粉煤灰石灰粉對再生細骨料混凝土抗壓強度的影響

賈廣測++吳相豪++朱濤

摘 要：將石灰粉加入再生粉煤灰混凝土中，可激發粉煤灰的活性，促進粉煤灰的“二次水化”。該課題擬通過試驗探索單摻粉煤灰、雙摻粉煤灰和石灰粉對再生細骨料混凝土抗壓強度的影響規律，為再生細骨料混凝土的推廣應用提供理論依據。研究過程中，試驗分兩種工況：第一種工況為單摻粉煤灰；第二種工況為雙摻粉煤灰和石灰粉。實驗表明：單摻粉煤灰時，隨著粉煤灰摻量增加，抗壓強度是先增大后減小，且摻量為20%時，抗壓強度最大。雙摻粉煤灰和石灰粉時，早期抗壓強度增大較快，抗壓強度隨石灰粉摻量的增加是先增加后減小，石灰粉摻量為4%時，再生細骨料混凝土的抗壓強度最大。

關鍵詞：再生細骨料 粉煤灰 石灰粉 抗壓強度

中圖分類號：TU52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0074-03

在我國每年拆除的建筑垃圾多達1.6億噸之多，除此之外還有新建房屋產生4億噸的建筑垃圾中的廢棄混凝土，這些廢棄的建筑垃圾對我們賴以生存的環境造成了很大的污染，因此將廢棄混凝土作為再生骨料生產再生混凝土意義重大[1]。與此同時，粉煤灰對環境也造成了嚴重的污染以及其每年巨大的排放量而無處儲藏，因此對粉煤灰的開發利用便顯得尤為重要，石灰石粉作為混凝土礦物摻合料可以改善混凝土的性能，具有良好前景[2]。姜愛鋒研究了石灰—粉煤灰穩定試驗，認為石灰—粉煤灰碎石具有較好的耐久性能，采用連續級配集料制成的石灰—粉煤灰碎石具有較優的力學和耐久性能。

總之國內外已經對在混凝土當中摻入礦物摻合料進行了大量的試驗研究，但是對于在再生細骨料混凝土中添加石灰粉以及粉煤灰、石灰粉雙摻對再生細骨料混凝土的力學性能的研究還處于一個相對空白的階段[3]。因此該課題著力在此方向上進行試驗研究。試驗設計了兩種工況：工況一，單摻粉煤灰對再生細骨料混凝土的抗壓強度試驗；工況二，雙摻粉煤灰、石灰粉對再生細骨料混凝土的抗壓強度試驗，以期獲得在兩種摻量的情況下對再生細骨料混凝土的力學性能的影響規律并分析產生此種變化規律的原因，以及粉煤灰和石灰一粉煤灰的最佳摻量和摻配比，進而達到提高再生細骨料混凝土的力學耐久性的目的。

1 研究內容

用粉煤灰等量取代水泥，測定不同取代率（0%、20%、40%、60%）下粉煤灰再生細骨料混凝土的抗壓強度，研究粉煤灰等量取代部分水泥對粉煤灰再生細骨料混凝土性能的影響機理和影響規律。

該文通過試驗研究雙摻粉煤灰和石灰粉對再生細骨料混凝土抗壓強度影響規律及其最佳摻配比例。具體研究內容為：⑴用粉煤灰等量取代水泥，測定不同取代率下粉煤灰再生細骨料混凝土的抗壓強度，研究粉煤灰等量取代部分水泥對粉煤灰再生細骨料混凝土性能的影響機理和影響規律。⑵用石灰粉等量取代部分粉煤灰（粉煤灰與水泥的質量比2：8作為基準配比），測定石灰粉不同取代率下粉煤灰再生細骨料混凝土抗壓強度，研究石灰粉等量取代部分粉煤灰對粉煤灰再生細骨料混凝土性能的影響機理和影響規律。

2 技術路線

以再生細骨料混凝土為研究對象，其基準配合比為：膠凝材料：水=1：0.54。制作尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體試件，利用微控萬能試驗機測定不同工況、不同取代率、不同養護齡期下再生細骨料混凝土的立方體抗壓強度。

3 試驗方法

將制備好的混凝土試件，放置在水池當中進行養護，在養護到規定時間后將其取出且用抹布將其拭干后選取試件的測量面，在調整好兩個油閥之后，將混凝土試件放置在萬能試驗機的底座中心處，啟動試驗機，在上壓板不斷與試件靠近時，不斷地調整球座，使接觸面均衡，直至混凝土試件破壞，并記錄峰值。

抗壓強度的計算公式為：

式中：fcu—混泥土立方體抗壓強度（MPa）；

F—試件破壞荷載（N）；

A—試件承壓面積（mm2）。

4 粉煤灰對再生細骨料混凝土抗壓強度的影響

4.1 抗壓強度試驗結果

依照試驗預定方案，粉煤灰等量取代水泥用量分別為0%、20%、40%和60%、養護3d、7d和28d齡期的再生細骨料混凝土抗壓強度試驗值見表1。

從圖1可以看出，粉煤灰摻量對再生細骨料混凝土的抗壓強度有一定的影響。隨著粉煤灰取代水泥量的增加，再生細骨料混凝土3d的抗壓強度下降迅速。粉煤灰摻量為20%、40%和60%時，再生細骨料混凝土的抗壓強度為21.1MPa、13.6MPa和8MPa，分別比未摻粉煤灰的再生細骨料混凝土減小了7.86%、40.61%和65.06%；可見，摻粉煤灰會明顯降低再生細骨料混凝土的早期強度。根據7d強度曲線可以看出，粉煤灰對其抗壓數據降低的影響在降低，粉煤灰摻量為20%、40%和60%的再生細骨料混凝土的抗壓強度分別比未摻粉煤灰的再生細骨料混凝土減少了4.43%、30.63%和49.08%，與3d強度相比下降趨勢明顯好轉。而隨著粉煤灰摻量的增加，再生細骨料混凝土28d的抗壓強度出現先增加后減小的情況。粉煤灰摻量為20%時，再生細骨料混凝土的抗壓強度最大，比粉煤灰摻量為0時增加了7.78%，為37.4MPa，粉煤灰摻量為40%和60%的再生細骨料混凝土抗壓強度分別為32.2 MPa，22.9MPa比未摻粉煤灰時分別減小了7.20%和34.01%。由此可知，適當的粉煤灰摻量可以有效提高再生細骨料混凝土28d齡期的抗壓強度。此外，從圖中還可以看出，同一粉煤灰摻量的再生細骨料混凝土強度隨著齡期的增長而增大。

4.2 抗壓強度試驗結果分析

出現圖1這樣現象的原因可能是粉煤灰水硬活性低于水泥，水化較慢，所以隨著粉煤灰取代率的增加，早期再生細骨料混凝土中的水化產物數量因體系中水泥的數量相應減少而減少，導致再生細骨料混凝土強度表現隨著粉煤灰取代量的增加，3d、7d的再生細骨料混凝土抗壓強度呈現一定的下降趨勢，尤其取代率大于40%的再生細骨料混凝土抗壓強度下降較快。隨著養護時間的延長，水泥的活性被進一步的得到釋放，原先存在于粉煤灰顆粒表面薄膜與之間的水解層被火山灰反應產物充滿，粉煤灰顆粒和水泥水化產物之間逐步形成牢固聯系，從而導致再生細骨料混凝土抗壓強度的增長[4]。

當粉煤灰的摻量過大時，再生細骨料混凝土的后期強度也出現隨粉煤灰摻量的增加而逐漸減小現象。這可能是因為：（1）粉煤灰本身水化強度較水泥低，當粉煤灰摻量達到和超過一定值時，對膠凝材料造成不利影響，從而使強度降低；（2）在短時間之內，粉煤灰反應較為緩慢，還未充分發生水化反應，最終導致粉煤灰再生細骨料混凝土強度較低；（3）摻入大量的粉煤灰，使得摻合料摻量過大，水泥濃度大大降低，由于粉煤灰粉狀顆粒含量太高，致使細集料中的粗顆粒偏少，顆粒級配變得不合理，減弱了再生細骨料混凝土的孔隙級配，影響了再生細骨料混凝土孔隙率的發展。

5 雙摻粉煤灰和石灰粉對再生細骨料混凝土抗壓強度的影響

5.1 抗壓強度試驗結果

依照試驗預定方案，以粉煤灰與水泥的質量比2：8作為基準配比，石灰粉等質量取代粉煤灰摻入，取代比率分別為0%、10%、20%和30%，養護3d、7d和28d齡期的再生細骨料混凝土的抗壓強度試驗值見表2。

由表2所示實測結果可以繪出石灰粉等量取代粉煤灰率與再生細骨料混凝土抗壓強度的關系曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，石灰粉等量取代部分粉煤灰對再生細骨料混凝土抗壓強度有一定的影響。粉煤灰和石灰粉雙摻的再生細骨料混凝土3d的抗壓強度與單摻粉煤灰混凝土的抗壓強度相比均有提高，其中石灰粉摻量為4%時強度最大，峰值為23.7MPa，比單摻粉煤灰情況提高了7.24%。根據7d與28d強度曲線可以看出，隨著石灰粉取代率的增大，再生細骨料混凝土的抗壓強度均出現了先增長后減小的趨勢。其中7d強度峰值出現在摻量為4%的情況為26.4MPa，比單摻粉煤灰再生細骨料混凝土的抗壓強度多了0.5MPa。最小值出現在摻量為6%的時候，數值為24.1MPa，與單摻粉煤灰相比強度下降了6.9%。而從28d強度曲線來看，石灰粉摻量為2%、4%、6%的再生細骨料混凝土的強度分別為37.7MPa、37.6Mpa以及28.8MPa，與單摻粉煤灰的再生細骨料混凝土強度37.4MPa相比，分別增加了0.3MPa、0.2MPa和減少了8.6MPa。可見，適量添加石灰粉能提高粉煤灰再生細骨料混凝土的抗壓強度，而這種作用在早期更為顯著。

5.2 抗壓強度試驗結果分析

將適量的石灰粉摻入到粉煤灰再生細骨料混凝土中其抗壓強度有所提高，出現這種現象主要由于以下原因。

⑴石灰粉的摻入不僅可改善混凝土的級配及和易性，并且細小石灰粉能填充骨料之間的連接縫隙以及再生細骨料的自身裂縫，提高膠凝材料的填充性，使得混凝土的抗壓強度有所增大。

（2）將石灰粉摻加到粉煤灰混凝土當中，會產生一個更加適于粉煤灰反應的堿性環境，在這個環境當中粉煤灰的活性會得到進一步的釋放，并且伴隨著不斷的攪拌，石灰粉在遇到水時反應會釋放出大量的熱量，從而進一步的加快了粉煤灰的火山效應。

在石灰粉摻量由增加到6%時與再生細骨料混凝土28d時的強度相比出現降低，出現這種現象的主要原因可能是隨著石灰粉摻量的增加，再生細骨料混凝土內部逐漸積累了大量的，在水泥石和集料界面生長成過量大晶體，導致再生細骨料混凝土孔隙率出現較為顯著的增大，且受力時還成為容易相互錯位的滑面，從而造成了混凝土強度的下降。

6 結語

單摻粉煤灰降低了再生細骨料混凝土的早期強度，但后期抗壓強度增長幅度較大。隨著粉煤灰取代水泥量的增加，再生細骨料混凝土早期的抗壓強度逐漸減小，28d 的抗壓強度則隨著粉煤灰摻量的增加出現先增加后減小的現象。粉煤灰摻量為20%時，再生細骨料混凝土的28d抗壓強度最大，其強度與未摻粉煤灰的28d再生細骨料混凝土相比，提高了7.78%；雙摻粉煤灰和石灰粉的再生細骨料混凝土早期強度提高較快，但后期增長較為緩慢，粉煤灰和石灰粉的摻入量分別為16%、4%時，再生細骨料混凝土的抗壓強度提高最大，影響效果最佳。

參考文獻

[1] 劉文娜，張磊.廢棄混凝土回收利用現狀及性能分析.交通標準化，2011（1）：11-13.

[2] 崔素萍，杜鑫，蘭明堂，等.不同礦物摻和料對再生細骨料混凝土耐久性影響的研究[J].混凝土世界，2011（2）：82-85.

[3] 單梅，許英姿，吳云峰，等.粉煤灰生石灰加固吹填淤泥質土的試驗研究[J].廣西城鎮建設，2013（3）：100-103.

[4] 章春梅.碳酸鈣微集料對硅酸三鈣水化的影響[J].混凝土世界，2013（6）：52-57.