粉煤灰和石粉對(duì)預(yù)制構(gòu)件混凝土性能的影響

高文靜

（溫州振杰混凝土有限公司，浙江 溫州 325802）

0 前言

傳統(tǒng)施工方式工作環(huán)境差、可控性不強(qiáng)以及施工質(zhì)量受到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)水平、養(yǎng)護(hù)條件等制約，裝配式施工成為改良傳統(tǒng)施工方式的重要途徑。預(yù)制混凝土（PC）構(gòu)件作為裝配式施工的重要部品部件，經(jīng)過(guò)深化設(shè)計(jì)、鋼筋及預(yù)埋鋪裝、混凝土澆筑等工序制得。預(yù)制混凝土要求和易性良好、早期強(qiáng)度高、感觀質(zhì)量好[1]，對(duì)混凝土原材料及澆筑水平提出更高要求。

粉煤灰具有火山灰效應(yīng)、滾珠效應(yīng)和微集料效應(yīng)，成為提高混凝土綜合性能的重要礦物摻合料[2]，然而隨著國(guó)家“碳達(dá)峰”和“碳中和”政策的推進(jìn)，作為燃煤電廠副產(chǎn)物的粉煤灰供應(yīng)日趨緊張，劣質(zhì)粉煤灰、脫硫灰、假灰等充斥市場(chǎng)，給混凝土生產(chǎn)與工程質(zhì)量帶來(lái)影響[3]。石灰石粉來(lái)源廣、品質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，開(kāi)始作為輔助膠凝材料應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)，有研究[4-6]發(fā)現(xiàn)，石粉可以降低水泥漿體粘度、提高混凝土保水性，同時(shí)具有晶核效應(yīng)，促進(jìn)水泥早期水化，但應(yīng)注意石粉細(xì)度和摻量的影響[7]。本項(xiàng)目依托某預(yù)制墻板項(xiàng)目，研究了粉煤灰和石灰石粉對(duì)混凝土性能的影響，以便為礦物摻合料的研究及預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)提供參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥采用市售 P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，水泥的性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。粉煤灰為Ⅱ級(jí)灰，45μm 方孔篩余 15%、燒失量 5.0%，需水比為 103%。石灰石粉45μm 方孔篩余 8%，CaCO3含量 85%，凈漿流動(dòng)度比110%。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

（2）試驗(yàn)采用機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 3.0，石粉含量12%，MB 值 1.1；小石粒徑為 5～10mm，大石 10～20mm，壓碎值 9.8%。

（3）外加劑采用高性能聚羧酸減水劑（早強(qiáng)型），含固量 16%，摻量在 1.5%～2.0% 之間。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）根據(jù)某預(yù)制墻板生產(chǎn)情況，采用 C30 混凝土配合比，見(jiàn)表 2，礦物摻合料用量分別為 70kg/m3、

表2 試驗(yàn)用 C30 混凝土配合比 kg/m3

40kg/m3。

（2）加入粉煤灰和石粉后進(jìn)行混凝土拌合，按GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試混凝土坍落度、凝結(jié)時(shí)間及含氣量。

（3）混凝土流變性測(cè)試：將拌合好的混凝土去除粗骨料，將備好的凈漿取 2L 離篩孔 10cm 高處，使其勻速通過(guò) 4.75mm 方孔篩，計(jì)算砂漿全部通過(guò)方孔篩的時(shí)間。

（4）混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度測(cè)試參照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，稱(chēng)取原材料進(jìn)行加水拌和，成型 100mm×100mm×100mm 的抗壓試模、100mm×100mm×400mm 的抗折試模，覆膜養(yǎng)護(hù) 24h 拆模，之后放置室內(nèi)養(yǎng)護(hù)（濕度(65±5)%，溫度 (20±2)℃），測(cè)試混凝土 1d、7d 和28d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

（5）混凝土碳化和電通量測(cè)試參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，將混凝土拌合后成型覆膜 24h 后拆模，測(cè)試混凝土室內(nèi)養(yǎng)護(hù)（濕度 (65±5)%，溫度 (20±2)℃）下的碳化深度和 28d 電通量值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 工作性能

按照表 2 所示混凝土配比拌合，測(cè)試混凝土拌合物初始坍落度、凝結(jié)時(shí)間以及混凝土流變性能、含氣量等，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 3。

表3 混凝土工作性能測(cè)試結(jié)果

表3 結(jié)果顯示，混凝土坍落度因粉煤灰和石粉取代量不同而出現(xiàn)差異，當(dāng)粉煤灰和石粉摻量增加時(shí)，混凝土坍落度增加，這說(shuō)明石粉和粉煤灰都可以起到改善混凝土流動(dòng)性的作用，且摻入石粉的混凝土坍落度增加高于粉煤灰，這是因?yàn)槭巯啾确勖夯腋芙档蜐{體粘度。

加入石粉后混凝土凝結(jié)時(shí)間縮短，這是因?yàn)檫m宜細(xì)度的石粉對(duì)混凝土起到有效填充，有研究[8]認(rèn)為石粉能夠起到晶核作用，促進(jìn)水泥水化，使得生成水化產(chǎn)物的進(jìn)程加快，使混凝土初凝和終凝時(shí)間縮短。礦摻種類(lèi)和摻量對(duì)混凝土含氣量影響不大，但礦摻比例增加的情況下粉煤灰更容易引入外界空氣，也有可能是粉煤灰自身物質(zhì)參與反應(yīng)生成的氣體所致。

2.2 抗壓和抗折強(qiáng)度

按照表 2 所示混凝土配合比稱(chēng)取原材料，進(jìn)行拌和成型，覆膜養(yǎng)護(hù) 24h 后拆模，測(cè)試混凝土在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)（濕度 (65±5)%，溫度 (20±2)℃）下的 1d、7d 和 28d的抗壓和抗折強(qiáng)度。結(jié)果見(jiàn)表 4。

從表 4 結(jié)果可以看出，當(dāng)摻量為 70kg/m3時(shí)，摻石粉的混凝土 1d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均低于摻粉煤灰組；當(dāng)石粉和粉煤灰摻量為 40kg/m3時(shí)，混凝土 1d 抗壓強(qiáng)度石粉略高于粉煤灰，隨著齡期發(fā)展，摻入粉煤灰的混凝土強(qiáng)度持續(xù)發(fā)展，優(yōu)于摻入石粉組。同樣摻合料時(shí)，石粉摻量增加，混凝土各齡期強(qiáng)度降低，這說(shuō)明石粉活性較低，對(duì)混凝土強(qiáng)度造成一定影響。粉煤灰表現(xiàn)出和石粉相同的強(qiáng)度規(guī)律。

表4 粉煤灰和石灰石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

摻入不同量的石粉和粉煤灰的混凝土抗折強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)和抗壓強(qiáng)度一致。適量石粉可以起到有效填充作用，同時(shí)在水泥水化過(guò)程中充當(dāng)晶核作用，能促進(jìn)水泥早期水化。但石粉活性低于粉煤灰，無(wú)法像粉煤灰一樣發(fā)揮后期的二次水化效應(yīng)，因此混凝土強(qiáng)度可持續(xù)發(fā)展能力較低。

2.3 電通量和碳化深度

混凝土抗氯離子能力和抗碳化性能是混凝土耐久性的重要指標(biāo)。對(duì)混凝土 28d 電通量和碳化深度發(fā)展情況進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 5。

表5 石粉和粉煤灰混凝土電通量和碳化深度值

表5 結(jié)果顯示，隨著石粉和粉煤灰摻量增加，混凝土28d 電通量均增加；當(dāng)摻量相同時(shí)，粉煤灰相比石粉具有較低的電通量，這說(shuō)明粉煤灰抵抗氯離子通過(guò)的能力較強(qiáng)。當(dāng)?shù)V物摻合料用量少時(shí)，混凝土 7d 碳化深度相當(dāng)，28d 碳化深度石粉略高于粉煤灰，粉煤灰和石粉同為 70kg/m3時(shí)，摻入粉煤灰的混凝土 7d 和 28d 碳化深度均低于石粉組，這說(shuō)明隨著齡期發(fā)展，粉煤灰參與二次水化，消耗部分氫氧化鈣，同時(shí)生成的水化產(chǎn)物使得混凝土更加密實(shí)[9]，使得混凝土抵抗氯離子和酸性氣體的能力增強(qiáng)。石粉活性相對(duì)較低，無(wú)法為水泥水化提供持續(xù)反應(yīng)動(dòng)力，密實(shí)程度略低。

3 結(jié)論

（1）適量的石粉和粉煤灰可以提高混凝土流動(dòng)性，且石粉在降低混凝土粘度方面更為突出，同摻量下石粉凝結(jié)時(shí)間較短，但石粉和粉煤灰摻量增加都使得混凝土初凝和終凝時(shí)間有所延長(zhǎng)。礦摻種類(lèi)和摻量對(duì)混凝土含氣量影響不大，但提高礦摻比例時(shí)粉煤灰引入混凝土的含氣量略有增加。

（2）當(dāng)石粉和粉煤灰摻量較低時(shí)，摻入石粉混凝土 1d 抗折和抗壓強(qiáng)度略高于粉煤灰，混凝土 7d 和 28d抗壓和抗折強(qiáng)度粉煤灰占優(yōu)；隨摻量繼續(xù)增加，摻石粉的混凝土 1d、7d 和 28d 抗壓和抗折強(qiáng)度均低于摻粉煤灰組。

（3）隨著石粉和粉煤灰摻量增加，混凝土 28d 電通量增加；同摻量下，摻入粉煤灰混凝土相比石粉混凝土電通量要低；當(dāng)?shù)V摻用量為 40kg/m3時(shí)，摻入粉煤灰和石粉的混凝土 7d 碳化深度差別不大，28d 碳化深度石粉略高于粉煤灰，當(dāng)摻量為 70kg/m3時(shí)，粉煤灰混凝土 7d 和 28d 碳化深度均低于石粉。