粉煤灰/硅灰對低標(biāo)號混凝土性能的影響

馮輝紅，潘海澤，譚超群，陳靜思，王 果

(1.西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500;2.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州 730000)

粉煤灰和硅灰曾一度被認(rèn)為是工業(yè)廢料，不僅污染環(huán)境、危害健康，還堆積占地造成二次污染，但隨著研究的深入，粉煤灰和硅灰已被利用到建筑原材料中，起到了取代水泥和節(jié)約水泥的作用，現(xiàn)今更是發(fā)展到利用其改善新拌混凝土和硬化混凝土的多種性能。

本文研究不同摻量的粉煤灰和硅灰對普通低標(biāo)號混凝土的工作性、強(qiáng)度和干縮性的影響及其規(guī)律性，為今后配制低標(biāo)號特殊混凝土提供參考［1-2］。

1 實驗部分

1.1 材料

PO42.5級普通硅酸鹽水泥;甘肅省某電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰;嘉峪關(guān)巨大冶煉有限公司副產(chǎn)品硅灰;標(biāo)準(zhǔn)砂，石料為5～15 mm連續(xù)級配的花崗巖碎石;普通自來水［3］。

1.2 實驗方法

混凝土的設(shè)計強(qiáng)度為C20，配合比設(shè)計依據(jù)為《普通混凝土配合比設(shè)計技術(shù)規(guī)程》JGJ 55—2011。水膠比 0.5，膠凝材料總量 500 kg，砂112.2%，石227.8%，分別對水泥進(jìn)行15%粉煤灰以及5%，10%硅灰等量取代［4］，共5組配合比，見表1。

表1 混凝土配合比一覽表Table1 List of concrete mix proportion

混凝土采用人工拌合，振動臺振動成型，24 h后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至一定齡期后進(jìn)行測試?？箟簭?qiáng)度試件70 mm×70 mm×70 mm;干縮試件40 mm×40 mm×160 mm。每組配合比按有關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行坍落度、泌水率、抗壓強(qiáng)度、干縮性測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰和硅灰對混凝土拌合物工作性能的影響

不同配比下混凝土的坍落度和泌水率見表2。

表2 不同配比下混凝土坍落度和泌水率Table2 Concrete slump and bleeding rate of different proportions

由表2可知，基準(zhǔn)混凝土的坍落度最大，隨著粉煤灰加入，坍落度減少，加入硅灰后，坍落度持續(xù)減少，雙摻硅灰與粉煤灰時坍落度最小;基準(zhǔn)混凝土和粉煤灰混凝土，在坍落度試驗中，提起坍落筒后都有少量水分從底部析出，在泌水試驗中，都有一定的泌水量，而摻有硅灰的混凝土其泌水率為0。原因是:一方面，硅灰的比表面積大，其濕潤需要大量水分，硅灰顆粒能夠約束住新拌混凝土的大量自由水，使得混凝土內(nèi)部很難有多余的水分溢出;另一方面，硅灰粒徑微小，堵塞了新拌混凝土的毛細(xì)孔。所以，在混凝土中摻入硅灰，提高了混凝土的粘聚性和保水性，但流動度大大降低，且流動度降低值隨著硅灰用量的增加而增大［5］。

2.2 粉煤灰和硅灰對混凝土力學(xué)性能的影響

不同配比下混凝土試樣不同齡期時的抗壓強(qiáng)度見表3。

表3 不同摻量混凝土抗壓強(qiáng)度Table3 Different concrete with compressive strength

由表3可知，3 d抗壓強(qiáng)度中，單摻和雙摻混凝土都小于基準(zhǔn)混凝土;7 d抗壓強(qiáng)度中，只有雙摻混凝土的值超過基準(zhǔn)混凝土;3 d與7 d抗壓強(qiáng)度相比，單摻粉煤灰時，強(qiáng)度增長較慢，單摻硅灰時變化趨勢與基準(zhǔn)混凝土一致，雙摻時變化最明顯。

粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度低，是因為粉煤灰的火山灰活性較低，二次水化反應(yīng)滯后，造成混凝土凝結(jié)較慢。據(jù)資料顯示:混凝土水膠比取0.5時，粉煤灰的水化反應(yīng)程度在60 d齡期時也不會大于25%;單摻硅灰混凝土，由于硅灰的細(xì)小粒徑和微集料效應(yīng)，使水泥石均勻性和密實性得到提高，同時硅灰的火山灰效應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)了混凝土的密實度，提高了混凝土的強(qiáng)度;雙摻混凝土中，粉煤灰能夠降低用水量，減少水泥石中因用水量過大所造成的微裂縫，但短期內(nèi)強(qiáng)度發(fā)展很慢，而硅灰需水量大，但其微集料作用和火山灰效應(yīng)保證了短期內(nèi)混凝土的強(qiáng)度［6］。

2.3 粉煤灰和硅灰對混凝土干縮性能的影響

不同齡期試件干縮長度和質(zhì)量見表4。

表4 不同摻量混凝土干縮長度和質(zhì)量Table4 Different concrete shrinkage length and weight

由表4可知，3 d和7 d干縮變化值中，單摻和雙摻混凝土變化不大，其中雙摻混凝土的干縮變化最小;28 d干縮變化值中，單摻粉煤灰的變化最小，摻入硅灰的變化明顯。3，7，28 d的質(zhì)量改變值中，有硅灰摻入的混凝土質(zhì)量減輕的最快，基準(zhǔn)混凝土質(zhì)量減少的最慢。

主要原因是混凝土中摻入硅灰后，隨著混凝土早期水化反應(yīng)加快，混凝土的質(zhì)量改變加快，干縮程度也較基準(zhǔn)混凝土和單摻粉煤灰混凝土的大［7-8］。

3 結(jié)論

(1)在混凝土中單摻硅灰時，使得混凝土的流動性降低，對工作性造成不利的影響，同時也會使得混凝土發(fā)生早期收縮裂縫的機(jī)會較普通混凝土大大增多，但因硅灰混凝土的孔隙細(xì)小、結(jié)構(gòu)致密、水分遷移困難、體積變化趨勢相對平緩等特點，后期其收縮量將與普通混凝土相近或減小。

(2)在混凝土中摻入粉煤灰和硅灰來等量取代部分水泥可以改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土的和易性。尤其是硅灰能很好的增加混凝土黏聚性，大大減少泌水量和骨料的離析。

(3)粉煤灰與硅灰的活性不同使其對混凝土抗壓強(qiáng)度的表現(xiàn)上存在差異:粉煤灰混凝土早期抗壓強(qiáng)度較低，但隨著其二次水化反應(yīng)的逐漸進(jìn)行，后期強(qiáng)度將持續(xù)增長;硅灰混凝土早期抗壓強(qiáng)度較高，但隨著二次水化反應(yīng)的結(jié)束，后期強(qiáng)度將趨于平緩;雙摻混凝土結(jié)合粉煤灰與硅灰的特性，早期即具有了較好的強(qiáng)度。

［1］ 馬艷芳，李寧，常鈞.硅灰性能及其再利用的研究進(jìn)展［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2009(10):8-10.

［2］ 孫志剛.我國摻合料及摻合料技術(shù)現(xiàn)狀和展望［J］.中國水泥，2004(11):106-110.

［3］ 楊玉喜，劉學(xué)全.硅灰在混凝土中的作用［J］.黑龍江交通科技，2007(6):51.

［4］ 彭利，陳太林，林振榮，等.硅灰水泥混凝土性能探討［J］.河南建材，2010(1):47.

［5］ Zachary C Grasley，David A Lange，Matthew D Ambrosia.Internal relative humidity and drying stress gradients in concrete［J］.Materials and Structures，2006(39):901-909.

［6］ 張遵海，孫文標(biāo)，田坤云.綠色混凝土的水化硬化特征研究［J］.混凝土，2011(7):107-108.

［7］ 朱岳明，劉有志，曹為民，等.混凝土濕度和干縮變形及應(yīng)力特性的細(xì)觀模型分析［J］.水利學(xué)報，2006，37(10):1263-1165.

［8］ Daniel Cusson，Ted Hoogeveen.An experimental approach for the analysis of early-age behavior of high performance concrete structures under restrained shrinkage［J］.Cement and Concrete Research，2007，37:200-209.