粉煤灰摻量對混凝土性能影響的試驗研究

張新琛+黃發軍+劉瑩瑩++黃璐藝++戴相如

摘要：對粉煤灰摻量對混凝土性能的影響進行了試驗研究。結果表明：粉煤灰能增大新拌混凝土的流動性，改善其和易性，能增加混凝土的凝結時間；粉煤灰改善混凝土后期強度的效果更明顯，對早期強度有不利影響；粉煤灰能降低混凝土的電通量，提高混凝土的耐久性。

關鍵詞：粉煤灰；混凝土；坍落度；凝結時間；抗壓強度；電通量

中圖分類號：TU58 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0159-02

粉煤灰是煤燃燒后排放的一種廢渣，嚴重污染環境，加強粉煤灰的綜合利用具有很好的社會、經濟效益。粉煤灰在建筑材料特別是混凝土中的應用是其綜合利用的一個有效途徑，具有廣闊的前景。為更合理利用粉煤灰、保證混凝土質量，我們針對粉煤灰的摻量對混凝土的坍落度、凝結時間、強度、電通量等性能的影響進行了試驗研究，以期找到粉煤灰的摻量對混凝土性能的影響規律，為粉煤灰在混凝土中的推廣應用提供借鑒。

一、試驗原材料、配合比及試驗方案

1.試驗原材料。水泥：浙江芽芽牌P.O 42.5（袋裝）；砂子：河砂，中砂，細度模數為2.6，Ⅱ區級配合格，含泥量為0.2%；石子：石灰巖碎石，5～40mm連續級配；粉煤灰：嘉興電廠Ⅱ級粉煤灰。

2.試驗配合比。試驗用混凝土配合比見表1。

3.試驗方案。按相應國家規范測試PC0、PC1、PC2、PC3共4種混凝土拌合物的坍落度、凝結時間、電通量、立方體抗壓強度，其中：（1）坍落度、凝結時間測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》中的方法測定；（2）電通量測試按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的方法測定56d齡期混凝土的電通量；（3）立方體抗壓強度測試按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中的方法測定7d、28d齡期混凝土的抗壓強度。

二、試驗結果及分析

1.實驗結果。圖1為粉煤灰摻量對混凝土坍落度的影響，圖1表明，粉煤灰可以增大混凝土拌合物的流動性，改善其和易性。圖2為粉煤灰摻量對混凝土凝結時間（終凝時間）的影響，由圖2可知，粉煤灰摻量越大，混凝土凝結時間越長。

圖3為粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響，由圖3可知，隨著摻量的增大，混凝土7d抗壓強度逐步降低，28d抗壓強度則先升高后降低，說明粉煤灰有一個最佳摻量。通過7d和28d抗壓強度的對比，說明粉煤灰對混凝土后期強度的影響更明顯。圖4為粉煤灰摻量對混凝土電通量的影響，由圖4可知，粉煤灰摻量越大，電通量越小，說明粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高其耐久性。

2.實驗結果分析。在混凝土中摻入粉煤灰，粉煤灰發揮其微骨料效應、形態效應、活性效應和界面效應[1]等，對混凝土性能產生影響。其中，微骨料效應是指粉煤灰中微細顆粒均勻分布在水泥漿體內，填充孔隙和毛細孔，從而改善混凝土的孔結構和增大密實度，優化混凝土性能[2]；形態效應是指粉煤灰中的實心微珠球形顆粒表面光滑、需水量小，一方面可以在混凝土中起滾珠、潤滑作用，另一方面可以有效分散水泥顆粒，防止水泥顆粒水化過程中聚集成團；活性效應是指粉煤灰中的活性成分SiO2和Al2O3與水泥水化產物Ca（OH）2發生二次水化反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，成為膠凝材料的一部分[1]；界面效應是指粉煤灰微細顆粒粘附于骨料表面，可防止水分在骨料下表面聚集，減少泌水，從而改善骨料與水泥石界面過渡區的結構，提高界面過渡區的密實度。

粉煤灰對混凝土某一性能的影響往往是多種效應綜合作用的結果。其中，粉煤灰能增大混凝土拌合物的流動性，改善其和易性，主要在于粉煤灰形態效應的發揮，使得混凝土各組成部分界面摩擦減小、混凝土中水泥漿體增多；摻適量粉煤灰能增大混凝土后期強度主要在于微骨料效應、活性效應和界面效應的發揮，使得混凝土結構更致密，界面強度更高，二次水化反應提高了混凝土后期強度。同時，由于水泥用量減少，水化產生的膠凝材料減少，加上二次水化反應需要時間，導致混凝土早期強度降低，并且摻量越大，降低越明顯；粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高混凝土耐久性，主要在于粉煤灰微骨料效應和界面效應的發揮，粉煤灰中微細顆粒的填充作用，水泥石與骨料界面的泌水通道減少，使得混凝土的孔結構改善、密實度增大、界面微裂縫減少；混凝土凝結時間主要取決于水泥漿體中水泥顆粒的濃度及水泥顆粒與水接觸的充分程度，濃度越大、與水越充分接觸，水化反應的速度越快，凝結時間就越短。摻粉煤灰后，水泥漿體中水泥顆粒的濃度降低，水化速度變慢，凝結時間變長，并且摻量越大、濃度越低，凝結時間越長。

三、結論

1.粉煤灰可以改善混凝土拌合物的和易性、延緩凝結時間，可以廣泛應用于長距離運輸的混凝土中。

2.摻粉煤灰的混凝土早期強度有所降低，后期強度有所提高，但存在一個最佳摻量，工程應用中，粉煤灰摻量不宜過大，否則影響混凝土強度。

3.粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高混凝土耐久性，可以應用于有耐久性設計要求的混凝土中。

總之，在混凝土中合理、適量地使用粉煤灰，可以節約水泥、適當降低工程造價，具有工業廢物循環利用和保護環境的雙重功效，社會、經濟效益明顯。

參考文獻：

[1]湖南大學，等.土木工程材料[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]何智海.淺談粉煤灰效應和粉煤灰的激發[J].粉煤灰綜合利用，2007，（5）.

基金項目：嘉興學院2012年SRT《粉煤灰摻量對混凝土性能的影響》項目。

作者簡介：張新琛（1992-），女，新疆烏蘇人，嘉興學院本科生在讀，研究方向：土木工程。

endprint

摘要：對粉煤灰摻量對混凝土性能的影響進行了試驗研究。結果表明：粉煤灰能增大新拌混凝土的流動性，改善其和易性，能增加混凝土的凝結時間；粉煤灰改善混凝土后期強度的效果更明顯，對早期強度有不利影響；粉煤灰能降低混凝土的電通量，提高混凝土的耐久性。

關鍵詞：粉煤灰；混凝土；坍落度；凝結時間；抗壓強度；電通量

中圖分類號：TU58 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0159-02

粉煤灰是煤燃燒后排放的一種廢渣，嚴重污染環境，加強粉煤灰的綜合利用具有很好的社會、經濟效益。粉煤灰在建筑材料特別是混凝土中的應用是其綜合利用的一個有效途徑，具有廣闊的前景。為更合理利用粉煤灰、保證混凝土質量，我們針對粉煤灰的摻量對混凝土的坍落度、凝結時間、強度、電通量等性能的影響進行了試驗研究，以期找到粉煤灰的摻量對混凝土性能的影響規律，為粉煤灰在混凝土中的推廣應用提供借鑒。

一、試驗原材料、配合比及試驗方案

1.試驗原材料。水泥：浙江芽芽牌P.O 42.5（袋裝）；砂子：河砂，中砂，細度模數為2.6，Ⅱ區級配合格，含泥量為0.2%；石子：石灰巖碎石，5～40mm連續級配；粉煤灰：嘉興電廠Ⅱ級粉煤灰。

2.試驗配合比。試驗用混凝土配合比見表1。

3.試驗方案。按相應國家規范測試PC0、PC1、PC2、PC3共4種混凝土拌合物的坍落度、凝結時間、電通量、立方體抗壓強度，其中：（1）坍落度、凝結時間測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》中的方法測定；（2）電通量測試按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的方法測定56d齡期混凝土的電通量；（3）立方體抗壓強度測試按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中的方法測定7d、28d齡期混凝土的抗壓強度。

二、試驗結果及分析

1.實驗結果。圖1為粉煤灰摻量對混凝土坍落度的影響，圖1表明，粉煤灰可以增大混凝土拌合物的流動性，改善其和易性。圖2為粉煤灰摻量對混凝土凝結時間（終凝時間）的影響，由圖2可知，粉煤灰摻量越大，混凝土凝結時間越長。

圖3為粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響，由圖3可知，隨著摻量的增大，混凝土7d抗壓強度逐步降低，28d抗壓強度則先升高后降低，說明粉煤灰有一個最佳摻量。通過7d和28d抗壓強度的對比，說明粉煤灰對混凝土后期強度的影響更明顯。圖4為粉煤灰摻量對混凝土電通量的影響，由圖4可知，粉煤灰摻量越大，電通量越小，說明粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高其耐久性。

2.實驗結果分析。在混凝土中摻入粉煤灰，粉煤灰發揮其微骨料效應、形態效應、活性效應和界面效應[1]等，對混凝土性能產生影響。其中，微骨料效應是指粉煤灰中微細顆粒均勻分布在水泥漿體內，填充孔隙和毛細孔，從而改善混凝土的孔結構和增大密實度，優化混凝土性能[2]；形態效應是指粉煤灰中的實心微珠球形顆粒表面光滑、需水量小，一方面可以在混凝土中起滾珠、潤滑作用，另一方面可以有效分散水泥顆粒，防止水泥顆粒水化過程中聚集成團；活性效應是指粉煤灰中的活性成分SiO2和Al2O3與水泥水化產物Ca（OH）2發生二次水化反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，成為膠凝材料的一部分[1]；界面效應是指粉煤灰微細顆粒粘附于骨料表面，可防止水分在骨料下表面聚集，減少泌水，從而改善骨料與水泥石界面過渡區的結構，提高界面過渡區的密實度。

粉煤灰對混凝土某一性能的影響往往是多種效應綜合作用的結果。其中，粉煤灰能增大混凝土拌合物的流動性，改善其和易性，主要在于粉煤灰形態效應的發揮，使得混凝土各組成部分界面摩擦減小、混凝土中水泥漿體增多；摻適量粉煤灰能增大混凝土后期強度主要在于微骨料效應、活性效應和界面效應的發揮，使得混凝土結構更致密，界面強度更高，二次水化反應提高了混凝土后期強度。同時，由于水泥用量減少，水化產生的膠凝材料減少，加上二次水化反應需要時間，導致混凝土早期強度降低，并且摻量越大，降低越明顯；粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高混凝土耐久性，主要在于粉煤灰微骨料效應和界面效應的發揮，粉煤灰中微細顆粒的填充作用，水泥石與骨料界面的泌水通道減少，使得混凝土的孔結構改善、密實度增大、界面微裂縫減少；混凝土凝結時間主要取決于水泥漿體中水泥顆粒的濃度及水泥顆粒與水接觸的充分程度，濃度越大、與水越充分接觸，水化反應的速度越快，凝結時間就越短。摻粉煤灰后，水泥漿體中水泥顆粒的濃度降低，水化速度變慢，凝結時間變長，并且摻量越大、濃度越低，凝結時間越長。

三、結論

1.粉煤灰可以改善混凝土拌合物的和易性、延緩凝結時間，可以廣泛應用于長距離運輸的混凝土中。

2.摻粉煤灰的混凝土早期強度有所降低，后期強度有所提高，但存在一個最佳摻量，工程應用中，粉煤灰摻量不宜過大，否則影響混凝土強度。

3.粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高混凝土耐久性，可以應用于有耐久性設計要求的混凝土中。

總之，在混凝土中合理、適量地使用粉煤灰，可以節約水泥、適當降低工程造價，具有工業廢物循環利用和保護環境的雙重功效，社會、經濟效益明顯。

參考文獻：

[1]湖南大學，等.土木工程材料[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]何智海.淺談粉煤灰效應和粉煤灰的激發[J].粉煤灰綜合利用，2007，（5）.

基金項目：嘉興學院2012年SRT《粉煤灰摻量對混凝土性能的影響》項目。

作者簡介：張新琛（1992-），女，新疆烏蘇人，嘉興學院本科生在讀，研究方向：土木工程。

endprint

摘要：對粉煤灰摻量對混凝土性能的影響進行了試驗研究。結果表明：粉煤灰能增大新拌混凝土的流動性，改善其和易性，能增加混凝土的凝結時間；粉煤灰改善混凝土后期強度的效果更明顯，對早期強度有不利影響；粉煤灰能降低混凝土的電通量，提高混凝土的耐久性。

關鍵詞：粉煤灰；混凝土；坍落度；凝結時間；抗壓強度；電通量

中圖分類號：TU58 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0159-02

粉煤灰是煤燃燒后排放的一種廢渣，嚴重污染環境，加強粉煤灰的綜合利用具有很好的社會、經濟效益。粉煤灰在建筑材料特別是混凝土中的應用是其綜合利用的一個有效途徑，具有廣闊的前景。為更合理利用粉煤灰、保證混凝土質量，我們針對粉煤灰的摻量對混凝土的坍落度、凝結時間、強度、電通量等性能的影響進行了試驗研究，以期找到粉煤灰的摻量對混凝土性能的影響規律，為粉煤灰在混凝土中的推廣應用提供借鑒。

一、試驗原材料、配合比及試驗方案

1.試驗原材料。水泥：浙江芽芽牌P.O 42.5（袋裝）；砂子：河砂，中砂，細度模數為2.6，Ⅱ區級配合格，含泥量為0.2%；石子：石灰巖碎石，5～40mm連續級配；粉煤灰：嘉興電廠Ⅱ級粉煤灰。

2.試驗配合比。試驗用混凝土配合比見表1。

3.試驗方案。按相應國家規范測試PC0、PC1、PC2、PC3共4種混凝土拌合物的坍落度、凝結時間、電通量、立方體抗壓強度，其中：（1）坍落度、凝結時間測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》中的方法測定；（2）電通量測試按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的方法測定56d齡期混凝土的電通量；（3）立方體抗壓強度測試按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中的方法測定7d、28d齡期混凝土的抗壓強度。

二、試驗結果及分析

1.實驗結果。圖1為粉煤灰摻量對混凝土坍落度的影響，圖1表明，粉煤灰可以增大混凝土拌合物的流動性，改善其和易性。圖2為粉煤灰摻量對混凝土凝結時間（終凝時間）的影響，由圖2可知，粉煤灰摻量越大，混凝土凝結時間越長。

圖3為粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響，由圖3可知，隨著摻量的增大，混凝土7d抗壓強度逐步降低，28d抗壓強度則先升高后降低，說明粉煤灰有一個最佳摻量。通過7d和28d抗壓強度的對比，說明粉煤灰對混凝土后期強度的影響更明顯。圖4為粉煤灰摻量對混凝土電通量的影響，由圖4可知，粉煤灰摻量越大，電通量越小，說明粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高其耐久性。

2.實驗結果分析。在混凝土中摻入粉煤灰，粉煤灰發揮其微骨料效應、形態效應、活性效應和界面效應[1]等，對混凝土性能產生影響。其中，微骨料效應是指粉煤灰中微細顆粒均勻分布在水泥漿體內，填充孔隙和毛細孔，從而改善混凝土的孔結構和增大密實度，優化混凝土性能[2]；形態效應是指粉煤灰中的實心微珠球形顆粒表面光滑、需水量小，一方面可以在混凝土中起滾珠、潤滑作用，另一方面可以有效分散水泥顆粒，防止水泥顆粒水化過程中聚集成團；活性效應是指粉煤灰中的活性成分SiO2和Al2O3與水泥水化產物Ca（OH）2發生二次水化反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，成為膠凝材料的一部分[1]；界面效應是指粉煤灰微細顆粒粘附于骨料表面，可防止水分在骨料下表面聚集，減少泌水，從而改善骨料與水泥石界面過渡區的結構，提高界面過渡區的密實度。

粉煤灰對混凝土某一性能的影響往往是多種效應綜合作用的結果。其中，粉煤灰能增大混凝土拌合物的流動性，改善其和易性，主要在于粉煤灰形態效應的發揮，使得混凝土各組成部分界面摩擦減小、混凝土中水泥漿體增多；摻適量粉煤灰能增大混凝土后期強度主要在于微骨料效應、活性效應和界面效應的發揮，使得混凝土結構更致密，界面強度更高，二次水化反應提高了混凝土后期強度。同時，由于水泥用量減少，水化產生的膠凝材料減少，加上二次水化反應需要時間，導致混凝土早期強度降低，并且摻量越大，降低越明顯；粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高混凝土耐久性，主要在于粉煤灰微骨料效應和界面效應的發揮，粉煤灰中微細顆粒的填充作用，水泥石與骨料界面的泌水通道減少，使得混凝土的孔結構改善、密實度增大、界面微裂縫減少；混凝土凝結時間主要取決于水泥漿體中水泥顆粒的濃度及水泥顆粒與水接觸的充分程度，濃度越大、與水越充分接觸，水化反應的速度越快，凝結時間就越短。摻粉煤灰后，水泥漿體中水泥顆粒的濃度降低，水化速度變慢，凝結時間變長，并且摻量越大、濃度越低，凝結時間越長。

三、結論

1.粉煤灰可以改善混凝土拌合物的和易性、延緩凝結時間，可以廣泛應用于長距離運輸的混凝土中。

2.摻粉煤灰的混凝土早期強度有所降低，后期強度有所提高，但存在一個最佳摻量，工程應用中，粉煤灰摻量不宜過大，否則影響混凝土強度。

3.粉煤灰可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，提高混凝土耐久性，可以應用于有耐久性設計要求的混凝土中。

總之，在混凝土中合理、適量地使用粉煤灰，可以節約水泥、適當降低工程造價，具有工業廢物循環利用和保護環境的雙重功效，社會、經濟效益明顯。

參考文獻：

[1]湖南大學，等.土木工程材料[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]何智海.淺談粉煤灰效應和粉煤灰的激發[J].粉煤灰綜合利用，2007，（5）.

基金項目：嘉興學院2012年SRT《粉煤灰摻量對混凝土性能的影響》項目。

作者簡介：張新琛（1992-），女，新疆烏蘇人，嘉興學院本科生在讀，研究方向：土木工程。

endprint