外加劑對超高摻量粉煤灰混凝土性能影響研究

孟祥震 牛志成 宮長峰 牛德坤

摘要：粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，應(yīng)用于混凝土材料的中具有很大的價(jià)值，能夠改善材料的多項(xiàng)性能，但是當(dāng)粉煤灰的摻量非常高時(shí)，材料的性能會(huì)發(fā)生一定的質(zhì)變，需要在其中加入部分外加劑來保障材料的強(qiáng)度性能。本文簡單概述了粉煤灰混凝土，分析了對于超高摻量的材料而言，加入不同的外加劑對其性能有何影響。

關(guān)鍵詞：外加劑;超高摻量;粉煤灰混凝土;性能分析

粉煤灰對于增加混凝土強(qiáng)度具有很大的作用，為了發(fā)揮粉煤灰的最大價(jià)值，必須加強(qiáng)對于超高摻量粉煤灰混凝土的試驗(yàn)分析，在控制好各項(xiàng)要素的基礎(chǔ)上，改變外加劑的類型，分析出如何利用外加劑才能擴(kuò)展材料體系的強(qiáng)度性能，除了單一的外加劑之外，也可以將兩種外加劑混合使用，試驗(yàn)出最佳的外加劑使用方式。

一、粉煤灰混凝土

混凝土作為關(guān)鍵的工程材料，必須在各項(xiàng)性能方面都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而粉煤灰對于擴(kuò)展混凝土的整體力學(xué)性能非常有益，粉煤灰是火山灰質(zhì)的固體廢料，其自身缺乏凝膠的特質(zhì)，但是在水分的作用下，粉煤灰能夠與砼進(jìn)行反應(yīng)，生成相應(yīng)的凝膠物質(zhì)，能夠填充材料中的孔隙，這對于擴(kuò)展材料的強(qiáng)度性能較為有效，而且也可以增強(qiáng)材料的抗?jié)B性。

除了粉煤灰自身的性能之外，其對于材料的改善的作用還源于兩點(diǎn)因素，一是對于粉煤灰而言，其中含有大量質(zhì)地細(xì)密的玻璃體，對于水分子的吸附力很小，再加入粉煤灰之后就可以控制砼材料配置中的用水量，避免了材料的干燥收縮，提升了材料的密實(shí)性。二是由于粉煤灰中存在大量粒度很小的物質(zhì)，這些物質(zhì)可以融入砼材料的內(nèi)部，一方面可以發(fā)揮填充孔隙的作用，另一方面也會(huì)提升材料膠體的密實(shí)度，這是基于這幾點(diǎn)效應(yīng)，才能夠發(fā)揮出粉煤灰的作用，強(qiáng)化砼材料的性能[1]。

二、外加劑的影響分析

目前，相關(guān)工程的規(guī)模逐漸擴(kuò)展，對于混凝土的性能有更高要求，尤其是材料的強(qiáng)度性能，所以在材料制備中，除了加入傳統(tǒng)的水泥和砂石之外，也需要增添相關(guān)的外加劑，最常見的就是減水劑和早強(qiáng)劑等物質(zhì)，這些成分是擴(kuò)展混凝土性能的關(guān)鍵保障。而對于粉煤灰混凝土而言，如果其中的粉煤灰摻量非常高，就會(huì)在改善材料性能的基礎(chǔ)上，對于材料的性能產(chǎn)生質(zhì)的改變，這時(shí)所加入的外加劑就會(huì)對材料性能產(chǎn)生更加嚴(yán)重的影響，所以必須對此進(jìn)行研究，尤其是要重視對于使用率較高的外加劑的研究，比如氯化鈣或者是氫氧化鈉等物質(zhì)，下面主要在粉煤灰混凝土中，外加劑如何對其性能產(chǎn)生影響。

（一）原材料選擇和試驗(yàn)過程

需要根據(jù)超高摻量的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)需求來選擇原材料，一般可以選擇常見的硅酸鹽水泥，確保水泥中的成分含量符合標(biāo)準(zhǔn)，另外就是關(guān)于粉煤灰的選擇，在超高摻量的材料中，粉煤灰的含量非常大，需要按試驗(yàn)的需求確定粉煤灰的相關(guān)性質(zhì)和等級，選擇可靠的粉煤灰材料。最后，為了強(qiáng)化試驗(yàn)的有效性，需要選擇幾類常見的外加劑，比如磷酸鈉或者氫氧化鈉等物質(zhì)[2]。

在實(shí)驗(yàn)前需要進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，對于超高摻量的材料而言，一般會(huì)將水泥與粉煤灰的比例控制為2∶8，而試驗(yàn)中的水灰比需要達(dá)到0.3，減水劑的含量需要視原料總量而定，一般為0.2%。在試驗(yàn)環(huán)節(jié)中，需要將相關(guān)比例的水泥與粉煤灰進(jìn)行攪拌，保障兩種物質(zhì)能夠全面融合，然后在外加劑的溶液中加入一定量的減水劑，再分三次向原料中加入外加劑，再攪拌混合后再實(shí)施養(yǎng)護(hù)脫模，對于不同養(yǎng)護(hù)時(shí)長的材料進(jìn)行強(qiáng)度檢測，再養(yǎng)護(hù)中把控好溫濕度。

（二）結(jié)果探究和分析

在控制養(yǎng)護(hù)時(shí)長和外加劑的情況下，可以得知材料在早期時(shí)的強(qiáng)度較低，當(dāng)加入不同的外加劑之后，早中期的強(qiáng)度得到一定的提升，如果將氯化鈣和氫氧化鈉同時(shí)加入材料中，就會(huì)發(fā)現(xiàn)材料在早中后期的強(qiáng)度都得到了提升，下面就不同的試驗(yàn)過程進(jìn)行分析：

第一，沒有加入任何外加劑，在粉煤灰混凝土中加入300毫升的去離子水，這時(shí)各個(gè)材料之間能夠更加均勻的混合，防止了混凝土均質(zhì)性不足而導(dǎo)致的性能低下，混凝土的強(qiáng)度也較為穩(wěn)定。

第二，在其中加入適量的氫氧化鈉，在這樣的情況下，材料中的反應(yīng)速率明顯提升，混凝土早中期的強(qiáng)度得到提升，但是后期的強(qiáng)度基本沒有改善。

第三，在材料中加入適量的純堿溶液，材料后期的生成凝膠的速率逐漸降低，所以對于后期的強(qiáng)度沒有明顯的影響，但是有利于增加材料早中期的強(qiáng)度性能。

第四，在材料中加入適量的無水硫酸，其在反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生部分鈣礬石，具有明顯的膨脹性，可以提升材料中早期的強(qiáng)度性能，但是在鈣礬石產(chǎn)生的過程中會(huì)消耗很多的鈣離子，所以后期的凝膠的產(chǎn)生速率降低，所以該外加劑對于后期強(qiáng)度的提升并不明顯，但是有利于早中期強(qiáng)度的提升。

第五，在材料中加入適量的磷酸鈉，明顯地提升了早中期的強(qiáng)度，但是對于后期的強(qiáng)度影響不大，但是將氫氧化鈉和氯化鈣同時(shí)加入材料中時(shí)，材料的水化程度更加徹底，所以材料早中后期的強(qiáng)度性能都有所提升[3]。

（三）結(jié)論陳述

第一，從試驗(yàn)可知，單獨(dú)加入氫氧化鈉或者硫酸鈉等外加劑時(shí)，材料的早中期的強(qiáng)度性能都得到了一定的提升，但是卻無法改善材料后期的強(qiáng)度，但是將氯化鈣與氫氧化鈉同時(shí)加入材料中時(shí)，粉煤灰混凝土的整體強(qiáng)度獲得了提升，而且強(qiáng)度提升的數(shù)值達(dá)到最大。

第二，雖然各種外加劑對于材料的強(qiáng)度性能都有提升作用，但是強(qiáng)度提升的反應(yīng)機(jī)理卻各不一樣，比如氫氧化鈉提升了堿激活反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)了材料內(nèi)部的水化速率，達(dá)到強(qiáng)度提升的效果。而硫酸鈉是產(chǎn)生大量的鈣礬石來增加材料的強(qiáng)度性能，當(dāng)氫氧化鈉和氯化鈣是增加了材料中的反應(yīng)離子，強(qiáng)化了材料內(nèi)部的水化反應(yīng)，延長了反應(yīng)過程，從整體上擴(kuò)展了材料的強(qiáng)度性能。

第三，從氯化鈣與氫氧化鈉的組合可知，在補(bǔ)充鈣與堿的情況下，能夠提升材料的強(qiáng)度性能，而且提升的幅度較為明顯，在高摻量的粉煤灰混凝土中可以加以應(yīng)用。

三、結(jié)束語

綜上所述，粉煤灰作為固體廢料，將其應(yīng)用與混凝土中具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)方面的價(jià)值，但是當(dāng)粉煤灰的參量達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，材料體系會(huì)發(fā)生質(zhì)變的效果，材料的各項(xiàng)性能無法保障，必須借助于相關(guān)的外加劑，而不同的外加劑會(huì)與材料物質(zhì)發(fā)生不同的反應(yīng)，通過不同的機(jī)理來改善材料的強(qiáng)度性能，發(fā)揮粉煤灰最大的應(yīng)用價(jià)值。除了本文所試驗(yàn)的外加劑材料之外，也有很多其他的外加劑類型，隨著技術(shù)的成熟，這樣的試驗(yàn)仍舊需要持續(xù)研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]邸云菲， 袁楓斌， 劉江. 多種因素對大摻量粉煤灰混凝土早期力學(xué)性能及凝結(jié)時(shí)間的影響[J]. 四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2019， 32（02）：84-89.

[2]馬琳. 外加劑對混凝土收縮與開裂性能影響的試驗(yàn)研究[J]. 當(dāng)代化工， 2017（2）：233-236.

[3]苗偉， 解飛. 混凝土外加劑對混凝土性能的影響分析[J]. 建材與裝飾， 2017（31）：47-48.

（作者單位：德州中科新材料有限公司）