粉煤灰摻量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土性能的影響

江堅(jiān)

（臺(tái)州飛龍商品混凝土有限公司，浙江 臺(tái)州 317000）

0 前言

混凝土技術(shù)的發(fā)展伴隨著外加劑的更新?lián)Q代及礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，尤其是大比例礦物摻合料混凝土配制技術(shù)在大體積混凝土或者防開(kāi)裂結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用，擴(kuò)大了粉煤灰和礦粉等傳統(tǒng)礦物摻合料的應(yīng)用范圍，同時(shí)也符合國(guó)家節(jié)能降耗、固廢利廢的政策要求。

粉煤灰作為火力發(fā)電排放的副產(chǎn)物，屬于火山灰質(zhì)礦物摻合料，同時(shí)具有的形態(tài)效益[1]有利于改善混凝土流動(dòng)性，同時(shí)也會(huì)對(duì)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展和耐久性有利。利用大摻量粉煤灰配制混凝土已經(jīng)在三峽水利工程、烏東德水電站等大型工程中得到應(yīng)用[2,3]，取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

粉煤灰自身細(xì)度、含碳量及硫含量等指標(biāo)會(huì)對(duì)其用量產(chǎn)生一定影響，因此需要進(jìn)一步研究。本項(xiàng)目研究了不同細(xì)度的粉煤灰在不同摻量下對(duì)混凝土性能的影響，以期為粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用提供理論和實(shí)際參考。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用Ⅱ級(jí)灰，需水比為 98%，45μm 方孔篩余 15%；礦粉采用 S95，比表面積 435m2/kg。水泥的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表 1，粉煤灰和礦粉的化學(xué)組成見(jiàn)表 2。

表1 試驗(yàn)用水泥的性能指標(biāo)

表2 粉煤灰和礦粉的化學(xué)組成 %

（2）外加劑采用緩凝型聚羧酸減水劑，固含量為 14.5%，摻量根據(jù)實(shí)際確定。

（3）細(xì)骨料采用卵石機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 3.1，含粉量 9.0%；粗骨料采用小石（5～10mm）和大石（10～25mm）按照一定比例使用，壓碎值 10.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》稱取原材料，按照制定的水膠比和外加劑摻量，拌和后測(cè)量混凝土拌合物的坍落度和擴(kuò)展度。

（2）按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測(cè)定混凝土 3d、7d、28d、60d 的抗壓強(qiáng)度。

（3）采用常用的 C30 和 C50 配合比，粉煤灰取代水泥比例分別為 0、20%、40%、60% 所得的試驗(yàn)配合比及原材料用量見(jiàn)表 3。

表3 試驗(yàn)用混凝土基準(zhǔn)配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 粉煤灰摻量對(duì) C30 混凝土性能的影響

研究了粉煤灰對(duì) C30 混凝土性能的影響，調(diào)整減水劑用量使得混凝土擴(kuò)展度在 (550±10)mm，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的混凝土抗壓強(qiáng)度值，結(jié)果見(jiàn)表 4、圖 1 和圖 2。

表4 粉煤灰摻量對(duì) C30 混凝土性能的影響

圖1 粉煤灰摻量對(duì)混凝土減水劑摻量的影響

圖2 粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

以上結(jié)果表明，C30 混凝土減水劑用量隨著粉煤灰摻量增加先降低后升高，這是因?yàn)檫m量粉煤灰的加入可以起到滾珠效應(yīng)，釋放被水泥包裹的游離水，降低漿體粘度，使得混凝土漿體流變性提高，但當(dāng)粉煤灰用量進(jìn)一步提高，由于粉煤灰比表面積大于水泥，需要更多的水分包裹，從而需要更多外加劑釋放游離水[4]。

當(dāng)粉煤灰摻量為 20% 時(shí)，混凝土 3d 和 7d 強(qiáng)度略低于未摻粉煤灰組，隨著齡期發(fā)展，粉煤灰和礦粉起到了協(xié)同作用，對(duì)混凝土的填充作用增強(qiáng)，同時(shí)粉煤灰和礦粉所具有的二次水化使得混凝土后期強(qiáng)度得以激發(fā)，混凝土 28d 和 60d 強(qiáng)度甚至高于基準(zhǔn)組。粉煤灰摻量提高至 40%，由于水泥用量降低，生成的水化產(chǎn)物減少，無(wú)法形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢，粉煤灰用量繼續(xù)增加至 60% 時(shí)，粉煤灰活性較低，生成的膠凝產(chǎn)物較分散，混凝土強(qiáng)度明顯下降。

2.2 粉煤灰摻量對(duì) C50 混凝土性能的影響

C50 混凝土具有更多的膠材用量、更低的用水量，相對(duì)材料使用更為敏感。調(diào)整減水劑用量使得混凝土擴(kuò)展度在 (570±10)mm，對(duì)不同摻量粉煤灰用于 C50 混凝土后的性能進(jìn)行測(cè)試，見(jiàn)表 5 和圖 3、4。

圖3 粉煤灰摻量對(duì) C50 混凝土外加劑摻量的影響

表5 粉煤灰摻量對(duì) C50 混凝土性能的影響

粉煤灰摻量提高，減水劑用量同樣得以降低，相比純礦粉時(shí) 2.0% 摻量，粉煤灰用量 40% 時(shí)摻量降低了 0.35%，但粉煤灰過(guò)摻后會(huì)使得混凝土粘度增加，外加劑用量反而增加。

粉煤灰適量摻入（20%），對(duì) C50 混凝土起到有效填充，同時(shí)改善了混凝土和易性，使得混凝土密實(shí)度提高。粉煤灰和礦粉協(xié)同的二次水化同樣有助于混凝土早期和后期強(qiáng)度的發(fā)展[5]，甚至超越未摻粉煤灰組，但粉煤灰過(guò)摻對(duì) C50 強(qiáng)度的影響更為顯著，當(dāng)粉煤灰摻量 60% 時(shí)，混凝土強(qiáng)度發(fā)展遲緩，為水泥用量大幅減少生成的水化產(chǎn)物數(shù)量降低所致。

3 結(jié)論

（1）適量粉煤灰的加入能降低混凝土外加劑用量，但過(guò)摻后會(huì)增加減水劑用量。

（2）粉煤灰的加入都使得 C30 和 C50 混凝土早期強(qiáng)度降低，由于粉煤灰發(fā)生的二次水化反應(yīng)，使得粉煤灰后期強(qiáng)度得到提高，尤其當(dāng)粉煤灰摻量 20% 時(shí)，C30 和 C50 混凝土混凝土早期和后期強(qiáng)度均發(fā)展良好，但粉煤灰過(guò)摻對(duì) C50 混凝土影響更為明顯。

圖4 C50 混凝土強(qiáng)度發(fā)展情況