝土中,提高混凝土的和易性,泵送性能好,大幅降低水化热的影响,减少干缩裂缝的产生[1~5]。对这方面国内外都有大量的试验及理论的研究[6-9]。
在耐久性方面,有学者认为,粉煤灰可以提高混凝土抗化学侵蚀的能力,增强混凝土耐久性。当硅酸盐水泥混凝土处于有硫酸盐侵蚀性介质的环境中时,侵蚀性介质会于水泥石中水化生成的Ca(OH):和C3A水化产物发生反应,逐渐使混凝土破坏。在混凝土中掺入粉煤灰后,一方面,由于减少了水泥用量,也就减少了受腐蚀的内部因素:另一方面,粉煤灰细微颗粒均匀分散到水泥浆体中时,会成为大量水化产物沉积的核心,随着水化龄期的进展,这些细微颗粒及其水化反应产物填充水泥石孔隙,改善了混凝土孔结构(这称为“微粉效应”),逐渐降低混凝土的渗透性,阻止侵蚀性介质和水分的浸入。因此,掺入粉煤灰可提高混凝土的耐腐蚀[10-11]。
上述的研究是基于单一条件下粉煤灰混凝土的耐腐蚀性,而决定混凝土寿命的主要是混凝土的碳化时间,也就是碳化是决定混凝土耐久性的决定性因素。单一因素作用的粉煤灰混凝土的碳化性能,国内外有许多的研究,研究结果表明,粉煤灰使混凝土的碳化速度加快,但不明显。而在各种环境耦合作用下,粉煤灰混凝土的耐久性研究则刚刚开始,张鹏等通过试验研究了粉煤灰混凝土在经受冻融之后的碳化性能[12-14]。张云升等人研究了在弯拉应力和快速碳化耦合作用下粉煤灰混凝土的碳化性能[15]。研究表明,添加粉煤灰的混凝土其碳化速度要比普通混凝土快。国内外的资料显示对粉煤灰混凝土的碳化研究都是仅限于两种条件耦合作用下素混凝土构件的碳化性能,但对于大多数的结构往往都是配筋结构,常常是带应力处于多重环境作用下,对掺加粉煤灰的钢筋混凝土或预应力混凝土结构在冻融、碳化和应力耦合作用下的耐久性研究,国内外尚未有见报道。在辽宁地区每年的11月份和来年的2月及3月上旬,每天都有冻融交替,也就是说,辽宁地区裸露在外的桥梁结构每年都要经受70-80次冻融循环,另外由于汽车尾气的影响,桥梁所处的环境中co2的含量也比其他地方要浓,其碳化的影响要比其他的结构严重。在冻融、碳化和应力耦合作用下桥梁的受力比较复杂,常常有的桥梁在建设较短的时间就出现混凝土表面开裂、混凝土保护层剥落的现象,严重威胁桥梁的使用寿命。因此对预应力混凝土和钢筋能混凝土构件冻融、碳化和应力耦合作用下耐久性的研究就显得非常的必要。
另一方面由于掺加粉煤灰之后混凝土的早期强度较低,早期弹性模量也比没有掺加粉煤灰的同等强度混凝土小,如果粉煤灰混凝土用在预应力结构中,将使徐变的预应力损失增大。基于上述原因,在国家标准《粉煤灰应用技术规范》 6m 的预应力钢筋混凝土[16]。
而桥梁结构客观上又对粉煤灰混凝土有很大的需求,对于大跨径的预应力