粉煤灰掺量对机制砂混凝土性能影响的研究

粉煤灰掺量对机制砂混凝土性能影响的研究

谯林波

贵州筑成恒创建设工程有限公司

摘要：研究了不同掺量粉煤灰对机制砂混凝土拌合物坍落度、力学性能的影响。研究表明，随着粉煤灰掺量的不断增加混凝土拌合物坍落度先逐渐增大，当粉煤灰掺量达到40%以后坍落度呈现减小趋势。当采用相同单方用水量进行试验，其结果表明粉煤灰掺量在20%以内，混凝土强度变化不明显，当粉煤灰掺量超过20%其混凝土强度随粉煤灰掺量增加7d及28d强度呈线性关系下降。当采用降低水胶比进行试验则表现为早期强度随掺量增大而降低，后期强度变化不大。根据所需拌合物工作性能及力学性能选择适当的粉煤灰掺量及水胶比指导实际生产尤为重要。

关键词：大掺量粉煤灰、机制砂、水胶比、坍落度

粉煤灰是火力发电所产生的的副产品 ，在水泥及其混凝土拌合物中具有一定的活性。水泥混凝土中掺入一定量的粉煤灰，可以减少水泥用量，从而降低混凝土单方原材料成本，同时又能减少减水剂用量，改善混凝土拌合物和易性，提高混凝土泵送性能，增强硬化后混凝土的性能指标。机制砂由于生产工艺及成本等因数，导致其石粉含量高，颗粒级配呈两端多中间少分布不合理。因其石粉含量高，颗粒级配不合理，导致其单方需水量高，容易出现泵送困难、后期干缩开裂等结果。因此利用粉煤灰具有的缓凝、减水及提高混凝土密实度减少收缩开裂等特性，对不同粉煤灰掺量机制砂混凝土进行试配研究势在必行。近年来粉煤灰机制砂混凝土已在国内外引起广泛的关注，并得到大量的推广应用。但是在机制砂混凝土中粉煤灰掺量多少、选取多少水胶比及单方用水量才能取得最佳工作性能及经济效益，到目前为止，还没有较完善的理论体系。针对上述问题，研究了不同粉煤灰掺量、不同水胶比对其混凝土拌合物性能影响，供实际生产参考。

1.原材料及试验方法 

1.1原材料

水泥：贵定海螺P.O42.5普通硅酸盐水泥 ，标准稠度27.1%，3d强度32.1MPa ，28d强度52.3MPa。

机制砂：贵州凯里机制砂，石粉含量13.5%，MB值0.8，细度模数为2.8。

碎石：石灰石碎石，5-25mm连续级配碎石，压碎指标8.5，表观密度2780kg/m³，孔隙率43%。

外加剂：贵州铁建恒发所生产聚羧酸盐高效减水剂（缓凝型），固含量12%。减水率22%。

粉煤灰：黔东火电厂所生产Ⅱ级粉煤灰，细度20.1%，烧失量5.6%，需水量比98%。

1.2试验方法

（1）选取固定水胶比、单方用水量、外加剂用量及砂率，掺入不同掺量粉煤灰（0%、10%、15%、20%、25%、25%、30%、35%、40%、45%、50%）进行坍落度试验，测定其粉煤灰掺量对混凝土拌合物坍落度影响。

（2）选取固定水胶比、单方用水量及砂率，掺入不同掺量粉煤灰（0%、10%、15%、20%、25%、25%、30%、35%、40%、50%），通过调整外加剂掺量，保持混凝土拌合物坍落度与基准配合比基本接近，测定其不同粉煤灰掺量对其混凝强度的影响。

（3）选取固定总胶凝材料、外加剂用量及砂率，掺入不同掺量粉煤灰（0%、10%、15%、20%、25%、25%、30%、35%、40%、45%、50%），调整单方用水量，保持混凝土拌合物坍落度基本接近，测定其粉煤灰掺量对混凝强度影响。

2.粉煤灰对机制砂混凝土的影响

2.1粉煤灰掺量对坍落度影响

按基准配合比表1进行试拌，测定基准配合比坍落度，固定水胶比、单方用水量、外加剂用量及砂率，掺入不同掺量粉煤灰（0%、10%、15%、20%、25%、25%、30%、35%、40%、45%、50%）进行坍落度试验，测定其不同粉煤灰掺量混凝土拌合物坍落度，以基准混凝土的坍落度为1进行对比，不同掺量粉煤灰混凝土的相对坍落度试验对比结果见图1所示。

表1 粉煤灰对坍落度影响基准配合比

备注：该基准配合比初始坍落度为150mm

图1   不同掺量粉煤灰混凝土的相对坍落度

从图1中可看出，掺入粉煤灰对混凝土坍落度的影响十分明显，掺入粉煤灰的混凝土坍落度均大于基准混凝土。当粉煤灰掺量大于40%以后，其坍落度随着粉煤灰掺量的继续提高出现减小现象。主要原因为粉煤灰与水泥颗粒及石粉之间级配变化，导致超掺一定量后坍落度逐渐减小，但掺入粉煤灰的机制砂混凝土坍落度均高于基准坍落度。通过试验测试掺入粉煤灰后混凝土的和易性明显得到改善，更利于混凝土泵送及浇筑。

选取基准配合比及粉煤灰掺量为40%与50%的混凝土进行坍落度经时损失试验，其试验结果见表2。

表2  粉煤灰混凝土的坍落度经时损失

由表2可知，掺入粉煤灰的混凝土拌合物坍蒋度经时损失均小于基准配合比，基准配合比1h坍落度损失20mm，2h基本无工作性能。粉煤灰掺量为40%、50%机制砂混凝土配合比，其1h坍落度出现反增现象，3h坍落度经时损失最高30mm，均远小于基准混凝土坍落度经时损失，保坍效果显著，便于远距离运输及浇筑部位有特殊要求的混凝土。

2.2粉煤灰掺量在相同水胶比下对混凝土力学性能的影响

为研究粉煤灰掺量对混凝土强度的影响，采用等量取代法，保持单方用水量及砂率不变，调整外加剂掺量使之保持坍落度接近，分别在混凝土中掺入0%、10%、15%、20%、25%、25%、30%、35%、40%、50%的粉煤灰，测定混凝土7d、28d龄期抗压强度。混凝土配合比及试验结果见表4。强度变化趋势见图2所示。

表3 相同水胶比不同掺量粉煤灰对其力学性能影响

图2 相同水胶比不同掺量粉煤灰对其强度影响趋势

从表4及图2可知，当其粉煤灰掺量在20%以内时，早期强度及后期强度有所影响，其影响不大。但当粉煤灰掺量超过20%以后，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土早期及后期强度线性关系下降。

2.3粉煤灰掺量在固定外加剂用量下对混凝土力学性能的影响

采用固定总胶凝材料、外加剂用量及砂率，掺入粉煤灰0%、10%、15%、20%、25%、25%、30%、35%、40%、45%、50%掺量进行试配试验，调整单方用水量，保持混凝土拌合物坍落度基本接近，测定其粉煤灰掺量对混凝强度影响。其相关试验数据见表4所示。

表4  粉煤灰掺量对混凝土抗压强度试验结果

注：固定外加剂掺量为总胶凝材料用量的2.0%。

     上述试验结果表明，随着粉煤灰掺量的上升，机制砂混凝土早期强度整体呈下降趋势，通过调整单方用水量方法，保持相对坍落度基本接近，其后期强度变化不明显，即使粉煤灰掺量高达50%时，其后期抗压强度仍能达到基础配合比相同强度。因此采用掺用外加剂，降低单方用水量方法，能有效保障大量掺入粉煤灰混凝土硬化后各龄期强度。同时低水胶比及低单方用水量对机制砂混凝土体积稳定性及耐久性更有利。

3.结语

（1）随着粉煤灰掺量的逐进增加混凝土坍落度先逐进增大，当超过一定量时坍落度出现减小趋势，掺入粉煤灰后机制砂混凝土坍落度经时损失小，保坍效果显著，便于远距离运输及施工浇筑。

（2）采用掺用外加剂降低单方用水量方法，能有效保障大量掺入粉煤灰后机制砂混凝土各龄期强度。

（3）综合施工性能及经济效益，在严格控制单方用水量前提下，机制砂混凝土粉煤灰掺量可达50%左右。但由于单方用水量降低对混凝土拌合物性能影响较大，因此根据工程特点，选择适当单方用水量及粉煤灰掺量，确保施工浇筑顺畅尤为重要。

参考文献

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2. 李维,王献军.粉煤灰高性能混凝土的试验研究[J]铁道建筑; 2008年05期.

3. 陈瑜,周士琼,龙广成,袁庆莲.大掺量粉煤灰高性能混凝土的试验研究[J]混凝土;2000年04期.

4. 张为国.大掺量粉煤灰高性能混凝土的试验研究[J]中国新技术新产品;2009年14期