摘　要:用粉煤灰替代15 % 的砂可使無筋樹脂混凝土柱體的抗壓強度提高約30 %， 鋼筋樹脂混凝土梁的抗彎強度提高約15 % 在熱循環(huán)作用下，可比波特蘭水泥混凝土的抗拉結合強度約提高7%， 徐變?nèi)岫燃s降低5%， 但不會影響樹脂混凝土的抗剪強度。摻灰的樹脂混凝土可用在橋梁和樓板的薄層覆面、修補混凝土橋梁、路面和飛機跑道道面，以及墻板、樓板、地下拱頂?shù)阮A制構件的生產(chǎn)方面。

關鍵詞:樹脂混凝土；粉煤灰；性能；用途

1 　引言

    目前，國外一些砼工作者從環(huán)保和經(jīng)濟性方面著眼，已把目光投向“在樹脂混凝土中摻用粉煤灰，以提高混凝土性能”的研究上，經(jīng)過大量試驗及實踐，已取得很好的成果。本文以K. S. Rebeiz 教授為代表的有關研究成果[1 ] 為主，結合其它有關資料作簡要介紹。樹脂混凝土是通過將分級良好的無機骨料與一種樹脂膠結劑拌合而成的高性能樹脂膠結復合材料。不飽和聚酯由于其良好特性和較低價格，成為用于樹脂混凝土最普遍的膠結劑。該混凝土比波特蘭水泥混凝土有高得多的強度和更好的耐久性，比水泥基材料硬化快得多，前者只需幾分鐘或幾小時，后者則須幾天或幾周。目前人們對樹脂混凝土還不夠熟悉，加上其成本比傳統(tǒng)材料高，故其應用仍屬有限。本文介紹的摻粉煤灰的樹脂混凝土的性能，包括抗壓強度、在熱循環(huán)下對波特蘭水泥混凝土基體的抗拉結合強度、徐變?nèi)岫取摻顦渲炷亮旱目箯潖姸群涂辜魪姸龋?以及摻粉煤灰的樹脂混凝土的原料及配制。

    摻灰樹脂混凝土的主要原料為不飽和聚酯樹脂礫石(粗骨料) 、砂和F 級粉煤灰(細骨料) 。礫石和砂須在125 ℃烘干至少24 小時，使含水量降至015 %以下，以確保樹脂基材與骨料間有良好的粘結。研究所用粉煤灰的主要組分列于表1 。所有粉煤灰均通過200 目(01075mm) 篩，通常從供應商獲取的干灰則不需烘干。

    樹脂混凝土的配合比設計應結合其用途，并使其和易性、強度及經(jīng)濟性達到最佳化。生產(chǎn)中把占樹脂重量1 %的9 %活性氧甲基·乙基酮過氧化物引發(fā)劑和占樹脂重量011 %的12 %溶解狀態(tài)的環(huán)烷酸鈷(CoNp ) 助催化劑加入液態(tài)不飽和聚酯樹脂中進行硬化。然后將礫石、砂和粉煤灰加入不飽和聚酯中，拌合3 分鐘后澆注成型，并在室溫下養(yǎng)護。引發(fā)劑起引發(fā)聚合作用，助催化劑起加速反應作用。由于苯乙烯與聚酯鏈的活性雙鍵結合，便將它們連在一起形成高強三維聚合物網(wǎng)絡，硬化也就發(fā)生。由于聚酯樹脂膠結劑的作用便將分級良好的骨料膠結在一起構成樹脂混凝土。

    試驗齡期定在試件澆筑后的第7 天，以便樹脂混凝土有足夠的時間達到最終強度。

2 　試驗及其結果討論

2.1 　抗壓強度試驗

    試驗采用ASTM 標準。供試驗的兩種樹脂混凝土為RC1 和RC2 。RCl 的重量配合比為10 %樹脂、45 %豆礫石和45 %砂。RC2 的重量配合比為10 %樹脂、45 %豆礫石、30 %砂和15 %粉煤灰。分別將RC1和RC2 制作成<76mm ×152mm 圓柱體試件。將試件置于液壓加載試驗機中，以441500N/ min 的加載速率測試其抗壓強度。RC1 和RC2 的典型壓縮應力與應變的關系曲線示于圖1 。

    一般來說，用粉煤灰替代重量15 %的砂可使樹脂混凝土的抗壓強度提高約30 %。粉煤灰的細小球形顆粒能使新拌樹脂混凝土獲得較好的潤滑性，從而改善混合物的塑性和粘聚性，生產(chǎn)出質均致密的樹脂混凝土制品。在樹脂混凝土中使用粉煤灰作為填充料，還具有其它一些優(yōu)點，這里不作討論。不過對于摻灰量較大的情況應謹慎從事，因為灰的高比表面積可能導致混合物粘稠而難以灌筑。

2.2 　熱循環(huán)試驗

    熱循環(huán)能引起樹脂混凝土覆面層與波特蘭水泥混凝土基體間粘結強度降低。為使樹脂混凝土能適應這方面的應用，需作熱循環(huán)試驗。

    供試的兩種試件為RC3 和RC4 。其骨料與樹脂的重量比均為4 :1 ，二者均采用相同柔性的不飽和聚酯膠結劑配成。RC3 的配合比為20 %的樹脂和8 %的砂；RC4 的配合比為20 %的樹脂、60 %的砂及20 %的粉煤灰。

    在噴砂的波特蘭水泥混凝土板上澆筑6mm 厚的樹脂混凝土面層，然后作熱循環(huán)試驗。在長達24 小時的每個循環(huán)中其室內(nèi)溫度從- 25 ℃變化到75 ℃。每一次熱循環(huán)取出一些試件，采用拔拉結合力試驗法對試件的面層進行測試。首先，穿過其面層取芯，然后在取芯處用粘結力強的環(huán)氧樹脂將一些圓形鋼盤粘結到噴砂的樹脂混凝土面層上。最后施加拉力拔拉這些鋼盤，測定粘合破壞類型和量級。

    圖2 顯示，熱循環(huán)能減小樹脂混凝土面層與水泥混凝土基體間的粘結強度，經(jīng)過80 次熱循環(huán)其粘結強度可減小45 %以上。其原因是樹脂混凝土的熱膨脹系數(shù)比相應的波特蘭水泥混凝土的值高4 倍。熱循環(huán)還可能導致材料熱疲勞。在路面和橋梁中，應避免樹脂混凝土面層剝離破壞，因為那樣會降低其對水和氯離子的抗?jié)B性。

    圖2 表明：摻灰的RC4 覆面層比未摻灰的RC3覆面層的抗熱循環(huán)性能約提高7 %。這是因為粉煤灰使混合料獲得了優(yōu)良的和易性，從而使得作成的面層具有優(yōu)良的澆筑質量。然而決定RC 覆面抗熱循環(huán)性能的最重要因素則是用于制作覆面的樹脂種類。對于須要經(jīng)受大的熱脹縮的RC 覆面應使用具有低彈性模量和高極限拉應變的柔性樹脂膠結劑，以使制得的低彈性模量RC 面層與基體界面上的應力減到最低程度，并使具有高極限拉應變的樹脂能承受住溫度變化引起的顯著伸張而不致破壞。

2.3 　鋼筋樹脂混凝土抗彎強度試驗

    供試的兩種樹脂混凝土的重量配合比與抗壓強度試驗所用的兩種完全相同，仍為RC1 和RC2 。鋼筋樹脂混凝土梁具有100mm ×150mm 的矩形橫截面。矩形鋼筋的保護層為35mm。試驗時將梁簡支，在跨度1/ 3 點處施加等荷載，加載速率為451000N/ min 。測試兩種鋼筋樹脂混凝土剪力梁和彎曲梁的結構性能。

    圖3 給出具有不同鋼筋百分比的樹脂混凝土RC1和RC2 的彎矩強度曲線。從中可以看出，用粉煤灰替代15 %的砂能使鋼筋樹脂混凝土梁的抗彎強度提高15 %。鋼筋百分比對提高RC1 和RC2 的彎矩強度相當有效。其彎曲破壞從截面的彎曲裂縫起源處開始，并隨著加載增大循著受壓區(qū)向上擴展。當達到樹脂混凝土的極限壓應變時，梁便發(fā)生破壞，混凝土的受壓部分呈V 字形破裂。

2.4 　樹脂混凝土抗剪強度試驗

    圖4 表示在不同剪力跨距—高度比時RC1 和RC2 的抗剪強度。雖然摻灰能使樹脂混凝土的抗彎強度顯著提高，但圖4 顯示RC1 梁和RC2 梁的抗剪強度幾乎相同。這表明粉煤灰的效應對樹脂混凝土的抗剪強度沒有顯著影響。實際上，樹脂混凝土梁的剪切破壞是突然性的，因而應在設計中采取預防措施，加以避免。

    圖4 顯示，由于彎- 剪裂縫擴展到梁的受壓區(qū)而使其受到超限應力，導致混凝土出現(xiàn)壓力破壞，并進而導致受壓區(qū)斷面越來越小，達到最終破壞。由于混凝土沿鋼筋發(fā)生的破裂與受壓區(qū)混凝土的壓破同時出現(xiàn)，因而成為對高強混凝土來說可能是特有的第三種破壞形式。

2.5 　樹脂混凝土徐變試驗

    對于長期承受大荷載的場合，為預防因其粘彈性可能引起過大的徐變變形，進行了徐變試驗。供試樹脂混凝土為RC5 和RC6 。RC5 的重量配合比為10 %的樹脂、43 %的豆礫石和47 %的砂；RC6 的重量配合比為10 %的樹脂、43 %的豆礫石、30 %的砂和17 %的粉煤灰。所制供試徐變試件為<75mm ×105mm 圓柱體。試驗時將諸試件相互疊置對中，以確保各試件受力相同。試驗裝置由電應變儀和自動測定系統(tǒng)組成。

    為了確保試驗期內(nèi)溫度恒定在25 ℃，須將試件封在一個絕熱的泡沫聚苯乙烯盒子中。

    RC5 和RC6 的徐變?nèi)岫仁居趫D5 。從圖5 可知：在3000 小時后， RC5 和RC6 的徐變?nèi)岫确謩e為68μm/ MPa 、64μm/ MPa ，即摻入粉煤灰可使樹脂混凝土的徐變?nèi)岫冉档图s5 %。盡管摻灰有如此效果，但其最重要的因素還是樹脂的分子結構，即樹脂交聯(lián)或分子重量增加，都能影響分子間的滑移而導致徐變減小。應當說明的是：當徐變應力強度比超過約50 %時，樹脂混凝土會出現(xiàn)過大徐變變形和突然破壞。

3 　摻灰的樹脂混凝土的應用

    由于摻粉煤灰的樹脂混凝土具有較高的抗壓強度和抗彎強度，在熱循環(huán)作用下比波特蘭水水泥混凝土有較高的抗拉結合強度，且徐變?nèi)岫扔兴鶞p小，故可用于垂直和側向重荷載條件下的各種結構中，如承受風力及地震力荷載的墻板， 承受車輛荷載的拱頂和公共地下設施的覆蓋層，承受大范圍荷載作用的機床零件，能抵抗住側面土壓的地下拱頂， 承受鐵道靜動荷載的軌枕，以及作為單面層和夾心板型式生產(chǎn)的建筑板材、樓板或磚等。此外，也可將該混凝土用在波特蘭水泥混凝土路面和橋梁上制作成厚度5mm～25mm 的覆面，防止?jié)B透的保護基體。該混凝土還可作為鋪面材料用于修補剝落損壞的波特蘭水泥混凝土路面。由于這種摻粉煤灰的混凝土具有良好的力學性能及耐久性，故用在結構物上用量較少，能減輕自重，并可減少維護和修善工作量。再者，這種混凝土固化很快，夜間施工，第二天即可恢復使用?，F(xiàn)場的施工質量和連續(xù)監(jiān)控將決定著這些材料的長期使用性能，因而是應當認真對待的。

參考文獻

[ 1 ] 　K. S. Rebeiz ， M. ASCE 等. Properties of Polymer Concrete Using Fly Ash [J ] ，《Journal of Materials in Civil Engineering》，2004 年，1～2 月號