低品質粉煤灰在混凝土中的應用研究

劉圍，丁華柱，都增延，黃賢德

（1重慶市東毅新型建材有限公司，重慶 401334；2重慶筑能建材有限公司，重慶 400713；3重慶建工新型建材有限公司，重慶 400012；4重慶賽華混凝土有限公司，重慶 401135）

0 引言

隨著我國建筑行業飛速發展，對礦物摻合料的利用已經向環保、經濟的趨勢發展，粉煤灰作為一種優質礦物摻合料的綜合利用不僅可以保護環境，還可以產生良好的社會經濟效益[1]。粉煤灰是一種高分散度的人工火山灰質材料，主要化學成分是二氧化硅、三氧化鋁和三氧化二鐵，另外還含有未燃盡的碳粒、氧化鈣和少量的氧化鎂、三氧化硫等等[2-3]，其顆粒呈多孔性蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高吸附活性[4]。我國粉煤灰的密度和國外學者研究的粉煤灰密度略有差異，我國粉煤灰的密度大致在1.77～2.43g/cm3左右，而國外粉煤灰密度普遍比中國粉煤灰密度高[5]。

粉煤灰根據細度、需水量比和燒失量分為三個等級，即Ⅰ級粉煤灰、Ⅱ級粉煤灰和Ⅲ級粉煤灰。粉煤灰作為礦物摻合料如今已廣泛應用于土木建筑的混凝土結構中。粉煤灰用在土木建筑中能改善混凝土和易性，降低水化熱，提高混凝土抗滲性、抗硫酸鹽侵蝕等性能。雖然我國對中高等品質粉煤灰的利用率已經很高，但低品質粉煤灰的利用率仍然很低，造成環境污染。所以提高低品質粉煤灰的利用率，對保護環境、節約資源有重要意義。該試驗通過使用燒失量大的低品質粉煤灰研究其性能和對混凝土的影響，為低品質粉煤灰更好地應用于混凝土提供試驗依據。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

試驗選用重慶拉法基水泥有限公司生產的拉法基普通42.5R水泥，其化學成分見表1。

表1 水泥的化學成分

1.1.2 粉煤灰

試驗使用的粉煤灰是中石化四川維尼綸廠提供的粉煤灰，分別粉磨2min、10min、18min、30min后得到四種不同比表面積（350m2/kg、400m2/kg、450m2/kg、500m2/kg）的粉煤灰。 粉煤灰的化學成分見表2。

表2 粉煤灰的主要化學成分

1.1.3 石灰石粉

試驗采用比表面積為512m2/kg的石灰石粉，密度為2.71g/cm3。

1.1.4 細集料

試驗采用機制砂，細度模數2.8，篩分析結果如表3所示。

1.1.5 粗集料

試驗采用試驗室自備粗骨料，其性能指標見表4。

1.1.6 外加劑

試驗使用的外加劑是科之杰新材料集團有限公司生產的聚羧酸系高效減水劑，減水率為20%。

1.2 試驗方法

在研究低品質粉煤灰的活性指數時，按照粉煤灰活性指數的測試方法配制基準膠砂和受檢膠砂，其中基準膠砂為水泥∶砂∶水=450∶1350∶225，受檢膠砂為水泥∶粉煤灰∶砂∶水=315∶135∶1350∶225。在標準養護條件下養護28d，測試其抗壓強度。

表3 機制砂的篩分析

表4 粗骨料的主要性能參數

在研究低品質粉煤灰對膠砂流動度的影響時，用20%、30%、40%和50%的低品質粉煤灰分別等質量替代部分水泥，研究其各摻量下表面積對砂漿流動度的影響，基準膠砂為水泥∶砂∶水=450∶1350∶225。

表5 C30混凝土配合比

圖1 不同細度粉煤灰活性指數比較

圖2 不同細度粉煤灰的膠砂流動度

在研究低品質粉煤灰的膠砂強度時，試件的配合比和研究其膠砂流動度的試件配合比相同；在研究低品質粉煤灰不同摻量對膠砂強度的影響時，使用比表面積為350m2/kg的低品質粉煤灰；在研究低品質粉煤灰細度對膠砂強度的影響時，用低品質粉煤灰代替30%的水泥。將試件成型為40mm×40mm×160mm的棱形試體，標準養護條件下養護1d后拆模，分別測試其3d和28d的抗折強度和抗壓強度。在研究低品質粉煤灰對混凝土性能的影響時，試驗用低品質粉煤灰配制C30混凝土，配合比如表5所示，其中F1代表粉煤灰比表面積為500m2/kg，F2代表粉煤灰比表面積為400m2/kg，F3代表粉煤灰比表面積為450m2/kg。

2 結果分析

2.1 低品質粉煤灰的活性指數

試體在標準養護條件下養護28d測得其抗壓強度并計算低品質粉煤灰的活性指數如圖1。

由圖1可以看出，粉煤灰的活性隨著粉煤灰細度的增加而增大，這是因為磨細后的粉煤灰能有效提高粉煤灰的火山灰活性，而且粉煤灰細度越大，其活性指數也越高，有研究表明粉煤灰的細度與粉煤灰活性呈指數關系，但是對于不同品質的粉煤灰情況不同，該試驗使用的粉煤灰為低品質粉煤灰，因此粉煤灰的活性也受其品質的影響，雖然粉煤灰的活性指數隨著其比表面積的增大而增加，但增加趨勢逐漸趨于平緩。

2.2 低品質粉煤灰對膠砂流動度的影響

圖2為低品質粉煤灰不同細度對膠砂流動度的影響。由圖2可以看出粉煤灰不同摻量時，各組膠砂的流動度都隨著粉煤灰細度的增大而先增加后減小，這主要是因為粉煤灰顆粒細小且多為球狀顆粒的玻璃體，其表面光滑致密，可充分發揮其物理填充作用，置換出更多水泥顆粒間的水，但當粉煤灰的比表面積較大時，需要更多的水來潤濕其表面，此時物理填充作用不再是主導因素，比表面積的增加導致需水量的增加，因而膠砂流動度隨粉煤灰比表面積進一步增加而開始降低。且低品質粉煤灰摻量為20%和30%時，膠砂流動度在粉煤灰細度為400m2/kg時達到最大值，而低品質粉煤灰摻量為40%和50%時，膠砂流動度在粉煤灰細度為450m2/kg時達到最大值。

2.3 低品質粉煤灰對膠砂強度的影響

2.3.1 不同低品質粉煤灰的摻量對膠砂強度的影響

按照配合比成型試體后，在養護3d和28d后分別測試試體的抗折強度和抗壓強度，測試結果見表6所示。

表6 不同低品質粉煤灰摻量對膠砂強度的影響

從表6可以看出，對于低品質粉煤灰而言，其摻量越大，試體的抗折、抗壓強度都降低，且早期、后期強度都低于不摻粉煤灰組；對于高品質粉煤灰而言，其早期強度可能略有下降，但后期強度會比基準強度高。試驗中使用的粉煤灰為低品質的粉煤灰，其品質較低且燒失量過大，導致隨著摻量增加，早期強度和后期強度都會下降。

2.3.2 不同低品質粉煤灰細度對水泥膠砂強度的影響

分別用不同細度的粉煤灰等量替代30%的水泥，按試驗配合比成型試體，分別測試其3d和28d的抗折和抗壓強度，結果如表7所示。

從表7可看出摻30%粉煤灰后，隨著粉煤灰細度增大，膠砂試體的抗折強度和抗壓強度都有小幅度的增大，說明隨著粉煤灰細度的增大其活性也在增加，但抗折和抗壓強度都低于空白組，主要原因仍為使用的粉煤灰為低品質粉煤灰，燒失量大，影響了膠砂試體的強度。

2.4 低品質粉煤灰對混凝土強度的影響

根據表5的配合比拌制混凝土，其測試結果見表8。

從結果來看，低品質粉煤灰摻入到混凝土中能夠達到混凝土各項性能的要求，其中效果最好的兩組為S453和S454，強度分別達到了48.4MPa和48.9MPa。

表7 不同低品質粉煤灰細度對膠砂強度的影響

表8 C30混凝土測試結果

3 結論

（1）低品質粉煤灰的活性指數隨著其細度的增加而增加，但增加趨勢逐漸放緩。低品質粉煤灰的膠砂流動度隨著細度的增加呈現先增大后減少的趨勢。膠砂流動度在粉煤灰比表面積為450m2/kg達到最大值。

（2）低品質粉煤灰對膠砂強度會產生不利影響。

（3）低品質粉煤灰能夠滿足混凝土的各項性能，所以能夠應用在實際工程中。

[1]崔廣景，孫麗敏，崔曉勇.淺談粉煤灰的性質及綜合利用[J].甘肅農業，2009（6）:104-105.

[2]崔安軍.低摻量粉煤灰對路面混凝土性能的影響[J].水泥工程，2009（4）:72-73.

[3]王建華，肖佳，陳雷，等.粉煤灰對水泥水化與強度的影響[J].粉煤灰綜合利用，2009（5）:34-36.

[4]陳曉波.粉煤灰膠凝材料體系混凝土的應用研究[J].浙江建筑，2009（8）:66-69.

[5]錢覺時，王智，張玉奇.粉煤灰的礦物組成（下）[J].粉煤灰綜合利用，2001（4）:24-28.