粉煤灰和硅灰对海工混凝土抗冻性能影响综述

田如镇+李航

【摘 要】海洋工程中的混凝土普遍需要具有抗冻性能，结合试验表明掺合料对提升混凝土抗冻性有着十分积极的作用。本文主要综述了粉煤灰、硅灰以及复掺粉煤灰与硅灰对海工混凝土抗冻性能的影响，为进一步提高混凝土抗冻性能问题的研究提供了一定的依据。

【关键词】海工混凝土；冻融破坏；粉煤灰；硅灰；抗冻性

前言

随着我国海洋探索的进程，海洋工程方面的混凝土将会应用的越来越广泛。海工混凝土耐久性的指标除了强度，拌合物和易性应满足设计、施工要求外，还需具有抗渗性、抗冻性等性能。我国地域广阔，有相当大的面积处于严寒地带，致使不少水工建筑物产生了冻融破坏现象。已有研究表明 [1]活性掺合料在混凝土中的应用能充分发挥其火山灰活性效应、微集料效应、减水塑化效应及耐久效应。活性掺合料可以大幅度提高混凝土的各种性能，包括了施工性能、物理力学性能和耐久性能等。根据全国水工建筑物耐久性调查，在32座大型混凝土坝工程、40余座中小型工程中，22%的大坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题，大坝混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、地西北区，尤其在东北严寒地区兴建的水工混凝土建筑物，很多工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏[2]。在长期自然环境和使用条件下混凝土结构会逐渐丧失耐久性，进而影响结构物的长期使用和安全运行，冻融破坏是导致混凝土结构耐久性劣化的主要原因之一，特别是地处寒冷地区的水工建筑物。因此，针对我国沿海寒冷地区、严寒地区开展海工混凝土抗冻性能研究，对寒冷地区海工混凝土结构的耐久性，延长结构物的使用年限，提高投资效益，加快经济建设步伐，具有重大的现实意义[3]。

一、不同掺合料对混凝土抗冻性能影响

（一）单掺粉煤灰

在施工中适当掺入粉煤灰，不仅可以节省水泥，且可以明显改善混凝土性能。严捍东等[4]参照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》测量标准试块冻融循环前后的重量，计算出重量的损失率，通过对比测试不同龄期对混凝土的抗冻性影响。研究表明，通过大掺量粉煤灰水工混凝土试验得出结论混凝土的抗冻性随粉煤灰掺量的增加而提高。孔靖勋[5]通过研究研究了在海水养护条件下，大掺量粉煤灰混凝土和普通混凝土的抗海水冻融能力，结果表明： 含气量在6%左右的普通混凝土在进行海水冻融时有良好的抗冻性，而粉煤灰掺量为50%的大掺量粉煤灰混凝土抗海水冻融能力差。白转转[6]对水工混凝土中粉煤灰掺合料对混凝土性能的影响进行研究，试验结果表明：当粉煤灰掺量为 15%时，混凝土抗冻性可得到改善；当粉煤灰掺量为 25%时，在反复冻融循环作用下，混凝土强度逐渐降低。因此，粉煤灰掺量合适能够提高混凝土的抗冻性能， 但掺量过大对混凝土抗冻性能就会有一定的负面影响。

（二）单掺硅灰

在我国，通常将硅灰作为掺合料用于混凝土工业中，一方面可节约水泥熟料，降低混凝土的生产成本，有效减少环境污染，保护环境，另一方面硅灰具有很好的活性，能够很好的改善混凝土的抗冻性能。杨文武等[7]按照标准海工混凝土冻融循环JTJ270-98快冻方法执行，冻融介质为天然海水冻融循环300次，25次做一个横向基频动弹性模量和质量损失测试。研究表明硅灰与合适掺量的引气剂复合使用，可以大幅度提高混凝土抗冻融性能。雷秀玲等[8]针对白山抽水蓄能泵站进行硅粉混凝土配合比设计及性能研究，通过混凝土抗冻性能试验，研究表明：硅粉混凝土的相对动弹性模数降低趋势非常缓慢，满足设计提出的F200和F300的技术要求。

（三）复掺粉煤灰与硅灰

当粉煤灰与硅灰复掺达到一定比例时，会提高混凝土抗冻耐久性。刘斌云等[9]通过试验研究了复掺粉煤灰和硅灰对混凝土抗氯离子渗透性能和抗冻融性能，试验结果表明：复掺粉煤灰和硅灰能大幅度提高混凝土的抗氯离子渗透性能，最小能提高 51.3%，同时会降低其抗冻融性能。邵俊丰等[10]为研究矿物掺合料对混凝土耐久性能影响，分别对单掺粉煤灰，双掺粉煤灰和硅灰三掺粉煤灰硅灰和矿渣微粉3种情况下混凝土抗压强度电阻率氯离子扩散系数以及抗冻性能进行了试验研究，结果表明：矿物掺合料可以改善混凝土孔结构，硅灰可以提高混凝土抗冻性，双掺混凝土比单掺抗冻耐久性系数提高3.86%；赵丙芳[11]通过对冻融前后的质量损失率和相对动弹模量变化分析，确定不同粉煤灰和硅粉掺量对混凝土抗冻性能的影响，复掺粉煤灰和硅粉的最优掺量为粉煤灰掺量为 20%、硅粉掺量为 2%为最优掺量。

二、结束语

粉煤灰和硅灰是常见的掺合料，作为混凝土的重要掺合料在混凝土中得到了广泛的应用。随着不同配比不同掺合量，不管是单掺还是复掺，其混凝土的抗冻性能有着不同的程度结果。经过大量的试验结果表明，这两种掺合料对混凝土抗冻性都是有利的。但不足之处是当这两种掺合料配比对混凝土抗冻性最有利的时候同时对其他的耐久性不一定是最有利的。今后还需广大科研工作者共同努力，使其在抗冻融能力最利时也满足其他耐久性条件有利，进一步提高混凝土的综合性能并广泛应用。

参考文献：

[1] 高育海.C70、C80 高性能混凝土的研究[C].北京： 中国建筑出版社，1999∶55-64.

[2] 高广冀.混凝土抗冻性的研究[J].工业技术，2009（25）：131.

[3] 胡邦胜. 高寒地区混凝土的抗冻性能研究综述[J].四川水泥，2017 （02）：299.

[4] 严捍东，孙伟，李钢.大掺量粉煤灰水工混凝土的气泡参数和抗冻性研究[J].工业建筑，2001（8）：47-49.

[5] 孔靖勋.大掺量粉煤灰混凝土抗海水冻融性能研究[J]. 低温建筑技术，2016 （10）：29-32.

[6] 白转转.水工混凝土中粉煤灰掺合料对混凝土性能的影响[J]. 山西水利科技，2016 （04）：79-81.

[7] 杨文武，郭立杰，王璐.海工硅灰混凝土抗冻性和抗氯離子渗透性与孔结构的研究[J].大连民族学院学报，2012（3）：246-249.

[8] 雷秀玲，叶远胜，陈国明，王锐.硅粉混凝土性能研究与应用[J]. 东北水利水电，2009（04）：16-19.

[9] 刘斌云，李凯，赵尚传.复掺粉煤灰和硅灰对混凝土抗氯离子渗透性和抗冻性的影响研究[J]. 混凝土，2011（11）：83-85.

[10] 邵俊丰，张世义，范颖芳.复掺矿物掺合料混凝土抗氯盐侵蚀与抗冻性试验研究[J]. 混凝土，2017，（04）：38-42.

[11] 赵丙芳.掺加粉煤灰和硅粉混凝土抗冻性能试验研究[D] .长春工程学院，2015.endprint