混凝土因具有许多优点而被广泛应用,天然河砂作为混凝土重要的原材料,资源消耗严重,而粉煤灰是燃煤发电过程中产生的具有火山灰性质的飞灰,大量的粉煤灰堆积造成严重的生态污染。随着天然河砂资源日益枯竭,宁夏地区粉煤灰生产率逐年增加,将利用率较低的Ⅲ级粉煤灰替代混凝土中的河砂,具有显著的经济和环境效益。本课题针对宁夏地区农村公路,采用粉煤灰掺合料技术,尝试对普通混凝土、粉煤灰替代部分细骨料混凝土、等量粉煤灰替代水泥混凝土的抗冻性能进行探索性研究,探究Ⅲ级粉煤灰不同取代方式对农村公路混凝土抗冻性的影响。本文首先提出了配制掺粉煤灰路面混凝土的原材料技术要求,接着提出了路面混凝土配合比设计方案以及试件的制作和养护,研究了普通混凝土、粉煤灰混凝土、粉煤灰细骨料混凝土的抗压和抗冻性能,通过检测试验后混凝土质量、动弹性模量及抗折强度,分析其与冻融循环次数关系,建立冻融损伤模型,借助扫描电镜试验,综合评价Ⅲ级粉煤灰不同取代方式下农村路面混凝土的抗冻性能。结果表明:物化指标良好的Ⅲ级粉煤灰等体积替代25%的细骨料能够显著提高混凝土的力学性能和抗冻性能,与等掺量粉煤灰替代水泥的混凝土相比有提高早期强度的明显优势。本文在试验研究、理论分析的基础上,主要取得了以下研究成果:(1)针对应用于农村公路的混凝土,提出了符合掺粉煤灰路面混凝土的粗骨料、细骨料、水泥等原材料要求和技术指标。(2)通过对混凝土抗压强度的测定,得出Ⅲ级粉煤灰不同取代方式下混凝土抗压强度差异,56d龄期时,粉煤灰细骨料混凝土抗压强度较普通混凝土、粉煤灰混凝土分别提高了 18.42%、43.05%。(3)采用快速冻融试验方法,研究了Ⅲ级粉煤灰不同取代方式对混凝土抗冻性的影响。冻融循环至200次时,粉煤灰细骨料混凝土相对动弹性模量较普通混凝土提高了 20.11%,此时粉煤灰混凝土相对动弹性模量已降至60%以下。(4)通过扫描电镜试验研究了混凝土微观形貌后发现,在掺入粉煤灰后,粉煤灰中含有的活性成分与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应生成C-S-H凝胶、水化铝酸钙(CaH)等胶凝物质填充孔隙,使结构更加致密,从机理方面分析了粉煤灰提高混凝土力学性能和抗冻性原因。(5)计算得到冻融循环后混凝土损伤值,建立了二阶数学损伤模型和指数损伤模型,通过代入试验数据进行拟合得出,二阶数学模型更能表现出混凝土在不同冻融循环次数下的宏观损伤规律,其R2取值范围为0.964～0.996,拟合结果较好。