機(jī)械活化粉煤灰對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

王 晨

（遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院，遼寧 丹東 118000）

粉煤灰是我國(guó)高速發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢渣，隨處堆積的粉煤灰缺乏科學(xué)有效的處置方法，產(chǎn)生大量灰塵，污染周邊生態(tài)環(huán)境。我國(guó)每年粉煤灰產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)5×1010t，然而非有效利用率高達(dá)70%以上。大摻量粉煤灰混凝土利用廢渣粉煤灰中潛在的活性成分，可以節(jié)省水泥用量，綠色環(huán)保，能較大幅度降低混凝土工程的造價(jià)成本，解決堆放粉煤灰占用大量土地的難題。

目前，科研人員對(duì)粉煤灰的研究主要是分析其摻量變化，或是分析通過(guò)化學(xué)方法把粉煤灰進(jìn)行活化后對(duì)混凝土的影響，利用機(jī)械化學(xué)法對(duì)粉煤灰進(jìn)行機(jī)械活化的研究相對(duì)匱乏。本文通過(guò)對(duì)粉煤灰進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的機(jī)械活化，研究大摻量粉煤灰對(duì)混凝土主要工作性能和力學(xué)性能的影響，改善大摻量粉煤灰混凝土工作性能，提高其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用遼寧省丹東市某熱電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰（其成分分析見(jiàn)表1），其主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3，這兩種組分的含量占比達(dá)到87.6%，這些活性硅鋁成分多數(shù)以無(wú)定型態(tài)存在于粉煤灰中，可促使粉煤灰反應(yīng)生成水硬性產(chǎn)物。

表1 粉煤灰的化學(xué)成分

本實(shí)驗(yàn)采用俄羅斯高能球磨機(jī)AGO-‖，球料比設(shè)定為20∶1，球磨的時(shí)間設(shè)定為0min、5min、10min、15min和20min。利用球磨機(jī)對(duì)粉煤灰進(jìn)行機(jī)械活化，記作H0、H5、H10、H15、H20。采用等量取代法以40%的比例等質(zhì)量替代混凝土中的水泥，以C40混凝土的基準(zhǔn)配合比為基礎(chǔ)。本試驗(yàn)以不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰等質(zhì)量代替水泥，對(duì)混凝土拌合物工作性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，通過(guò)坍落度試驗(yàn)測(cè)定混凝土拌合物的坍落度和擴(kuò)展度，評(píng)定其流動(dòng)性，通過(guò)直觀經(jīng)驗(yàn)法評(píng)定其粘聚性、保水性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析不同機(jī)械活化時(shí)間的粉煤灰對(duì)混凝土拌合物工作性能的影響，綜合評(píng)價(jià)機(jī)械活化粉煤灰混凝土的工作性能。分析40%摻量粉煤灰不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)混凝土工作性能的影響

本試驗(yàn)測(cè)試了不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰以40%等質(zhì)量替代水泥的機(jī)械活化粉煤灰混凝土的初盤(pán)0min坍落度、30min坍落度、60min坍落度和坍落擴(kuò)展度，分別對(duì)混凝土的保水性和粘聚性進(jìn)行觀察評(píng)定，試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 機(jī)械活化粉煤灰混凝土和易性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)分別為0min、5min、10min、15min和20min的粉煤灰，分別以40%的摻量等質(zhì)量替代混凝土中的水泥，測(cè)得機(jī)械活化粉煤灰混凝土試件的塌落度變化如圖1所示。

圖1 摻入不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)粉煤灰對(duì)混凝土坍落度影響曲線

由表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖1的坍落度變化曲線得知，采用不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰以40%摻量等質(zhì)量替換水泥，制備機(jī)械活化粉煤灰混凝土的坍落度得到明顯改善，摻入不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰，機(jī)械活化粉煤灰混凝土的坍落度均大于基準(zhǔn)混凝土。摻入不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)粉煤灰的混凝土試件，坍落度無(wú)明顯的差值變化，其經(jīng)時(shí)的坍落度損失均呈現(xiàn)合理的影響曲線，經(jīng)時(shí)損失后的數(shù)值均在正常范圍內(nèi)。因此，不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰摻入混凝土的坍落度沒(méi)有明顯變化。

根據(jù)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰對(duì)混凝土的保水性、粘聚性表現(xiàn)良好，均未產(chǎn)生離析泌水現(xiàn)象。這是由于粉煤灰的密度相對(duì)水泥較小，膠凝材料的體積變大，需水量會(huì)有所上升。經(jīng)過(guò)機(jī)械活化的粉煤灰顆粒變小，與水接觸的表面積增大，能更有效填補(bǔ)混凝土中的孔隙結(jié)構(gòu)。所有混凝土試件均表現(xiàn)出很好的粘聚性，表明機(jī)械活化粉煤灰對(duì)于減少泌水現(xiàn)象的發(fā)生效果更好。

2.2 對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

表3 機(jī)械活化粉煤灰混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)方案確定不同機(jī)械活化時(shí)間0min、5min、10min、15min和20min的粉煤灰分別按摻量40%制作成5組（Ⅰ組、Ⅱ組、Ⅲ組、Ⅳ組、Ⅴ組）試塊，按照試驗(yàn)的要求與目的測(cè)試7d、28d的抗壓強(qiáng)度（見(jiàn)表3）。取3個(gè)試件測(cè)得數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算每組試件的強(qiáng)度值，故每組制作6個(gè)試件，共30個(gè)試塊。

不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰按40%摻量取代等質(zhì)量水泥制備的機(jī)械活化粉煤灰混凝土，測(cè)其7d和28d混凝土抗壓強(qiáng)度值如表4所示。

表4 機(jī)械活化粉煤灰混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響分析，根據(jù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，可得到摻加不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)粉煤灰的混凝土隨著期齡增長(zhǎng)的變化曲線（見(jiàn)圖2）。

圖2 粉煤灰活化前后對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

機(jī)械活化后粉煤灰加入混凝土后強(qiáng)度明顯上升，尤其是H10機(jī)械活化10min的粉煤灰，7d強(qiáng)度相比未經(jīng)活化的粉煤灰混凝土增加15%，28d強(qiáng)度相比未經(jīng)活化的粉煤灰混凝土增加20%。但隨著機(jī)械活化時(shí)間不斷增加，顆粒之間反而出現(xiàn)二次團(tuán)聚現(xiàn)象，致使比表面積下降，直接參與反應(yīng)的面積減少，強(qiáng)度有所降低但仍比未活化時(shí)強(qiáng)度高。

機(jī)械活化后的粉煤灰增加了粉煤灰的顆粒細(xì)度和反應(yīng)面積，能更有效地參與水化反應(yīng)，并有效填充混凝土中的孔隙，提升混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。隨著期齡的增加，機(jī)械活化10min的粉煤灰混凝土28d相對(duì)于7d的立方體抗壓強(qiáng)度提升最為明顯。

由此可知，粉煤灰機(jī)械活化的時(shí)長(zhǎng)對(duì)其摻入混凝土后的立方體試件抗壓強(qiáng)度具有非常顯著的影響，但從本次實(shí)驗(yàn)中得知機(jī)械活化粉煤灰混凝土立方體抗壓強(qiáng)度并不是隨著粉煤灰機(jī)械活化的時(shí)間增長(zhǎng)而增強(qiáng)。粉煤灰機(jī)械活化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致粉煤灰出現(xiàn)的團(tuán)聚現(xiàn)象會(huì)使粉煤灰產(chǎn)生團(tuán)聚形成緊實(shí)的顆粒，從而降低粉煤灰參與水化反應(yīng)的面積，使粉煤灰不能有效填充混凝土中的孔隙。

3 結(jié)論

機(jī)械活化后的粉煤灰摻入混凝土后，坍落度得到改善，均大于基準(zhǔn)混凝土。不同機(jī)械活化時(shí)長(zhǎng)的粉煤灰摻入混凝土的坍落度沒(méi)有明顯變化。機(jī)械活化后的粉煤灰均能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，其中機(jī)械活化10min的粉煤灰對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響最大；0～10min增加活化時(shí)間，混凝土抗壓強(qiáng)度增加；活化10min后的粉煤灰，繼續(xù)增加活化時(shí)間混凝土抗壓強(qiáng)度將不再增加。