劉曉峰 王維紅 滕 玲 康 宵 劉玉憲 劉沈豐

北方民族大學土木工程學院

正文：

前言：

隨著我國工程建設領域的不斷進步，混凝土的應用及種類也越來越多，但還是有一些缺陷，如我國北方地區(qū)的凍融循環(huán)對混凝土結構造成的嚴重破壞，沿海地區(qū)及在鹽堿地區(qū)域的混凝土建筑物被氯離子的侵蝕的問題，以及在大體積混凝土澆筑工程中產生損壞，但是加入各種礦物摻合料和高效添加劑則可以彌補水泥凝膠體在微觀上的很多缺陷。而且在目前，礦物摻合料也幾乎成為了混凝土中必不可少的功能性組成材料。粉煤灰是一種具有潛在活性的人工火山灰質材料，作為混凝土摻合料，粉煤灰的摻入能夠有效的節(jié)省能源，并能夠解決工程領域中的很多實際問題?？梢愿纳菩掳杌炷恋暮鸵仔?，減少混凝土用水量，抑制堿骨料反應等，本文闡述了粉煤灰改善混凝土抗凍性及抗氯離子侵蝕性能及凍融破壞及氯離子侵蝕機理的研究。

1.對粉煤灰研究的意義

國內外粉煤灰應用已經有幾十年的歷史。美國加洲理工學院的R.E.Davis在1993年首次發(fā)表了關于粉煤灰在混凝土上的應用研究報告。而到本世紀五、六十年代，粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，其活性性能會被進一步研究和推廣，不僅是會節(jié)約水泥與處理工業(yè)廢料——粉煤灰，其更主要是為了提高和改善混凝土的性能。而大摻量粉煤灰的應用，也是今后混凝土技術進展最有效、也是最經濟的途徑。

2.氯離子侵蝕對混凝土性能影響

影響混凝土結構耐久性其中最重要因素是鋼筋的銹蝕。同時由于鋼筋是金屬，它本身的特性就是不耐酸。而氯離子侵蝕作用引起的鋼筋銹蝕影響尤為明顯。在鹽堿地中含有大量氯離子，中國是鹽堿地大國，在全球位居第三。中國鹽堿地主要分布在西北、東北、華北及濱海地區(qū)在內的17個省區(qū)。 正是由于氯離子分布廣泛所以對混凝土的侵蝕必須重視。

氯離子主要通過以下幾種方式進入混凝土：（1）混凝土本身有許多微觀缺陷，通過毛細管作用向內部移動。（2）在水壓力下，氯離子通過滲透作用向壓力低的地方移動。（3）通過擴散作用向濃度低的地方移動。（4）吸附作用，在各種化學物理作用下吸附到鋼筋表面。通常情況下CI-在混凝土中的侵入過程是幾種作用共同存在的。混凝土原本是呈弱堿性的，對鋼筋有保護作用，但當腐蝕介質的累計累積量達到臨界值后鋼筋鈍化膜被破壞。

氯離子對鋼筋的腐蝕化學方程式如下：

2Cl-+Fe2++2H2O+2Fe=Fe(OH)2+2H++2Cl-

4Fe(OH)2;+O2+2H2O=4Fe(OH)3

由方程式可以看出Cl-在化學過程中并沒有被消耗掉，而是被反復利用，不斷腐蝕。表現(xiàn)在宏觀上就是被腐蝕的混凝土越來越脆弱。

3.凍融循環(huán)對混凝土性能影響

所謂破壞凍結融化，就是由于溫度轉換使水位上升或下降，水工建筑物硬化的混凝土在濕潤或浸水的狀態(tài)下，內部的孔隙水形成凍結膨脹壓、滲透壓及結晶壓力，產生疲勞應力，混凝土被破壞這樣的現(xiàn)象。

混凝土的早期凍害和那個機制(混凝土凝固之前凍)混凝土還沒參加水化反應的時候，混凝土的凍結作用與飽和粘土的凍膨狀況相似。由于合水凍結混凝土的凝結被中斷，溫度上升混凝土的攪拌水溶化為止。再振動重新好好地附著的話，在混凝土中殘留的水凍結很多的孔，使之大幅度降低那個強度。重新站起來打是不得已錄用的。一般情況下還是要注意初期的護理，不要讓混凝土快結冰。混凝土凝固了，但是沒有達到足夠的強度就會凍結，這時凍結混凝土的強度損失最大。硬化初期對混凝土凍結的阻力，不是單純的機械舉動，而是與水泥石的微細結構的形成過程有關。

4.摻入粉煤灰后氯離子侵蝕對混凝土性能影響

混凝土被氯離子侵蝕的原因主要是混凝土中孔隙的大小和數(shù)量，摻入粉煤灰能夠使混凝土中氯離子濃度降低的原因是隨著粉煤灰的摻入混凝土中的孔隙數(shù)量逐漸減少，孔徑逐漸變小，可以使混凝土的密度增加，從而使?jié)B入混凝土中的氯離子減少，混凝土抵抗氯離子侵蝕的能力增強。從微觀方面講，一是粉煤灰的摻入減少了水泥用量，水泥在第一次水化反應中產生的氫氧化鈣減少，同時粉煤灰的二次水化反應與水泥的水化反應產物氫氧化鈣發(fā)生反應也減少了混凝土中的氫氧化鈣含量。二是孔的細化，更多的低堿度的C——S——H凝膠，增加了混凝土(物理和化學)固化能力，有利于降低Cl一在混凝土中的滲透速度，從而提高了混凝土的抗氯離子滲透能力。

5.摻入粉煤灰后凍融循環(huán)對混凝土性能影響

其實，在一定程度上，在混凝土中摻入粉煤灰而代替水泥后，可以使水泥在早期水化和中期水化中產生相對較少的產物，雖然此時強度會偏低，毛細孔也會增多。然而在后期，隨著粉煤灰中活性物質的二次水化熱出現(xiàn)，混凝土中的中的毛細孔隙會被二次水化熱中出現(xiàn)的新生成物質填充，從而促使混凝土強度再次增長，且增長強度較大，混凝土抗凍耐久性提高，張云蓮等人的研究表明，高摻量粉煤灰混凝土的滲透系數(shù)可低至 1.6×10-14m/s。同時，在摻入粉煤灰時，可以摻加適量引氣劑，引氣劑是具有增水作用的表面活性物質，它可以明顯的降低混凝土拌合水的表面張力和表面能，可以使混凝土拌合物在拌和過程中引入大量均勻分布的閉合而穩(wěn)定的微小氣泡，所以當孔隙內的水結冰出現(xiàn)水壓時，未結冰的水會因為水壓的作用下而向氣泡內緩慢滲透，這在一定的程度上可以使膨脹壓力因冰凍而緩解，從而提高混凝土的抗凍性。

6.結論

在混凝土當中摻入一定量的粉煤灰，可以減少用水量，提高混凝土抗壓強度和抵抗氯離子侵蝕的能力。但是粉煤灰摻量過多或過少，都會使混凝土的強度受到影響，導致強度降低。因此，我們通過實驗確定出一個最佳范圍，建議粉煤灰摻量在10%～20%為最佳。通過實驗現(xiàn)象表明，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的不斷增加，混凝土表面出現(xiàn)裂紋并不斷增加，強度也不斷降低，質量損失率不斷增大。摻入適量粉煤灰，可以降低混凝土水化熱，提升混凝土流動性、塌落度，并且和易性也有明顯改善。但是因為粉煤灰的摻入，導致水泥漿的顆粒濃度降低，水化速度延緩，冷卻凝結時間延長，而且隨著摻量的增加，濃度不斷降低，冷卻凝結需要的時間也越長。摻入適量粉煤灰能夠提高混凝土后期強度，但早期強度降低。因為界面效應、微骨料效應和活性效應產生的效果，導致混凝土的內部結構更密實，表面強度更高，二次水化反應能夠提高混凝土的后期強度。因為粉煤灰代替了部分水泥的用量，反應產生的膠凝材料減少，二次水化反應時間未達到，導致混凝土的早期強度有所降低。