粉煤灰对混凝土性能影响试验研究

粉煤灰对混凝土性能影响试验研究

杨权

扬州宝隆混凝土有限公司    225802

摘要：粉煤灰是混凝土制备过程中不可或缺的组成部分，深入研究其对混凝土特性的作用显得尤为重要。通过运用两种质量差异明显的粉煤灰，并按不同比例等量替换混凝土中的混凝土，对混凝土的工作效能及力学表现进行了系统的探索。实验数据揭示，粉煤灰的品质及其掺入比例对混凝土的性能具有显著影响。当掺入比例介于5%至25%之间时，使用质量较好的粉煤灰能够增强混凝土的初始流动性，使其初始扩展度提升7%，并减少流动性随时间的损耗，扩展度经时损失率降低至6.6%。然而，其早期强度会有多虾酱，最大降幅达到20.3%，但长期来看，其强度会有所增强，且粉煤灰的替代量越大。

关键词：粉煤灰；扩展度；流动性；抗压强度

从二十世纪三十年代起，美国就在混凝土添加粉煤灰做了比较全面的探讨与研究。1948年，美国蒙大拿州俄马大坝项目建设施工所用混凝土中首次采用了粉煤灰，这是粉煤灰的首次使用。七十年代，由于资源和环境等问题的紧迫性，又开始对粉煤灰、矿渣等工业废弃物进行资源化利用，开启了矿物掺合料开发的新局面。粉煤灰是燃煤电厂、城镇供暖锅炉等燃烧过程中所产生的主要固体废弃物，随着环保意识的增强，粉煤灰的资源化利用显得越来越重要，而将其掺入到混凝土中成为一种重要的方法。粉煤灰具有火山灰效应、形貌效应和微细骨料效应，其在混凝土中的应用可显著提高其综合性能。近年来，国内外学者对粉煤灰在混凝土中的应用进行了大量的研究，并对其作用机理进行了大量的研究。

在此基础上，本研究利用两种质量等级的粉煤灰代替水泥配制了一种新型的混凝土，并对其工作性能进行了分析。

1原材料及试验方法

1.1原材料

（1）选用重庆鹏畅建筑材料有限公司生产的二级灰和达州I级灰两种不同类型的粉煤灰，其主要性能参数如表1所示。

表1粉煤灰的主要性能标

(2)超塑化剂是基于工程要求而选择的缓凝性聚羧酸系超塑化剂。

(3)细集料选用河砂、机制砂2种。选用细度模数0.8的重庆建研科之杰新型材料有限公司的河砂；选用细模数3.0、筛底量12.8%。粗骨料由重庆飞强混凝土股份有限公司生产，粒径为5-10 mm（细石子），粒径10-20 mm（大石）为11.0%。

1.2试验方法

(1)采用两种不同的掺量（0,5%,10%,15%,20%,25%）的粉煤灰代替水泥对混凝土进行制备，并对其进行了性能评价。

(2)根据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，在25℃、相对湿度60%的条件下，对混凝土的塌落度、胀度进行了测试。

(3)根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，制作100 mm×100 mm×100 mm的混凝土试件，进行标准养护，测定其7天和28天抗压强度。

1.3试验配合比

本研究的混凝土强度等级为C30，实验所用材料及配比详见表2。

表3混凝土配合比及原材料用量

表2混凝土配合比及原材料用量

2试验结果及讨论

2.1粉煤灰对混凝土拌合物工作性能的影响

用2种不同数量的粉煤灰替代混凝土，按混凝土配比配制了掺有粉煤灰的混凝土。

粉煤灰掺量/%

图1粉煤灰掺量对坍落度的影响

粉煤灰掺量/%

图2粉煤灰掺量对扩展度的影响

从现场混凝土的出机状况可以看到，掺加粉煤灰能提高混凝土的工作性，而FA飞灰在提高工作性的同时，其质量较差，细度粗，烧失量高，因此需要较高的水量，会对外加剂产生较大的吸附作用，使得外加剂的使用量增大，从而降低了掺料的使用效率。FB飞灰质量较好，细度较细，烧失量较低，所以随着FB飞灰加入量的增大，混合料的粘聚性、流动性和保水性均有所提高。

总之，质量好、细度细、烧失量低的飞灰对混合料的工作特性有较好的提高效果，但质量差、细度粗、烧失量高的飞灰对混合料的工作特性有一定的负面影响。研究结果表明，粉煤灰中的玻玻璃微珠数量更多，但其用量也会因不同的质量等级而有所差异，I类飞灰中的玻璃微珠质量要高于II类飞灰，故其细度高于II类飞灰。由于粉煤灰中含有的玻璃微珠具有“滚珠作用”，故能改善水泥砂浆的流动性能。高质量的飞灰，也就是细细度和烧失量较低的飞灰，用水量较少，具体体现在细细的飞灰中，其需水量较高。用优质的粉煤灰代替水泥，可以减少橡胶材料系统的需水量，改善其工作性。而质量较低的粉煤灰，其需水率就会增加，从而影响其工作性。

2.2粉煤灰对混凝土力学性能的影响

从图1中可以看到，随着粉煤灰用量的增大，水泥浆体的塌落度和1小时塌落度均降低。随着粉煤灰用量的增大，水泥开始塌落度和1小时塌落度都有所提高。从表2中可以看到，掺入粉煤灰和FB粉煤灰的膨胀率随塌落度的改变有相似的规律；掺粉煤灰后，膨胀损失从19.5%增加到26.2%,FB加入后膨胀损失从19.5%下降到6.6%。掺有粉煤灰和粉煤灰的混凝土，其7天和28天抗压强度如表3所示。

表3不同掺量FA、FB粉煤灰混凝土的抗压强度

从表4可知，掺有FA的混凝土7天抗压强度低于不掺灰的混凝土，且随粉煤灰掺量的增大，其减小的程度最高达28.9%；28天的抗压强度低于无灰混凝土，其强度下降的趋势随粉煤灰用量的增多而有所增加，但低于7 d抗压强度，降幅最大达22.2%。掺入FB的混凝土7天抗压强度低于无灰料，但随掺入量的提高，其下降速度高于FA灰，降幅达20.3%；28天的抗压强度都有所提高，并随掺量的提高而提高，最高可达10.2%。

通过分析不同掺量的粉煤灰和掺入粉煤灰的混凝土的强度，结果表明：不同的粉煤灰质量会对混凝土的强度产生一定的影响，并且随着粉煤灰质量的提高，混凝土的强度也随之提高。质量不好的粉煤灰，其早期强度和后期强度均呈下降趋势，而高质量的粉煤灰则随其用量增加而减小，但其后期强度却高于无灰粉煤灰。这主要是因为掺加了大量的粉煤灰后，混凝土体积分数下降，混凝土水化产物含量下降，其强度成长缓慢。粉煤灰因其独特的火山灰活性，在混凝土中引发火山灰反应，进而产生水化硅酸钙，这种物质展现出卓越的胶凝特性，显著增强了混凝土的后期强度。但值得注意的是，粉煤灰的火山灰活性与其品质紧密相连，品质越上乘，活性则越显著。此外，粉煤灰还具备微集料效应，优质粉煤灰的细腻质地能够完美填充混凝土中的微小孔隙，进一步提升混凝土的强度。相比之下，品质较差、质地较粗的粉煤灰，其火山灰效应与微集料效应则相对较弱，因此对混凝土强度的提升效果并不明显。

3结论

(1)粉煤灰的质量和用量对混凝土的工作特性具有重要的作用。高质量的粉煤灰可在不同程度上提高水泥的工作特性，并使其1小时内的坍落度和膨胀度有所提高，并随着掺量的提高而提高。而质量不好的粉煤灰则会降低其工作特性，并随着掺量的增大而降低。

(2)粉煤灰的质量、细度和掺量等因素对水泥的强度和强度都有一定的作用。在相同的掺入量下，细磨细灰质量好，可使混凝土早期强度下降，而在后期提高；但细粒细灰质量差，其早期和后期强度均下降，并随掺量的增大而下降。

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