粉煤灰摻量對(duì)水工混凝土早齡期力學(xué)性能的影響

薛山　王成　葛廣華　李楨怡　戎澤斌　李曦彤

摘要：為探究粉煤灰摻量對(duì)塔里木灌區(qū)水工混凝土早齡期力學(xué)性能的影響，本文對(duì)不同粉煤灰摻量（0%、10%、20%、30%、40%）混凝土在3、7、28 d齡期的基本力學(xué)性能進(jìn)行宏觀(guān)和微觀(guān)的對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明：（1）摻入一定量的粉煤灰可以改善早齡期混凝土的力學(xué)性能，且早齡期混凝土強(qiáng)度均隨粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的變化趨勢(shì)；（2）粉煤灰摻量為10%時(shí)，試件立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均達(dá)到最大值，與基準(zhǔn)組試件的相應(yīng)強(qiáng)度相比，分別提高18.19%、20.13%、17.75%；（3）摻入適量的粉煤灰可以改善材料內(nèi)部的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，提高材料的密實(shí)度。本文研究結(jié)果可為粉煤灰在塔里木灌區(qū)水工混凝土工程中的廣泛應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水工混凝土；粉煤灰；抗壓強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度；微觀(guān)結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.36文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

The influence of fly ash quantity on early-age mechanical properties of hydraulic concrete

XUE? Shan1，WANG? Cheng1，2*，GE? Guanghua1，LI? Zhenyi1，RONG? Zebin1，LI? Xitong1

（1 School of Water Conservancy and Architectural Engineering，Tarim University，Alar，Xinjiang 843300，China;

2 Southern Xinjiang Geotechnical Engineering Research Center，Tarim University，Alar，Xinjiang 843300，China）

Abstract： In order to explore the influence of fly ash replacement on earlyage mechanical properties of hydraulic concrete in Tarim irrigation area，the macro and micro comparative tests of basic mechanical properties of concrete with different fly ash replacement （0%，10%，20%，30%，40%）at 3，7，28 d ages were conducted in the paper.The results show that：（1）adding a certain amount of fly ash can improve the mechanical properties of earlyage concrete，and the strength of earlyage concrete increases firstly and then decreases with the increase of fly ash content;（2）When the fly ash content is 10%，the cube compressive strength，splitting tensile strength and flexural strength of the specimen reach their maximum values，which are 18.19%，20.13%，17.75% higher than those of the reference group，respectively;（3）Adding appropriate amount of fly ash can improve the internal microstructure of concrete and enhance the compactness of the material.The research results can provide scientific basis for the wide application of fly ash in hydraulic concrete engineering in Tarim irrigation area.

Key words： hydraulic concrete;fly ash;compressive strength;tensile strength;folding strength;microscopic characteristics

粉煤灰作為一種綠色、環(huán)保的活性礦物摻合料，可作為水泥基復(fù)合材料代替部分水泥用于制備混凝土［1］，并且粉煤灰具有填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，摻入混凝土后可以改善其內(nèi)部界面結(jié)構(gòu)，從而減小混凝土內(nèi)部的孔隙率、增加密實(shí)度［2］，而且在水工混凝土中用粉煤灰取代部分水泥，既可節(jié)約水泥用量，又能有效利用當(dāng)?shù)毓I(yè)廢料，同時(shí)還能降低環(huán)境污染和工程造價(jià)，具有節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的雙重作用［3-4］。近年來(lái)許多學(xué)者針對(duì)粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用研究取得了很多進(jìn)展，孫瑤等［5］通過(guò)超細(xì)粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，隨著超細(xì)粉煤灰的摻入，混凝土的力學(xué)性能有所改善；周建偉等［6］對(duì)摻粉煤灰混凝土在不同溫度下的力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，相同溫度摻粉煤灰可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度；羅小博等［7］通過(guò)研究粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻量達(dá)到15%～20%時(shí)混凝土的立方抗壓強(qiáng)度以及軸心抗壓強(qiáng)度均有一定程度的提高，且養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)，其強(qiáng)度提高越明顯；范夢(mèng)甜等［8］對(duì)摻入研磨處理粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度及微觀(guān)結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，隨著超細(xì)粉煤灰研磨的時(shí)間加長(zhǎng)，其對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改善越顯著，從而使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高；王輝等［9］對(duì)粉煤灰摻入高性能自密實(shí)混凝土的研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰對(duì)抗壓強(qiáng)度影響表現(xiàn)為早期較小、后期較大，且粉煤灰摻量越大，對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響也越大；Ali等［10］對(duì)分別摻入經(jīng)過(guò)碳酸鹽活化粉煤灰后的混凝土研究發(fā)現(xiàn)，摻入處理粉煤灰對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的提高更明顯，混凝土的耐久性也有所改善；Farooq等［11］通過(guò)改性粉煤灰摻入自密實(shí)混凝土中對(duì)抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)的研究發(fā)現(xiàn)，改性粉煤灰可以改善試件力學(xué)性能。從上述研究來(lái)看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響的研究較多，而針對(duì)粉煤灰摻量對(duì)早齡期水工混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度影響的研究較少，因此，本文根據(jù)GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，制備5種不同摻量粉煤灰（0%、10%、20%、30%、40%）的混凝土試件，對(duì)3、7、28d齡期時(shí)該試件分別進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，并用掃描電鏡（SEM）研究不同摻量粉煤灰混凝土的內(nèi)部微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征，分析粉煤灰摻量對(duì)早齡期混凝土力學(xué)性能影響的規(guī)律，擬確定基于早齡期最佳力學(xué)性能的粉煤灰與混凝土的適宜配比，提出早齡期混凝土最佳力學(xué)性能所對(duì)應(yīng)的粉煤灰最佳摻量，為提高粉煤灰在塔里木灌區(qū)水工混凝土工程中的技術(shù)應(yīng)用水平和改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)兵團(tuán)又好又快向南發(fā)展提供科學(xué)的試驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥選用阿克蘇天山多浪有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，其技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。骨料均為溫宿縣同順砂石料廠(chǎng)生產(chǎn)，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2，粗骨料為粒徑5～20mm和20～40mm的連續(xù)級(jí)配卵石，其中針片狀顆粒含量為3%，細(xì)骨料為中砂，堅(jiān)固性為2%。粉煤灰選用阿拉爾新滬熱電廠(chǎng)生產(chǎn)的Ⅲ級(jí)粉煤灰，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3；減水劑采用阿拉爾正達(dá)商混站提供的TSX高性能減水劑；拌合水采用阿拉爾市自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)混凝土配合比采用水膠比為0.46，粉煤灰等質(zhì)量取代水泥，其摻量分別為0%、10%、20%、30%、40%，分別用JZ、F10、F20、F30、F40表示，其中JZ為基準(zhǔn)混凝土試件，配合比見(jiàn)表4。

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)》，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)所用試件的尺寸為150mm×150mm×150mm，混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)所用試件的尺寸為150mm×150mm×550mm。采用親水性脫模劑，為使試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效和便于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，每種力學(xué)性能試驗(yàn)制作1組試件，每組3個(gè)，一共制作試件135塊，其中，立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)試件、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)試件各45塊。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備和儀器

主要有HJW-60型單臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)（天津市路達(dá)建筑儀器有限公司）、HZJ-1型混凝土振實(shí)臺(tái)（天津市美特斯試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng)）、TSY-3000A型恒加載壓力試驗(yàn)機(jī)（浙江路達(dá)機(jī)械儀器有限公司）、WES-600型數(shù)顯液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、Apero S型可變真空超高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡。

1.4 試件制備

參照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，首先將稱(chēng)好的砂、石子、水泥、粉煤灰倒入攪拌機(jī)中攪拌30s，使粉煤灰在干料中均勻分布，然后均勻倒入摻有減水劑的水，攪拌120s，對(duì)其和易性進(jìn)行觀(guān)察，符合標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行裝模并振搗15～20s直至試件成型。24h后拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，隨后分別開(kāi)展3、7、28d齡期時(shí)摻粉煤灰水工混凝土的基本力學(xué)性能試驗(yàn)，測(cè)定混凝土試件的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 宏觀(guān)力學(xué)性能

2.1.1 立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

不同摻量粉煤灰混凝土試件3、7、28d齡期時(shí)的立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值見(jiàn)表5，抗壓強(qiáng)度與強(qiáng)度增長(zhǎng)率變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1、圖2。

由表5和圖1可知：相對(duì)于JZ試件的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度而言，粉煤灰摻量為10%時(shí)，F(xiàn)10試件3、7、28d齡期的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)上升趨勢(shì)；粉煤灰摻量超過(guò)10%以后，F(xiàn)20至F40試件3、7、28d齡期的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)降低趨勢(shì)；隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土各齡期立方體抗壓強(qiáng)度的大小關(guān)系為F10＞JZ≥F20＞F30＞F40。上述結(jié)果表明：摻入一定量的粉煤灰可以改善早齡期水工混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，且隨粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的變化趨勢(shì)。

由表5和圖1、圖2可知：相對(duì)于JZ試件的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度而言，粉煤灰摻量為10%時(shí)，F(xiàn)10試件3、7、28d齡期的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最大值，強(qiáng)度增長(zhǎng)率分別達(dá)到了18.19%、8.03%、7.30%；粉煤灰摻量超過(guò)10%以后，F(xiàn)20至F40試件3、7、28d齡期的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率逐漸降低，其中，F(xiàn)20試件除3d齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率為正值外，7、28d齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率均為負(fù)值;F30、F40試件3、7、28d齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率均為負(fù)值。出現(xiàn)上述試驗(yàn)現(xiàn)象的原因如下：由于粉煤灰大量取代水泥，使得膠凝體系中有效水灰比增大，從而導(dǎo)致混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度有所降低。由此可見(jiàn)，對(duì)于早齡期水工混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度而言，早齡期水工混凝土的粉煤灰最佳摻量為10%。

由各齡期不同摻量粉煤灰試件的立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞形態(tài)（圖3）可見(jiàn)：JZ試件受壓破壞后，表面出現(xiàn)多道較深的裂縫，從試件的左端蔓延至試件的右端，表明試件破壞較為嚴(yán)重（圖3a）；F10試件受壓破壞后呈現(xiàn)出少量的微小裂縫，裂縫集中出現(xiàn)在試件中心區(qū)域，試件的邊角有少許的脫落（圖3b、d、g）；F20試件的受壓破壞更為明顯，裂縫深度有所加深，并且可以觀(guān)察到的裂縫條數(shù)也增多了，左右兩邊有塊狀脫落（圖3c、e）；F30試件受壓破壞后脫落較為嚴(yán)重，可以明顯地看到整面的試塊脫落，并且粗骨料已經(jīng)裸露在外，抗壓強(qiáng)度有所下降（圖3h）；F40試件受壓破壞后，脫落部位較為集中，在試件的左半部或者右半部都有較為明顯的脫落，導(dǎo)致試件破壞，其余部位還未見(jiàn)有明顯的破壞（圖3f、i）。由各齡期不同摻量粉煤灰試件立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞形態(tài)可見(jiàn)，當(dāng)摻入10%粉煤灰時(shí)，相比于JZ試件的裂縫條數(shù)和裂縫深度均有所減少，而隨著粉煤灰摻量超過(guò)10%后，試件的脫落由小面積逐漸增大到塊狀及條狀的脫落，說(shuō)明粉煤灰摻量過(guò)多，將使得破壞現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。

綜上所述，F(xiàn)10試件組在不同齡期的立方體抗壓強(qiáng)度、強(qiáng)度增長(zhǎng)率以及破壞形態(tài)上均相對(duì)較優(yōu)，改善了早齡期水工混凝土的力學(xué)性能。

2.1.2 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

不同摻量粉煤灰試件3、7、28d齡期的劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值見(jiàn)表6，劈裂抗拉強(qiáng)度與強(qiáng)度增長(zhǎng)率變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4、圖5。

由表6和圖4a可知：相對(duì)于JZ試件的劈裂抗拉強(qiáng)度而言，粉煤灰摻量為10%時(shí)，F(xiàn)10試件3、7、28d齡期的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)上升趨勢(shì)；粉煤灰摻量超過(guò)10%以后，F(xiàn)20至F40試件3、7、28d齡期的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)降低趨勢(shì)。說(shuō)明摻入一定量的粉煤灰可以改善早齡期水工混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，且早齡期水工混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均隨粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的變化趨勢(shì)。

由表6和圖4可以看出：相對(duì)于JZ試件的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度而言，粉煤灰摻量為10%時(shí)，F(xiàn)10試件3、7、28d齡期的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均達(dá)到最大值，強(qiáng)度增長(zhǎng)率分別為16.97%、20.13%、6.08%；粉煤灰摻量超過(guò)10%以后，F(xiàn)20至F40試件3、7、28d齡期的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)度增長(zhǎng)率逐漸降低，其中：F20試件除3、7d齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率為正值外，28d齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率為負(fù)值；F30、F40試件3、7、28d齡期強(qiáng)度的增長(zhǎng)率則均為負(fù)值。這與董偉等［12］研究同等條件下?lián)?0%的粉煤灰試件表現(xiàn)出了更優(yōu)的力學(xué)性能的研究結(jié)果一致。出現(xiàn)上述試驗(yàn)現(xiàn)象的原因如下：由于粉煤灰摻入過(guò)多，膠凝材料強(qiáng)度增長(zhǎng)不足，從而影響了試件的劈裂抗拉強(qiáng)度，因此，對(duì)于早齡期水工混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，粉煤灰的摻量不宜過(guò)多。對(duì)于早齡期水工混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度而言，粉煤灰最佳摻量為10%，最多不宜超過(guò)20%，超過(guò)20%早齡期水工混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度會(huì)降低。

各齡期不同摻量粉煤灰試件劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞形態(tài)見(jiàn)圖5。由圖5可以看出：JZ試件受到劈裂破壞后，試件的中部出現(xiàn)斷裂，且裂縫寬度較大，破壞較為嚴(yán)重（圖5g）；F10試件受到劈裂破壞后，在試件的頂部出現(xiàn)較淺的壓痕和細(xì)小的裂縫，并逐步向壓痕蔓延，整體狀態(tài)較為完整（圖5a、d、i）；F20試件受到劈裂破壞后，壓痕更加明顯，并且裂縫的數(shù)量及長(zhǎng)度也增多了（圖5b、h）；F30試件受到劈裂破壞后，頂部破壞嚴(yán)重，在壓痕附近不僅有貫穿性裂縫，在裂縫附近還出現(xiàn)了脫落現(xiàn)象（圖5c、e），可見(jiàn)粉煤灰摻量達(dá)到30%后，試件的破壞現(xiàn)象明顯加重；F40試件受到劈裂破壞后，可以明顯地觀(guān)察到試件被劈裂成了2塊，且裂縫寬度較大，屬于瞬時(shí)破壞，在頂部和底部均出現(xiàn)了部分的脫落現(xiàn)象（圖5f）。由各齡期不同摻量粉煤灰試件劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞形態(tài)可見(jiàn)，當(dāng)摻入10%粉煤灰時(shí)，相比于JZ試件僅產(chǎn)生了較淺的壓痕和裂縫，整體形態(tài)較為完好，而當(dāng)粉煤灰摻量超過(guò)10%后，試件產(chǎn)生的貫穿性裂縫寬度逐漸變大，還伴有壓痕附近混凝土成塊狀脫落，破壞的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。

綜上所述，在劈裂抗拉強(qiáng)度變化及強(qiáng)度增長(zhǎng)率變化圖中發(fā)現(xiàn)，各個(gè)齡期達(dá)到峰值的試件均為F10試件，且破壞時(shí)整體形態(tài)較好，對(duì)于早齡期水工混凝土來(lái)說(shuō)，摻入10%的粉煤灰可以使其發(fā)揮出最佳的力學(xué)性能。

2.1.3 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

不同摻量粉煤灰試件3、7、28d齡期時(shí)的抗折強(qiáng)度實(shí)測(cè)值見(jiàn)表7，抗折強(qiáng)度和強(qiáng)度增長(zhǎng)率變化趨勢(shì)見(jiàn)圖6。

由表7和圖6a可以看出：相對(duì)于JZ試件的抗折強(qiáng)度而言，摻入粉煤灰試件的抗折強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)試件的抗折強(qiáng)度，表明混凝土中摻入粉煤灰可以改善早齡期水工混凝土的抗折強(qiáng)度。其中，粉煤灰摻量為10%時(shí)，F(xiàn)10試件3、7、28d齡期的混凝土

抗折強(qiáng)度均出現(xiàn)上升趨勢(shì)；粉煤灰摻量超過(guò)10%以后，F(xiàn)20至F40試件3、7、28d齡期的混凝土抗折強(qiáng)度均出現(xiàn)降低趨勢(shì)。說(shuō)明早齡期水工混凝土的抗折強(qiáng)度均隨粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的變化趨勢(shì)。

由表7、圖6可以看出：粉煤灰摻量為10%時(shí)，F(xiàn)10試件3、7、28d齡期的混凝土抗折強(qiáng)度均達(dá)到最大值，強(qiáng)度增長(zhǎng)率分別為16.43%、12.87%、17.75%；粉煤灰摻量超過(guò)10%以后，F(xiàn)20至F40試件3、7、28d齡期的混凝土抗折強(qiáng)度的強(qiáng)度增長(zhǎng)率逐漸降低。說(shuō)明混凝土中粉煤灰10%摻量時(shí)，3、7、28d齡期混凝土的抗折強(qiáng)度提高效果最為明顯。隨著摻量的增加，早齡期混凝土的抗折強(qiáng)度逐漸降低。由此可知，水工混凝土中粉煤灰的最佳摻量為10%，超過(guò)最佳摻量后，抗折強(qiáng)度強(qiáng)度增長(zhǎng)率逐漸降低。該結(jié)果與陳民等［13］將多種礦物質(zhì)摻入混凝土中，其中單摻粉煤灰試件的抗折強(qiáng)度也是得到了明顯提高的結(jié)論一致，所以10%是粉煤灰可以提高早齡期水工混凝土抗折強(qiáng)度的最佳摻量。

各齡期不同摻量粉煤灰試件的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞形態(tài)見(jiàn)圖7。

由圖7可以看出：JZ試件在試件中部發(fā)生折斷，且折斷的裂縫是較為整齊的從底部延伸至頂部，使得試件完全斷裂，發(fā)生嚴(yán)重破壞（圖7g）；F10試件抗折破壞后，在試件的中部出現(xiàn)了一條裂縫，從試件的底部蔓延至試件的中上部，但還未使試件發(fā)生完全斷裂，試件較為完整（圖7a、d、h）；F20試件抗折破壞后，在試件中部偏左處產(chǎn)生了參差不齊的裂縫，試件完全斷裂成2塊（圖7e）；F30試件受到抗折破壞后，在試件中部產(chǎn)生了較大的貫穿性裂縫，破壞現(xiàn)象比較嚴(yán)重（圖7b、i）；F40試件受到抗折破壞后，斷裂得較為干脆，裂縫從底部直接貫穿整個(gè)試件，使得試件斷裂（圖7c、f）。由各齡期不同摻量粉煤灰試件抗折強(qiáng)度試驗(yàn)的破壞形態(tài)可見(jiàn)，當(dāng)摻入10%粉煤灰時(shí)，F(xiàn)10試件僅產(chǎn)生了一條微小的裂縫，整體形態(tài)較為完好，而隨著粉煤灰摻量超過(guò)10%以后，試件的裂縫形態(tài)參差不齊，增大了裂縫面之間的骨料咬合力，從而提高了試件的抗折強(qiáng)度。

綜上所述，從抗折強(qiáng)度變化及增長(zhǎng)率來(lái)看，摻入粉煤灰試件的抗折強(qiáng)度均比JZ試件的抗折強(qiáng)度要高，且摻量為10%時(shí)，試件的抗折強(qiáng)度達(dá)到了峰值；從破壞形態(tài)來(lái)看，F(xiàn)10試件組的破壞現(xiàn)象最輕，沒(méi)有出現(xiàn)貫穿性裂縫，其他摻量的試件均產(chǎn)生了參差不齊貫穿性裂縫，增大了裂縫面之間的骨料咬合力，從而提高了早齡期水工混凝土的抗折強(qiáng)度。

2.2 微觀(guān)結(jié)構(gòu)及分析

微觀(guān)試驗(yàn)采用Apreo S SEM電鏡掃描儀，28d齡期時(shí)JZ、F10、F20、F30、F40試件破壞后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征的SEM圖見(jiàn)圖8。

由圖8可以看出：JZ試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔隙分布比較多，并且孔隙中水泥水化產(chǎn)物含量較少，水化產(chǎn)物的結(jié)合也不夠緊密，從而影響了混凝土的整體性，使得混凝土力學(xué)性能較差（圖8a）；F10試件可以明顯地觀(guān)察到孔洞比較多，并且表面出現(xiàn)了玻璃球狀的粉煤灰顆粒，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到一定程度的填充作用（圖8b）；F20試件內(nèi)部的孔洞明顯減少，孔徑也在變小，而且可以觀(guān)察到更多的玻璃球狀的粉煤灰顆粒，提高了膠結(jié)性能，從而改善了混凝土的整體力學(xué)性能（圖8c）；F30試件內(nèi)部已經(jīng)觀(guān)察不到孔洞的存在，在細(xì)微的縫隙周?chē)梢郧逦赜^(guān)察到玻璃球狀的粉煤灰顆粒填充在其中，粉煤灰起到了很好的填充作用，增加了試件整體的結(jié)構(gòu)性能（圖8d）；F40試件已經(jīng)觀(guān)察不到孔洞以及裂縫的存在，觀(guān)察面基本被粉煤灰顆粒所覆蓋，并且發(fā)現(xiàn)了較少的成塊狀的水泥水化產(chǎn)物。由于粉煤灰摻量過(guò)多，從而導(dǎo)致發(fā)生水化反應(yīng)的水泥減少，雖然在整體結(jié)構(gòu)上有所密實(shí)，但是對(duì)于力學(xué)性能而言，由于主要提供強(qiáng)度的水泥含量減少，早齡期強(qiáng)度也就有所降低（圖8e）。

出現(xiàn)上述試驗(yàn)現(xiàn)象的原因分析如下：由于粉煤灰的表面呈現(xiàn)為球狀顆粒，并且較為光滑，粉煤灰的摻入對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行有效的填充，起到減少混凝土微小孔隙的作用，提高了膠凝性能，從而提高了混凝土的整體性，改善了早齡期混凝土的力學(xué)性能。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰替代一定質(zhì)量的水泥可以改善早齡期水工混凝土的力學(xué)性能，其中粉煤灰填充作用是混凝土強(qiáng)度提高的主要原因之一，且早齡期水工混凝土強(qiáng)度均隨粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的變化趨勢(shì)。

（2）相對(duì)于基準(zhǔn)試件的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度而言，早齡期水工混凝土的相應(yīng)強(qiáng)度均達(dá)到最大值的粉煤灰的最佳摻量為10%。

（3）摻入一定量的粉煤灰可以改善早齡期水工混凝土的基本力學(xué)性能。

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（責(zé)任編輯：編輯張忠）

收稿日期：2022-01-14

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（52168035），新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)區(qū)域創(chuàng)新引導(dǎo)計(jì)劃（2018BB045），新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)重點(diǎn)領(lǐng)域科技攻關(guān)計(jì)劃（2019AB016）

作者簡(jiǎn)介：薛山（1998—），男，碩士研究生，專(zhuān)業(yè)研究方向?yàn)榛炷聊途眯?，e-mail：577590583@qq.com。

*通信作者：王成（1978—），男，教授，主要從事混凝土及混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究，e-mail：wchgghwzy@163.com。