图5-11至图5-13是水胶比为0.33的J、FA10、FA15、FA25的四种混凝土试件分别在水中以及5%、10%浓度的硫酸钠中冻融175次循环后的相对动弹性模量变化情况。
图5-11 粉煤灰掺量不同的试件在清水中的变化情况
从图5-11(1)得出,J、FA10、FA15和FA25的四种试件在清水中冻融175次后相对动弹性模量较冻融之前分别减少1.5%、减少4.3%、减少9.1%、提高3.2%。粉煤灰掺量加大,试件的相对动弹性模量随之下降,但掺量达到25%时,相对动弹性模量较冻融之前一直在增大。从图5-11(2)得出,J、FA10、FA15和FA25的四种试件冻融之前的质量,与经过175次冻融循环后的质量相比,质量损失分别提高0.31%、0.21%、0.2%、1.27%。25%粉煤灰掺量的试件的质量损失随冻融龄期的持续而加大,另外三种的质量损失基本接近。
从图5-12(1)得出,J、FA10、FA15和FA25的四种混凝土试件在5%浓度的Na2SO4中经过175次冻融循环后相对动弹性模量较冻融之前分别减少4.2%、减少0.4%、减少7.8%、提高5.5%。冻融150次前,粉煤灰掺量10%的试件在清水中和5%浓度的Na2SO4中冻融时的相对动弹性模量变化接近;但基准组试件冻融150次循环后出现较大的降低;粉煤灰掺量15%的试件的相对动弹性模量一直在下降,而25%掺量对试件的影响效果最好。从图5-12(2)得出,J、FA10、FA15和FA25的四种混凝土试件冻融之前的质量,与经过175次冻融循环后的质量相比,质量损失分别减少0.31%、0.21%、0.31%、0.21%。随着冻融龄期的持续,不同粉煤灰掺量的试件在5%浓度Na2SO4溶液中冻融时,其质量损失率大体相同。整体上分析可得,25%粉煤灰掺量的试件抗冻性最好,损伤程度最低。
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图5-12 粉煤灰掺量不同的试件在5%Na2SO4溶液中的变化情况
图5-13 粉煤灰掺量不同的试件在10%Na2SO4溶液中的变化情况
从图5-13(1)得出,J、FA10、FA15、FA25的四种混凝土试件在10%浓度的Na2SO4中冻融175次循环后相对动弹性模量较冻融之前分别减少6.7%、减少1.1%、提高2.7%、减少3.8%。粉煤灰掺量15%的试件相对动弹性模量较冻融之前一直在提高,而25%掺量的则是先减后增,但始终低于初始值;基准组的是先增后减,冻融结束后相对动弹性模量降低幅度最大。从图5-13(2)得出,J、FA10、FA15和FA25的四种试件冻融之前的质量,与经过175次冻融循环后的质量相比,质量损失率分别提高0.1%、减少0.1%、0%、0%。在10%浓度Na2SO4溶液中冻融循环175次结束后,其质量损失率基本不变;在冻融25次时,粉煤灰掺量为15%和25%的试件的质量出现小幅度的增长,之后趋于平稳。以上分析表明,不同粉煤灰掺量的混凝土试件在10%浓度Na2SO4溶液中冻融175次后,15%掺量的抗冻性最好,基准组的损伤程度最大。
通过对J、FA10、FA15、FA25的四种试件在不同浓度的硫酸钠溶液中冻融循环175次分析可知,与普通混凝土相比,粉煤灰的火山灰效应和微珠填充效应使试件内部的结构和产物组成得到改善,优化了混凝土的界面结构和孔径分布,降低了孔隙率,能阻塞水和硫酸钠溶液在试件内的流通;硫酸钠和水泥石中的水化产物发生化学反应,产生的石膏或钙矾石体积变大,损坏混凝土,而粉煤灰等量替代水泥能够延缓石膏或钙矾石结晶析出带来的损坏。试件在5%浓度的硫酸钠中冻融175次后,粉煤灰掺量为25%的抗冻性最好,5%浓度的硫酸钠相比10%浓度,随着浓度的提高,硫酸根离子增多,消耗更多的氢氧化钙和水化铝酸钙,产生更多的石膏或钙矾石,而低温下还伴随有Na2SO4·10H2O的产生,因此试件在10%浓度的硫酸钠中冻融时损伤程度最大。但是,在混凝土中掺加适量的粉煤灰可以提高相对动弹性模量,减少质量的损失[59,65]。
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