粉煤灰摻量對(duì)高性能混凝土性能的影響

【摘 要】本文結(jié)青榮城際鐵路高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)，研究了粉煤灰摻量對(duì)高性能混凝土的影響，結(jié)果表明，在低用水量、低水膠比下，粉煤灰摻量為30%-70％時(shí)，混凝土的后期強(qiáng)度增長速率快且增長率顯著提高；摻粉煤灰混凝土中Ca(OH)2含量跟水化齡期和摻量有很大關(guān)系，在28d時(shí)，粉煤灰已經(jīng)能夠很好的與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)；混凝土中Ca(OH)2的明顯減少和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改善是低用水量大摻量粉煤灰混凝土后期強(qiáng)度增長率顯著提高的主要原因。

【關(guān)鍵詞】粉煤灰；摻量；高性能；低用水量；強(qiáng)度

多年來，人們在粉煤灰的摻量問題上一直持比較保守的態(tài)度。混凝土能否長期作為最主要的建筑材料，關(guān)鍵在于能否成為綠色材科，使之納入可持續(xù)發(fā)展的軌道。針對(duì)我國客運(yùn)專線的特點(diǎn)，在混凝土中摻入一定量的粉煤灰，會(huì)對(duì)混凝土的許多性能有顯著的改善，尤其對(duì)節(jié)約能源，處理工業(yè)廢渣，減少環(huán)境污染起著一定的作用

粉煤灰作為高性能混凝土配比的一部分，主要著眼于更充分地利用粉煤灰潛在活性，減少水泥用量，降低水化熱，更大發(fā)揮高性能優(yōu)勢，改善混凝土工作性、耐久性，提高混凝土的質(zhì)量降低混凝土生產(chǎn)成本；同時(shí)變廢為寶，化害為利，節(jié)約堆放粉煤灰的大量寶貴土地；可取得更大的環(huán)境與技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。但是，有關(guān)人員研究也發(fā)現(xiàn)，粉煤灰摻量過高也會(huì)使混凝土中發(fā)生貧鈣現(xiàn)象而不利于混凝土的耐久性。以往的主要在較大的用水量和中等水灰比的情況下研究粉煤灰的摻量對(duì)混凝土的影響。本文結(jié)合哈大客運(yùn)專線配合比設(shè)計(jì)的實(shí)例，探討在低用水量和低水膠比下，粉煤灰的摻量對(duì)于高性能混凝土的工作性、強(qiáng)度、耐久性及Ca(OH)2含量的影響規(guī)律。

1、原材料

1）水泥，煙臺(tái)山水P.O42.5，水泥物理性能見表1；

2）粉煤灰，威海威海港域，其化學(xué)成份和物理性能見表2；

3）骨料，粗骨料使用最大粒徑為31.5mm，密度為2.70g/cm3的碎石，細(xì)骨料密度為2.65g/cm3，細(xì)度模數(shù)為2.9的河砂；

4）減水劑，采用山東建筑科學(xué)研究院的聚羧酸減水劑，固體含量為22%。

2、試驗(yàn)方法

2.1配合比

膠凝材料用量固定為400kg/m3，用水量固定136kg/m3，粉煤灰對(duì)水泥的替代總量分別為10％、30%、50%和70%，砂率控制在0.43，混凝土配合比見表3。

2.2試件成型、養(yǎng)護(hù)與測試

混凝土的攪拌順序?yàn)椋耗z凝材料、砂干拌混合攪拌30s后，加約80%的水和減水劑（水和減水劑先混合），攪拌90s，加入碎石、剩余的水和減水劑再攪拌90s。試件尺寸：150mm×150mm×150mm。將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，溫度（20±2）℃，濕度95%以上。

混凝土的7d、28d和91d的抗壓強(qiáng)度測試按GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1新拌混凝土的工作性

粉煤灰對(duì)新拌混凝土的工作性的影響見圖1。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在控制坍落度基本一致的條件下，隨粉煤灰摻量的增加，新拌混凝土的擴(kuò)展度增大，這主要是因?yàn)樵诨炷林蟹勖夯业拿軐?shí)填充作用，當(dāng)粉煤灰顆粒填充于水泥粒子之間的空隙中時(shí)，置換出填充水，使粒子間的間隔水層加厚，同時(shí)，粉煤灰珠形顆粒的“滾珠效應(yīng)”也可以大大改善混凝土的流動(dòng)性，在低水膠比的混凝土中顆粒間的間隔水極少，這種效果則更為明顯。

3.2強(qiáng)度變化規(guī)律

粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響見圖2。

結(jié)果表明，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而降低，特別是早期強(qiáng)度降低比較明顯，純水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度在早期增長較快，其7d的抗壓強(qiáng)度大約是28d抗壓強(qiáng)度的90%。粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度在早期發(fā)展較慢，粉煤灰摻量為30%時(shí)，混凝土的7d抗壓強(qiáng)度大約是28d抗壓強(qiáng)度的66%，粉煤灰摻量為50%和70%時(shí)，混凝土的7d抗壓強(qiáng)度大約是28d抗壓強(qiáng)度的49.3%左右。純水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度在后期的增長速率明顯低于粉煤灰混凝土，其28d至91d抗壓強(qiáng)度增長速率為5.4%。粉煤灰摻量為10％、30%、50%、70%時(shí)，混凝土的91d抗壓強(qiáng)度相對(duì)于28d抗壓強(qiáng)度增長率為4.8%、8.2％、15.7%、35.8%、70％另外，對(duì)于91d來說，摻加30%和50%粉煤灰的混凝土強(qiáng)度差別不大，其后期強(qiáng)度的發(fā)展主要是因?yàn)榉勖夯抑械幕钚猿煞峙c水泥水化生成的氫氧化鈣反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，不斷填充混凝土的孔隙，使混凝土的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

3.3氫氧化鈣含量

下圖3為DSC-TG分析定量測出的齡期7d和28d混凝土中Ca(OH)2的含量隨粉煤灰摻量和水化齡期的變化結(jié)果。

從圖中可見混凝土中Ca(OH)2的含量隨粉煤灰摻量的增加和水化齡期的延長而降低，這與以前的研究結(jié)果是一致的。在圖3中我們還給出了假設(shè)混凝土體系中沒有粉煤灰時(shí)Ca(OH)2的計(jì)算含量（圖中虛線所示），結(jié)果表明，7天齡期時(shí)假設(shè)混凝土體系中沒有粉煤灰時(shí)Ca(OH)2的計(jì)算含量明顯大于摻加粉煤灰的混凝土中的Ca(OH)2的含量，而在28天齡期時(shí)，假設(shè)混凝土體系中沒有粉煤灰時(shí)Ca(OH)2的計(jì)算含量明顯小于摻加粉煤灰的混凝土中的Ca(OH)2的含量，這說明，粉煤灰的加入有利于水泥的早期水化，這可能是粉煤灰的加入使得整個(gè)體系的分散得到加強(qiáng)，水泥顆粒與水的接觸幾率加大，這樣水泥的水化速度加快，水化產(chǎn)物增多的緣故。而隨著水化時(shí)間的延長，水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2將于粉煤灰發(fā)生反應(yīng)，生成C-S-H凝膠和含鋁（鐵）水化物等，這說明，在28天左右，粉煤灰已經(jīng)能夠很好的與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)了。

4、結(jié)論

（1）在低用水量下，大摻量粉煤灰混凝土的28d和91d抗壓強(qiáng)度增進(jìn)率明顯提高；

（2）摻粉煤灰混凝土中Ca(OH)2含量跟水化齡期和摻量有很大關(guān)系，在28天左右，粉煤灰已經(jīng)能夠很好的與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)；

（3）混凝土中Ca(OH)2的明顯減少和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改善是低用水量大摻量粉煤灰后期強(qiáng)度增長率提高的主要原因。

（4）大摻量粉煤灰高性能混凝土的最佳摻量范圍應(yīng)為30～50％，必須嚴(yán)格控制用水量及水膠比以保證混凝土優(yōu)良的早強(qiáng)和體積穩(wěn)定性能，如果粉煤灰摻量過多，水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2數(shù)量不能滿足粉煤灰二次水化的需要，還會(huì)造成粉煤灰水化不足，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)疏松，孔隙狀況惡化，抗凍性能必然大幅度降低。

（5）粉煤灰的摻入能夠提高混凝土的耐久性能和后期強(qiáng)度，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該在不影響早期強(qiáng)度的前提下盡可能地多摻加粉煤灰，以提高工程結(jié)構(gòu)的耐久性。參考文獻(xiàn)

[1]劉寶舉，楊元霞．大摻量粉煤灰高強(qiáng)混凝土研究[J]．混凝土，2004(4)：29～34 .

[2]周士瓊、尹健、謝友均等.粉煤灰高性能混凝土的性能.山東建材學(xué)院學(xué)報(bào)，NO.S1，Vol. 12，1998.

[3]孫氰萍.大摻量粉煤灰混凝土的特性.混凝土，1997，2

[4]沈旦申.粉煤灰混凝土.中國鐵道出版社.1989，2