粉煤灰摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響★

張 龍

(南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

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粉煤灰摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響★

張 龍

(南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

為探討粉煤灰適宜摻量對混凝土性能的影響，利用正交試驗(yàn)，取分別為15%，30%，40%的粉煤灰摻量，對粉煤灰混凝土7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，粉煤灰摻量為40%時(shí)對普通混凝土較為適宜。

粉煤灰混凝土，抗壓強(qiáng)度，摻量，配合比

1 概述

1.1 國內(nèi)外粉煤灰混凝土的發(fā)展情況

粉煤灰主要是燃煤發(fā)電的產(chǎn)物。原煤在爐中經(jīng)過1 200 ℃～1 600 ℃的高溫燃燒，經(jīng)過燃燒、打磨，產(chǎn)生了灰渣(主要成分是玻璃相)，其主要成分為SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，這些礦物成分部分以不穩(wěn)定的玻璃體形式存在，可以用來改善水泥的性能，擴(kuò)大使用范圍，降低經(jīng)濟(jì)成本[1]。

20世紀(jì)90年代初，全球粉煤灰的排放量在4.89×108t左右，利用率在36.4%左右?；炷林袚饺胍欢康姆勖夯?，成為粉煤灰有效利用的主要有效方式之一,我國很早就開始了對粉煤灰在混凝土中應(yīng)用技術(shù)試驗(yàn)研究[2]。

1958年，國務(wù)院建設(shè)部門做出規(guī)定：將適量粉煤灰摻入水泥熟料中生產(chǎn)水泥。伴隨著社會發(fā)展，科研力量的提高，粉煤灰混凝土在工程領(lǐng)域開始了廣泛的應(yīng)用，效果顯著。

進(jìn)入90年代，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們開始注重對自然環(huán)境的保護(hù)，地球環(huán)境的保護(hù)，尋求與自然的和諧一體，走可持續(xù)發(fā)展之路，專家指出綠色混凝土是21世紀(jì)混凝土的發(fā)展方向[3]。

1.2 本文研究的內(nèi)容、目的和意義

本課題根據(jù)中低強(qiáng)度級別粉煤灰在生活中的實(shí)際使用情況，對不同摻入量的粉煤灰強(qiáng)度性能進(jìn)行針對性研究，研究內(nèi)容如下：

1)通過調(diào)查國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，為本課題研究提供了依據(jù)；

2)分析粉煤灰形成機(jī)理以及粉煤灰混凝土強(qiáng)度影響因素，重點(diǎn)分析C20，C25，C30三個(gè)級別的粉煤灰在摻入量為15%，30%，40%配合比情況下的影響；

3)確定粉煤灰配合比、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級、研究粉煤灰最佳比例，找出其不同條件下的強(qiáng)度影響規(guī)律。

2 粉煤灰混凝土基準(zhǔn)配合比的確定

粉煤灰混凝土取代率的計(jì)算實(shí)例，以C20級粉煤灰混凝土(取代率為15%)的計(jì)算為例：粉煤灰取代水泥量：mf1=mco·f%=0.3kg；超量部分質(zhì)量：mf2=mf1(1-δf)=3.06；總摻量：mf=mf1+mf2=0.3+3.06=3.36kg；水泥用量：3.06kg；砂子用量：6.48kg。

C20，C25，C30級粉煤灰混凝土的配比。

C25，C30級均按照此公式計(jì)算，計(jì)算過程略。表1～表3是C20，C25，C30三個(gè)強(qiáng)度級別的混凝土在取代率為15%，30%，40%時(shí)的計(jì)算結(jié)果。

表1 取代率為15%的配比

表2 取代率為30%的配比

表3 取代率為40%的配比

3 相同標(biāo)號的普通粉煤灰混凝土試驗(yàn)

本文主要講述了相同標(biāo)號的粉煤灰混凝土在試驗(yàn)后，取得的結(jié)果測試值，以及數(shù)據(jù)的整合分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3.1 抗壓強(qiáng)度測定以及數(shù)據(jù)整合分析

12組試塊經(jīng)過28 d的標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)(未滿28 d，采用公式折合成強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值)，C20，C25，C30三個(gè)等級的混凝土在粉煤灰取代率為15%，30%，40%時(shí)的強(qiáng)度測試，得到的具體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。表4是根據(jù)抗壓強(qiáng)度的測定，得到標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)最終數(shù)據(jù)。

表4 試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

表5為按公式fcc=F/A計(jì)算得到的數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化成抗壓強(qiáng)度值[5]。

表6為整合數(shù)據(jù)后所得的值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，選出合格的數(shù)值，圖1～圖3采用描點(diǎn)法，繪制出相同標(biāo)號的粉煤灰混凝土在15%，30%，40%三個(gè)強(qiáng)度等級下的混凝土強(qiáng)度。

表5 轉(zhuǎn)化成抗壓強(qiáng)度值

表6 整合數(shù)據(jù)后的所得值

根據(jù)圖1可以看出：C20級粉煤灰混凝土，在粉煤灰取代率為15%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最小，取代率在15%時(shí)抗壓強(qiáng)度值降低為原始值的12.4%；40%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，取代率在40%時(shí)的抗壓強(qiáng)度值提高原始值的0.6%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度測試值。

根據(jù)圖2可以看出：C25級粉煤灰混凝土，在粉煤灰取代率為15%時(shí)，取代率在15%時(shí)抗壓強(qiáng)度值降低為原始值的8.4%；40%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，取代率在40%時(shí)的抗壓強(qiáng)度值提高原始值的0.7%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度測試值。

根據(jù)圖3可以看出：C30級粉煤灰混凝土，在粉煤灰取代率為15%時(shí)，取代率在15%時(shí)抗壓強(qiáng)度值降低為原始值的15.6%左右；40%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，取代率在40%時(shí)的抗壓強(qiáng)度值提高原始

值的0.8%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度測試值。

4 結(jié)語

本文通過對比試驗(yàn)，取不同粉煤灰摻量進(jìn)行試驗(yàn)，對粉煤灰混凝土28 d(通過公式換算)抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以總結(jié)歸納，主要得到以下結(jié)論：

1)在混凝土中摻入一定量的粉煤灰可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。本次采用的粉煤灰為Ⅱ級灰，在混凝土中摻入適量粉煤灰，使混凝土內(nèi)部不斷進(jìn)行水化，并通過所生成的水化物填充混凝土內(nèi)部的缺陷與透水、透氣孔道，能夠提高混凝土的不透氣性和致密性，促使混凝土強(qiáng)度持續(xù)增長。

2)粉煤灰混凝土初始強(qiáng)度不高，后來隨著齡期的增長強(qiáng)度逐步增高。粉煤灰混凝土的強(qiáng)度隨粉煤灰摻入量的增加，其早期強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度低，但是其增長速率快，到中后期達(dá)到并超過標(biāo)準(zhǔn)混凝土。

3)粉煤灰可以提高混凝土的后期強(qiáng)度，混凝土在粉煤灰內(nèi)部化學(xué)組成的作用下，提高了后期強(qiáng)度值，通過設(shè)計(jì)書中的試驗(yàn)結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)：28 d標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)下測試出的抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度值近似，這說明粉煤灰混凝土具有無可比擬的優(yōu)越性。

4)從經(jīng)濟(jì)性方面分析，以強(qiáng)度與成本的比例為考核指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，從經(jīng)濟(jì)效益方面看：粉煤灰的價(jià)格遠(yuǎn)低于水泥，且粉煤灰摻量為40%時(shí)，粉煤灰混凝土的強(qiáng)度最接近于標(biāo)配混凝土強(qiáng)度，且價(jià)格最低，因此說明粉煤灰的最佳摻量為40%。

5)粉煤灰摻入量40%時(shí)，強(qiáng)度值最接近標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度測試值，因此推斷：摻入量為40%是粉煤灰混凝土強(qiáng)度的中間值，粉煤灰摻加比例若高于40%，則粉煤灰強(qiáng)度會變低。

本文對粉煤灰混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)探究，但由于本人的專業(yè)水平有限，尚存在一些問題有待研究：

1)對粉煤灰摻量的取值范圍比較小(本次試驗(yàn)粉煤灰取代量的變化值為15%，30%，40%)，找到一定的規(guī)律，但是還需要進(jìn)一步更為細(xì)致的試驗(yàn)研究。

2)相同取代率的粉煤灰混凝土標(biāo)號越高，其強(qiáng)度越大。需進(jìn)一步研究摻入粉煤灰對高強(qiáng)度混凝土抗壓強(qiáng)度性能的研究。

3)有待分析高效減水劑對粉煤灰混凝土的作用機(jī)理，以及高效減水劑對粉煤灰混凝土其他性能的影響，如耐久性等。

4)本次試驗(yàn)試件都是在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行，但實(shí)際工程中，由于存在溫度、濕度、尺寸條件變化差異，混凝土性能值得進(jìn)一步研究。

[1] 孫氰萍.大摻量粉煤灰混凝土的特性[J].混凝土，2007(2):16-23.

[2] 王海龍，申向東.粉煤灰對輕骨料混凝土耐久性影響的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2009(12)：96-98.

[3] 吳正嚴(yán).粉煤灰混凝土的發(fā)展方興未艾[J].粉煤灰，2000(1):36-39.

[4] 魯麗華，潘桂生，陳四利，等.不同摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(7)：115-117.

[5] 李崇智.大摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度推測及正交試驗(yàn)線性分析[J].混凝土，2001(1):25-28.

[6] GB/T 50081—2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

On influence of fly ash mixture on concrete compression strength★

Zhang Long

(TaizhouCollegeofScienceandTechnology,NanjingUniversityofTechnology,Taizhou225300,China)

In order to explore the influence of the adequate mixture of the fly ash on the concrete performance, the paper adopts the orthogonal test with fly ash mixture whose volumes are 15%, 30% and 40%, researches the compression strength of 7 d and 28 d fly ash concrete, and proves by the test result that the fly ash with 40% is proper for common concrete.

fly ash concrete, compression strength, mixing volume, proportional ratio

1009-6825(2016)28-0113-03

2016-07-27 ★ :泰州市科技支撐計(jì)劃(社會發(fā)展)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：SSF20150055)

張 龍(1988- )，男，助教

TU528

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