粉煤灰品質對混凝土性能影響研究

烏魯木齊市西北方圓建筑工程材料檢測有限公司 新疆 830000

摘要：研究粉煤灰對不同強度等級結構混凝土性能，如坍落度、抗壓強度、耐久性能、流動性、抗?jié)B性等性能的影響.

關鍵詞：粉煤灰品質；混凝土；性能

前言

隨著建筑材料發(fā)展，粉煤灰已被廣泛用于民用建筑、水利工程、公路、橋梁工程中。并且在建材、建工、筑路、農業(yè)及工程填筑等領域的應用都取得了豐碩的成果和寶貴經驗。大量的研究表明，在混凝土中摻加粉煤灰后，不僅具有較好的經濟效益和社會效益，而且具有很好的技術效益。然而，我國電廠排放的粉煤灰品質極不穩(wěn)定，粉煤灰的數量越來越大，不僅嚴重污染環(huán)境，而且浪費大量資源，因此推廣粉煤灰的綜合利用技術成為廢棄資源再利用的重要課題。

一、原材料及其實驗

1、原材料

試驗采用某水泥廠生產的42.5中熱硅酸鹽水泥，經品質檢驗滿足國家相關標準指標要求。選用某電廠生產的I級粉煤灰，某電廠生產的Ⅱ級粉煤灰。選用江蘇博特JM一Ⅱ常溫型緩凝高效減水劑、北京冶建JG一3緩凝高效減水劑及江蘇博特JM一2000引氣劑。人工石灰?guī)r砂細度模數為2.63，石粉含量為13.8%，粗骨料由石灰?guī)r加工而成。

2、配合比設計

本研究選擇混凝土的抗壓強度和抗折強度作為配合比設計的主要依據。通過對不同摻量的兩種粉煤灰混凝土試件的力學性能指標和基準混凝土進行對比，來研究兩種品質的粉煤灰在不同強度等級混凝土中的最佳摻量。

3、試驗制備及養(yǎng)護方法

按配合比制成100mm×100mm×l00mm混凝土試件、100mm×100mm×300mm混凝土碳化試件、100mm×100mm×400mm棱柱體混凝土試件和直徑100mm×厚度50mm圓形試塊，靜置24h后拆模放人標準養(yǎng)護室內養(yǎng)護，一部分l00mm×100mm×100mm混凝土試件養(yǎng)護到規(guī)定齡期進行混凝土抗壓強度檢測，100mm×100mm×300mm混凝土試件標準養(yǎng)護室養(yǎng)護26d，60℃溫度下烘48h，留下相對兩個側面，其余表面用石臘密封.直徑100mm、厚度50mm圓形試塊標準養(yǎng)護室水池中養(yǎng)護，試驗前7d加工成標準試件養(yǎng)護到試驗齡期，另一部分100mm×100mm×l00mm與l00mm×100mm×400mm標準養(yǎng)護28d進行干濕循環(huán)試驗。

4、實驗

（1）混凝土力學性能測試。按照《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T50081—2002）進行。

（2）混凝土碳化試驗。按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》（GBJ82.85）進行。

（3）氯離子滲透試驗。按照《混凝土結構耐久性設計與施工指南》（CCES2004-01）進行。在試件兩端施加30V直流電壓，記錄并聯(lián)電壓、串聯(lián)電流、電解液初始和最終溫度。

從橡膠筒中移出試件在壓力試驗機上劈成兩半，劈開試件表面噴涂0.1mol/L AgNO3 溶液，測量顯色分界線離底面距離，測定數據取平均值即為顯色深度。

（4）干濕循環(huán)。淡水中浸泡試件12h，80℃下烘干12h，從80℃降溫到20℃±5℃為一個循環(huán)，研究試件在0、15、30、45、60次干濕循環(huán)下抗壓強度損失、相對動彈性模量、質量損失等參數的變化規(guī)律。

二、粉煤灰品質對混凝土性能影響

1、對耐久性能的影響

對于同一強度等級的混凝土，隨著粉煤灰摻量的增加混凝土的Cl一擴散系數亦是先減小后增大，在摻量為20%時最小，這是因為粉煤灰具有微集料效應和形態(tài)效應，粉煤灰的主要礦物組成是玻璃體，這些球形玻璃體表面光滑，粒度細，質地致密，比表面積小，對水的吸附力小，粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，阻止水泥顆粒之間的相互粘聚，而處于分散狀態(tài)，有利于混合物的水化反應。

同時，粉煤灰還具有火山灰效應，粉煤灰中的活性成分SiO2與水泥和石灰的水化產物在有水情況下發(fā)生反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，繼而與石膏反應生成水化硫鋁酸鈣，而這些反應幾乎都是在水泥孔隙中進行，使得硬化后混凝土的孔隙率大大降低，提高了混凝土密實度。從粉煤灰品質角度來講，摻加I級粉煤灰混凝土的Cl一擴散系數比摻加Ⅱ級粉煤灰的小，這是因為不同品質的粉煤灰中，火山灰活性、玻璃體含量不同，生成混凝土的密實度也不同。

2、對流動性的影響

粉煤灰微粒困含有大量的玻璃體，在混凝土拌合物中起“滾珠”作用，能顯著降低混凝土拌臺物的屈服剪切應力。正是由于這種“形態(tài)效應”，可以太大提高混凝土的連續(xù)性，提高混凝土的流動度。然而，原狀粉煤灰在形態(tài)和結構上含有太量的多孔玻璃體、牯連體且外層的玻璃體表層致密，阻礙了粉煤灰與水的作用。

因此，我們必須對粉煤灰進行改性，以便發(fā)揮其“形態(tài)效應”、“活性效應”和“微集料效應”，而最簡單的措施便是碾磨。

本實驗所用的磨細粉煤灰用球磨機碾磨了45min。（原狀灰的比表面積為5243㎝2 /g，磨細灰的比表面積為8842㎝2 /g）。磨細灰混凝土塌落度從148mm～245mm，擴散度從523mm～600mm，而原狀灰混凝土則一直為0，只有當水膠比達0.35時，原狀灰混凝土才表現出流動性，但效果較磨細灰差，其原因可能是：改性后粉煤灰的多孔結構和牯連體被破壞，微粒更細，表面光滑，能夠更有效地保持水泥分子聞的斥力、起到“解絮”作用，釋放出部分水，具有一定的減水效果，從而進一步提高混凝土拌臺物的流動性值得特別注意的是：改性后的粉煤灰，其細度得到提高，比表面積增大，微集料效應更充分，改善了混凝土孔結構，有效地阻塞了泌水通道，故能夠降低混凝土的離析和泌水。

3、對抗?jié)B性的影響

混凝土的抗?jié)B性是評價混凝土耐久性的一個重要指標。在同水膠比和相同坍落度條件下不同品質、不同摻灰量的混凝土抗?jié)B性測試結果：相同水膠比條件下，粉煤灰品質上的差異對混凝土抗?jié)B性也幾乎沒有影響，不同品質粉煤灰對混凝土抗?jié)B性影響規(guī)律基本一致。摻灰量低于40%時，其混凝土的抗?jié)B性能均高于相應的基準混凝土，摻灰量即使達到45%，其混凝土的抗?jié)B性能也僅略低于基準混凝土。一定摻灰量下，粉煤灰混凝土抗?jié)B性的提高得益于粉煤灰微細顆粒均勻分布于水泥顆粒之中，同時粉煤灰火山灰反應產物進一步填充于毛細孔中，改善了混凝土內部孔結構，使混凝土內部孔徑細化，孔道曲折度增加；相同坍落度下，Ⅱ級灰摻量僅在低于25%時其混凝土的抗?jié)B性能高于相應的基準混凝土，摻灰量進一步增大時，由于用水量進一步增大，混凝土的抗?jié)B性能逐漸降低并明顯低于相應的基準混凝土和I級粉煤灰混凝土。

4、坍落度性能的影響

保持膠凝材料用量、水膠比和減水劑摻量不變情況下，摻加低鈣、高鈣粉煤灰的混凝土具有比空白混凝土更大的初始流動度，其初始流動度分別達到200mm和195mm，且摻加低鈣和高鈣粉煤灰混凝土出機時和易性好，無離析、泌水現象出現，同時摻加低、高鈣粉煤灰的混凝土坍落度保持性都很好，1 h以后摻加低鈣、高鈣粉煤灰混凝土流動度為186mm與167mm，低鈣、高鈣粉煤灰對混凝土工作性能影響不大.摻加低鈣、高鈣兩種粉煤灰混凝土以及空白混凝土抗壓強度發(fā)展情況。隨著養(yǎng)護齡期增加，摻加不同品質粉煤灰混凝土與空白混凝土抗壓強度逐漸增加，相同養(yǎng)護齡期里高鈣粉煤灰混凝土具有比低鈣粉煤灰混凝土更高的抗壓強度。

三、結論

不同品質粉煤灰由于其在水泥基材料中形態(tài)效應的顯著差異對水泥基材料的和易性產生正面或負面影響，在普通混凝土中可通過減水劑得到調節(jié)。摻加低鈣、高鈣粉煤灰對混凝土坍落度影響不大，隨著養(yǎng)護齡期的增加摻加高鈣、低鈣粉煤灰的混凝土抗壓強度逐漸增加，相同養(yǎng)護齡期里高鈣粉煤灰混凝土抗壓強度大于低鈣粉煤灰混凝土；摻低鈣、高鈣粉煤灰混凝土在初始循環(huán)階段混凝土質量減少，15次干濕循環(huán)后混凝土試件質量有所增加。在大摻量糟煤灰混凝土中粉煤灰的品質（主要是糟煤灰的細度）對混凝土的流動性和強度有著較為顯著的影響。在試驗及施工中要盡可能采用磨細糟煤灰。

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