磨细火山灰用作掺料提高水泥混凝土抗冻耐久性的试验研究

宋 刚，曹春梅

(1.长春市市政工程设计研究院;2.吉林省交通科学研究所季节性冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室)

1 磨细火山灰作为水泥混凝土掺料的性能试验

1.1 工作性

对两种磨细火山灰掺配比例的水泥混凝土与不掺磨细火山灰的水泥混凝土坍落度进行测试，试验结果见表1。

表1 磨细火山灰混凝土的工作性及含气量

试验结果表明:

掺入磨细火山灰可以改善混凝土的工作性，但同时也降低了混凝土的含气量，最大降低幅度为24％。

1.2 力学性能

抗弯拉强度是评价路面混凝土的主要力学指标，为考察磨细火山灰掺量对路面混凝土强度的影响，进行了路面混凝土不同磨细火山灰掺量下的抗弯拉强度试验，试验结果见表2。

表2 磨细火山灰混凝土的抗弯拉强度

可以看出，掺入磨细火山灰后，混凝土7d、28d抗弯拉强度均有所提高。掺量为15％时，7d、28d抗弯拉强度提高幅度分别为22％、12％，超过15％时，提高幅度不明显，主要原因为磨细火山灰是和水泥的水化产物Ca(OH)2发生反应，当掺量超过适宜的掺量后，上述反应不能充分进行，因此强度提升效果不明显，从抗弯拉强度看，掺量15％是一个临界点。

1.3 抗冻性

在寒冷地区，水泥混凝土路面经常由于遭受冻融循环作用而产生性能衰减，严重影响了水泥混凝土路面的使用质量和寿命，因此抗冻性是衡量水泥混凝土耐久性的重要指标之一。为此，对磨细火山灰掺量为15％的水泥混凝土进行抗冻试验。试验结果见表3。

表3 磨细火山灰混凝土的冻融循环试验结果

可以看出:

(1)随着冻融次数的增加，两组水泥混凝土的相对动弹性模量均降低，掺15％的磨细火山灰水泥混凝土相对动弹性模量降低程度比较小，基本上接近水平直线。而未掺磨细火山灰的试件相对动弹性模量在250次冻融循环后明显下降，到300次时，其相对动弹性模量已经降低到60％以下，说明该试件在275次时已经产生破坏。

(2)掺加磨细火山灰的水泥混凝土质量损失率开始降低比较明显，未掺磨细火山灰的试件质量损失率呈均匀增长趋势，但两者最后无明显区别。

1.4 抗渗性

水泥混凝土是气、液、固三相组成的多孔非均质材料，具有一定的渗透性，当有害的液体或气体渗入水泥混凝土内部结构后，能够与混凝土的组成材料产生一系列有害的物理化学作用，并且水还可以把侵蚀产物及时排出混凝土体外，侵蚀性离子趁机进入，加速水泥混凝土的结构破坏。因此应对水泥混凝土进行抗渗性检验，保证混凝土的耐久性。

对不同磨细火山灰掺量的水泥混凝土进行抗渗性能检测，试验结果见表4。

表4 磨细火山灰混凝土的抗渗性试验结果

从试验结果可以看出:

(1)无论是14d渗水高度试验还是28d渗水高度试验，磨细火山灰掺量为15％的水泥混凝土抗渗性能高于不掺磨细火山灰的水泥混凝土。

(2)养护28d的磨细火山灰水泥混凝土在1.4MPa时的渗水高度明显低于养护14d在1.2MPa时的渗水高度，充分说明水化反应充分进行后磨细火山灰能够改善混凝土的内部结构，提高密实性。

1.5 耐磨性

水泥混凝土耐磨性试验方法对不同磨细火山灰掺量的水泥混凝土进行耐磨性能试验，试验结果见表5。

表5 磨细火山灰混凝土的耐磨性试验结果

可以看出，磨细火山灰掺量在15％时，磨细火山灰水泥混凝土耐磨性能有所提高，但掺量为20％时，耐磨性能有所下降，说明磨细火山灰在合适的掺量下对水泥混凝土耐磨性具有促进作用。

通过对不同掺量磨细火山灰水泥混凝土性能的对比分析可知，在合适的掺量下，磨细火山灰对水泥混凝土的工作性、力学性及耐久性确实有积极的提高作用，初步确定最佳掺量为15％。

2 结语

通过实验研究证明磨细火山灰是一种性能优良的水泥混凝土外掺剂，当磨细火山灰掺入合适的比例时，可有效改善水泥混凝土的工作性能，提高力学性能以及抗冻、抗渗和耐磨等耐久性能。而火山灰资源丰富，磨细火山灰和其它掺料相比价格低廉，具有显著的经济效益，在充分利用地方资源的同时，对地方的经济发展也起到了一定的推动作用，应用前景十分广阔。

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