1、PDF外文：http:/ 1 粉煤灰含量和骨料级配在混凝土路面耐久性的影响 SukhvarshJerath, P.E., M.ASCE1； and Nicholas Hanson2 摘要 ： 在温度波动幅度很大的地区混凝土公路路面耐久性 变差不是 因为混凝土强度不够。在这篇论文中将研究粉煤灰替代硅酸盐水泥对 密集级配 骨料 混凝土耐久性的影响。 制作 八个混凝土，其中四个使用骨料按现行规范其他四个用密集 级配骨料。对于每个 试件 ，粉煤灰替代硅酸盐水泥的含量依次为 30%， 35%，和 40%。所有 混凝土气体 含量为 6%和 25 38 毫米 的坍落度 。研究表明粉煤
2、灰含量从 30%增加到 45%没有损失混凝土的抗弯和抗压强度。 对于采用 密集 级配 骨料 的 混凝土 ，高含量的粉煤灰需要更少的水表明粉煤灰和密集级配骨料对混凝土耐久性有影响。 通过混凝土吸收率和孔隙率测试 ， 混凝土中粉煤灰含量从 30%增加到 45%，渗透 孔隙率 比重随之下降 ；在快速氯离子试验中 电荷通过量 减少 。 这些实验结果证明在混凝土中使用高含量的粉煤灰是很有益处的。使用致密级骨料也被证明是有益的。 引言 在高速公路由于冰冻和恶劣的天 气条件导致混凝土的破坏和耐久性问题已经被发现。水恰好是对混凝土 耐久性极为重要，因此混凝土耐久性 变得 更强如果没有
3、易蒸发的水分残留。如果使用孔隙率比较小的骨料级配，填补空隙所需的浆糊就更少反过来将减少易蒸发的水分。按照规范与标准 粗骨料 中大 部分中 等尺寸的颗粒 将被 去除 。大量微小粒子组成的骨料做的浆糊能提高耐久性。粗、细骨料按照 60： 40的比例组成的混合骨料叫做间断级配骨料。在此混合骨料中没有足够多的中等尺寸的粒子，这些粒子可以在 4号筛和 16号筛之间筛选出来。 Muszynski等人做了一份建筑施工记录和路面内核的评估。 工程建设自 1987年 到1997年 以来 差的 混合配比和级配 好的 直接影响到 道路 施工 的质量。 研究表明 ,骨料级配控制是一种有效提高 混凝土道路质
4、量的方法。由 Goltermann等人在 1997年表明骨料的选择和组合对混凝土质量的影响是占主导因素。 有一些 主观证据表明全级配 骨料可以改善混凝土 的 性能在 施工 和使用 期间 ,但它不是绝对令人信服的。 1999年 Cramer 和 Carpenter 采用各种各样普通试件关于全级配对混凝土冻融循环耐久性的影响进行试验。 粉煤灰 的使用是符合和谐与可持续发展的理念 。要大大增加粉煤灰 的利用率，有必要提倡使用混凝土在其掺 入大量的粉煤灰作为水泥的替代物。 根据测试结果，得出的结论是高掺量粉煤灰加气混凝土具有优良的耐久性特性 。在一篇Jiang和 Malhotra的 200
5、0份研究结果 ， 55%不加气混凝土中 ASTM标准 F类和 C类粉煤灰替换水泥后水需求变少。试验结果表明混凝土中粉煤灰含量从 8.8%变到 19.4%时水需求量降低。 在 Atis and Celik 2002这本书里对高参量粉煤灰混凝土其中粉煤灰代替了 50%和70%的水泥进行抗压和抗弯性能评估。它表明在混凝土研究中混凝土的耐磨性跟弯曲抗拉强度的关系比抗压强度大。 佛罗里达 州 运输 部门用 粉煤灰 ,矿渣 ,和不同类型的化学外加剂混 替代水泥来研究合适的配合比用于夏季混凝土的浇筑。结果表明用粉煤灰和矿渣混合来替换水泥可以引起混凝土不同的性能。 C类和 F类粉煤灰分别替换 70
6、%， 67%水泥来研究对混凝土路面的长期影响。对混凝土路面核心位置的测试表明含有 F类粉煤灰的混凝土表现出更强的抗氯离子渗透。 2 由 Ueda等人用电化学技术进行了一项研究，在混凝土里掺进粉煤灰或是细骨料可以影响混凝土里钢筋的腐蚀，这些腐蚀是因为氯离子和碳化作用。 结果表明 ,当粉煤灰取代细骨料 ,可以阻止 二氧化碳或 氯离子渗透 到混凝土导致 钢筋的腐蚀。然而在恶劣的 腐蚀条件下粉煤灰对阻止钢筋的腐蚀是没有效果的。 Srinivasan等人表明为了保证混凝土的强度和耐久性使用高效减水剂是必须的。 他们的调查表明孔隙填充效应和 粉煤灰的 火山灰特性 可以提高混凝土的
7、性能和 硬化 。 下面是这次调查报告的研究目标 1.确定不同百分比的粉煤灰代替硅酸盐水泥对混凝土路面耐久性的影响。 2.对密集级配骨料对粉煤灰混凝土的影响进行评估。 3.研究粉煤灰的和骨料级配 对混凝土 含水量 的影响。 材料 这次试验中使用 ASTM标准 I-II类硅酸盐水泥和粉煤灰作为胶凝材料。在表 1列出了粉煤灰化学和物理性质。这些材料满足 ASTM标准。粗骨料由 3号尺寸的碎石组成，这是根据美国北达科他州运输部 NDDOT标准，最大碎石尺寸为 25mm；然而细骨料用的是天然砂， 1997年 NDDOT标准。在这次
8、试验中使用了间断级配骨料和密集级配骨料。间断级配骨料照中粗骨料和细骨料比为 60： 40. 然而密集级配骨料用的是粗，中，细骨料混合。中等大小的骨料由 9.5mm到 16号筛孔尺寸的碎石组成。松香皂树脂作为混凝土的引气剂。搅拌用水为普通自来水。 根据 粗糙度系数图 来研究密级配骨料粗、中、 细骨料 得组合 比例 。用图表来评 价骨料的组合情况。 X轴是中等尺寸和粗粒子的粗糙系数。 在图表上的 y轴表示通过 8号筛 混合骨料的百分比，称为 和易性。在所有骨料中和易行影响着混凝土的施工。用 上述图表制备水泥含量 334.2kg/ m3混凝土 。因此根据计算出的和易性数值来调整胶凝材料的
9、使用量，胶凝材料也是一个可以调整和易性的因素。粗糙系数 60和和易性系数 35是理论值。 在这个研究 ,骨料混合 物中粗、 细 、中等粒子的比为 45:25:30，这 用来获得和易性 系数 为 34.9和 54.6的粗糙 系数。表 2中给出了不同粒径的骨料。 试验方案 在这次试验中做了 8个混凝土试件，混凝土试件里的成分比例在表 3列出。GG为间断级配骨料， DG为密集级配骨料。 GG、 DG后面的百分比表示在混合物中粉煤灰替代硅酸盐水泥的比例。比如 GG-30%表示混凝土混合物中粉煤灰替代水泥比例为 30%，用的是间断级配骨料。 DG-40%表示 混凝土混合物 中粉
10、煤灰替代水泥比例为 40%，用的是密集级配骨料。本研究用密集级配骨料和粉煤灰替代水泥来达到最大可能的耐久性。是目前高速公路混凝土混合料使用的 NDDOT标准为GG-30%。 每立方米混凝土 中有 334.2 kg的胶凝材料， 30%的粉煤灰代替水泥， 6%空气含量和足够的水保证 25- 38 mm的 坍落度 。在这次试验中 GG-30%是一个可控制的混合物。水的需求量是通过反复试验达到 坍落度 为 25-38mm。外加剂的用量也是通过这类似的方法。 对新拌混凝土 硬化 进行各种 ASTM标准 测试 。 T测试是为了比较控制 GG-30%和其它混合物的平均值，然后在 2个样品中进行强
11、度和耐久性试验。用 Microsoft Excel进行数据分析，确定两个均值之间是否存在统计上的显著 差异 即 P值 。 零假设 ， H0: x y 0， x和 y分别表示 2个样品， x是样品中比较大的，是用来计算 p值的。P值越小越能肯定零假设是失败的， 2个样品就有不同的平均值。 3 试验结果 塑性特性 实验测试结果 包括塑性，用间断级配骨料和密集级配骨料制的混凝土，不同的粉煤灰代替水泥百分比。表 3给出了不同混凝土混合物的单位重量的塑性，气体含量和坍落度。 水 /胶凝材料 的比率介于 0.36 0.37。气体 含量值介于 5
12、.7和 6.4%时坍落度依然保持在 33.8和 40.1 mm。不同混凝土混合物的单位重量在 2,307.5 和 2,366.1 kg/ m3之间变化。 这表明 ,这些 含 量的值仍然 保持 恒定在这个研究 中。 抗压强度 对 150* 300毫米的圆柱试件 进行 1， 7， 14， 28， 56，和 90天的龄期 测试 。按ASTM C 39-01标准进行测试， 3个圆柱试件某一龄期的平均值用来找出抗压强度。不同混合物的测试结果在表 4和图 1， 2。 P值是用来比较不同混凝土混合物之间的抗压强度，混合物 GG-30%的控制在表 4。 混凝土混合物含有更
13、高比例的粉煤灰开发强度缓慢 ,然而 ,拥有更高百分比 粉煤灰 的混合物强度 赶上甚至超过了在某些情况下粉煤灰 含量低的混凝土抗压强度。 间断级配的混合物粉煤灰含量 30 - 45%在90天龄期后的抗压强度达到 26.57 MPa到 29.53 MPa,P值介于 0.059 0.105之间 。 抗压强度结果为混凝土混合 物 含有 密集 级配骨料和更高比例的粉煤灰 。在混凝土的抗压强度影响最小的是密集级配骨料 抗弯强度 在 150 *150 *300毫米 的 简支梁 第三点荷载进行测试按照 ASTM C 78-02。抗裂系数是衡量混凝土抗弯 强度 。在每个试验期测试 3个
14、混凝土梁的抗压强度和平均抗弯强度。不同混凝土的断裂系数在表 5和图 3， 4给出。 P值从实验数据计算并显示在表 5。粉煤灰比例高的混凝土在后期表现出更高的抗弯强度，虽然抗弯强度在早期低于粉煤灰比例低的混凝土。间断级配和密集级配的混凝土也显示这一趋势。密集级配混凝土的抗弯强度略高于间断级配混凝土。 混凝土的比重，吸收率，孔隙率 这次 测试是按照 ASTM C 642 97标准。 它涵盖了测定比重 ,吸收百分率 , 和孔隙。这种测试方法对混凝土是有用的，把质量 /体积化转为所用的 数据 。测试试件是来自试验室 铸石板 上钻取的。每个浇筑的混凝土板都要钻取。这些 板上用塑
15、料覆盖 7天 ,7天后的塑料 被移开 ,该板块仍在实验室环境中 放 56天。试验结果见表 6。 在所有混合物中比重值不同，吸收率变化也不大，表明混合物的设计和测试是正确的。另一方面对间断级配和密集级配的混合物随着粉煤灰比例的提高孔隙率随之下降。 这表明 ,该混合物中更高比例的粉煤灰具有低渗、高 耐久性 。 快速氯离子渗透 快速氯离子渗透测试涉及到混凝土的电导 率 ， 可 以提供一种快速的 指示其耐氯离子渗透 。 此测试适用于评价材料的耐用性 ,因为它表明 材料的渗透特性。在此次研究混凝土耐久性试样是从试验室铸板钻取的 762 *762* 229 mm试件，这是来研测试混凝土的比重，吸收率，孔隙率。 测试 是 按 ASTM C 1202 97
