不同摻量粉煤灰對混凝土力學性能影響的研究★

楊 斌 　 王珺卓 　 盛 彬 　 方 濤 　 羅義生 　 孫琳璘 　 賈艷敏*

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱　150040)

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·建筑材料及應用·

不同摻量粉煤灰對混凝土力學性能影響的研究★

楊 斌 王珺卓 盛 彬 方 濤 羅義生 孫琳璘 賈艷敏*

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱150040)

以粉煤灰摻量作為單一變量，通過橫向分析與縱向對比試驗，得出了粉煤灰對混凝土力學性能的影響，結果表明：粉煤灰等量取代水泥時，隨著摻量的增大，混凝土的早期抗壓和抗折強度都越來越小；粉煤灰超量取代時，隨著摻量的增大，混凝土的早期抗壓和抗折強度先增大后減小；經分析，超量取代系數為1.2，取代比不超過20%時，粉煤灰超量取代比等量取代效果好。

粉煤灰，等量取代，超量取代，混凝土，力學性能

0　引言

早在1997年，吳中偉院士就首先提出綠色高性能混凝土(GHPC)的概念[1]，并且國家大力提倡可持續發展，鼓勵廢料的利用，越來越多的工業廢渣被應用到混凝土中，目前國內對于摻粉煤灰的混凝土的研究已經逐漸展開，張蔚等人提出粉煤灰對混凝土的抗滲性和抗收縮性有著明顯提高[2]，袁承斌等人通過摻入不同量的粉煤灰，得出粉煤灰摻量較少時，混凝土的碳化深度增加不明顯，隨著摻量增加，碳化深度明顯加大[3]。

以上對摻粉煤灰的混凝土多是在等量取代情況下的研究，國內對于粉煤灰超量取代水泥和它與等量取代在抗壓、抗折等力學性能上差異的研究較少。因此，本文從最常用的普通硅酸鹽水泥入手，以粉煤灰摻量作為單一變量，觀察不同取代比情況下，其對混凝土力學性能的影響并研究分析。

1　試驗的設計與方法

1.1試驗原材料

1)水泥采用哈爾濱市亞泰集團“天鵝牌”P.O42.5水泥，其各項性能見表1；2)砂采用河砂，細度模數2.6，Ⅱ區級配合格；3)碎石為哈爾濱市玉泉鎮生產，級配為5 mm～31.5 mm；4)粉煤灰為哈爾濱熱電廠產Ⅱ級粉煤灰，其品質指標見表2；5)采用佳木斯宏遠建筑外加劑有限公司生產的萘系高效減水劑和引氣劑；6)水是潔凈的自來水。

表1　水泥的性能

1.2試驗配合比

本次試驗設置一個基準試驗X1C，即不摻任何摻合料的普通混凝土做對比，然后分別設置粉煤灰等量取代(X2C～X4C)和超量取代(X5C和X6C)水泥，取代比初步定為15%,30%,40%，其中超量取代系數為1.2。但在后續試驗中，發現粉煤灰超量取代40%時，和易性突然變差，無法粘聚成型，故此處舍去不再贅述。混凝土配合比見表3。

表3　試驗配合比

1.3試件制備

本次試驗參照GBT 50080—2002普通混凝土拌合物性能試驗方法標準制備100 mm×100 mm×100 mm混凝土立方體試件36個，100 mm×100 mm×400 mm混凝土棱柱體試件18個。先進行原材料的稱量，然后進行混凝土的拌合、澆筑、振搗，成型后自然養護24 h后拆模、編號，并立即放入溫度(20±1)℃，相對濕度為95%以上的標準養護室中養護。

2　試件的測試和試驗的結果

2.1試件的測試

按照GBT 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準，在混凝土試件養護7 d時，取出18塊立方體試件采用YE-2000液壓式壓力試驗機進行抗壓測試；在養護試件28 d時，分別取出18塊立方體和18塊棱柱體試件并采用WE-300液壓式萬能試驗機進行抗折測試。

2.2試驗的結果

對混凝土抗壓和抗折實驗所得數據處理后將結果列于表4。

表4　混凝土抗壓、抗折強度檢測結果　MPa

3　試驗結果的分析

為了便于數據分析，將表4的試驗結果用圖1～圖4表示，由圖1，圖2可知：粉煤灰混凝土早期強度比不摻粉煤灰的混凝土強度都低，這是由于混凝土的“梯度水化反應”[4]，混凝土的早期強度主要取決于水膠比，此階段主要發生了水泥的初次水化，而后期強度的提高主要是因為粉煤灰中活性物質Al2O3和SiO2與水泥的水化產物在水溶液中發生火山灰反應生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，并進一步與水泥中的石膏發生反應生成活性較大的水化硫鋁酸鈣，它們將充滿于結構中，減少結構的孔隙率，進而增強混凝土的粘聚性和不透水性。但是在初期階段，粉煤灰對水泥的取代作用仍舊不能彌補水泥用量減少所造成的強度降低[5]。

從圖3可以看到，取代比為15%的情況下，養護7 d和28 d時，粉煤灰超量取代比等量取代的強度都高，這是因為超量加入的粉煤灰能充分參與并利用水泥初次水化的產物發生二次水化，并且粉煤灰顆粒細度比水泥顆粒小得多，比表面積大，所以具有的表面能就大，可以提供發生反應的作用面就多[6]，在取代比相同的情況下，更容易分布于水泥顆粒空隙間，發生微集料反應，化學活性反應等來提高混凝土密實度和強度。

同時，觀察圖3，當取代比為30%時，粉煤灰超量取代的抗壓強度明顯下降，28 d時，降幅達到21.7%，在實際制件的過程中，當粉煤灰混凝土的取代比為40%時，因和易性太差，無法粘聚成型故舍去，這說明粉煤灰摻量存在一個合理的范圍，并且粉煤灰對混凝土的早期強度促進作用并不大；然而對于粉煤灰等量取代

比例為30%時，在標準養護28 d后的強度與普通混凝土強度相差不大，但取代比達到40%，抗壓強度較普通混凝土下降較大，因此不難得出，粉煤灰等量取代的比例不宜超過30%。

不同粉煤灰摻量的混凝土28 d的抗折強度如圖4所示，28 d時粉煤灰等量取代的抗折強度以摻量在30%最佳，超量取代比例在15%時效果最好(見圖4)。因為混凝土內部孔隙和在水泥顆粒界面上富集著較多的Ca(OH)2,它對抗折強度的影響大于抗壓強度，摻入的粉煤灰可以與其發生活性反應生成膠凝物質，改善了界面特性，提高了抗折強度。

4　結語

隨著粉煤灰的大力推廣和應用到建筑行業中，為了能更好的提高粉煤灰混凝土的性能，結合本文對其抗壓、抗折強度的分析，現給出結論如下：

1)隨著粉煤灰摻量的增加，使混凝土早期強度越來越低，但對后期強度有較大促進作用，到28 d粉煤灰混凝土已經接近有的甚至超過不摻粉煤灰的混凝土強度，這在實際工程中是有好處的。

2)對于C40混凝土，建議粉煤灰等量取代水泥的比例控制在15%～30%，當粉煤灰超量取代系數為1.2，取代比例15%時最佳，且此時的力學性能優于粉煤灰等量取代的情況。

[1]吳中偉.綠色高性能混凝土與科技創新[J].建筑材料學報,1998(1):3-9.

[2]張蔚,劉洪學.不同摻量的粉煤灰對混凝土性能的影響[J].福建建材,2008(4):10-12.

[3]袁承斌,高文達.粉煤灰摻量對混凝土性能的影響[J].揚州大學學報(自然科學版),2010(1):62-65.

[4]李志剛,李家和,張洪貴.粉煤灰與礦渣復合摻合料對混凝土強度影響[J].低溫建筑技術,2009(4):17-19.

[5]陸善后.粉煤灰特性對混凝土性能影響[J].粉煤灰,1994(5):36-39.

[6]閆瑞蘭,高占云.不同摻量粉煤灰對混凝土力學性能的影響研究[J].內蒙古科技與經濟,2011(18):105-106.

Study on mechanical properties of concrete with different fly ash content★

Yang BinWang JunzhuoSheng BinFang TaoLuo YishengSun LinlinJia Yanmin*

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Taking the fly ash content as a single variable, through the analysis of transverse and longitudinal contrast test, it is concluded that the influence of fly ash on the mechanical properties of concrete. Results show that the same amount of fly ash instead of cement, with increase of dosage, concrete early compressive strength and flexural strength are getting smaller and smaller, fly ash excessive replacement, with increase of dosage, concrete early compressive strength and flexural strength increased first and then decreased, the analysis excess replace coefficient is 1.2, replace ratio does not exceed 20%, the excess of fly ash to replace than equivalent substitution effect is good.

fly ash， equivalent substitution, excess replace, concrete, mechanics performance

1009-6825(2016)08-0133-02

2016-01-06★:國家級大學生創新訓練計劃項目(項目編號：201510225053)

楊斌(1994- )，男，在讀本科生

賈艷敏(1962- )，女，博士生導師，教授

TU528

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