粉煤灰摻量對混凝土性能影響試驗研究

粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，是燃煤電廠排放的主要固體廢棄物，我國火電廠粉煤灰的主要化學成分及含量比例為：SiO2(45%～65%)、Al2O3(20%～35%)、Fe2O3(5%～10%)和CaO(4.5%)等。粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產(chǎn)生揚尖，污染大氣。同時粉煤灰也是一種火山灰質材料，在混凝土拌合過程中入適量粉煤灰后可以改善混凝土的一系列性能，不僅可以取代部分水泥，降低混凝土的生產(chǎn)成本，保護生態(tài)環(huán)境，而且在常溫下，粉煤灰可以與混凝土中的氫氧化鈣晶體進行二次水化反應，生成難溶的水化硅酸鈣凝和水化鋁酸鈣凝膠體，不僅降低了粉煤灰溶出的可能，也填充了混凝土內部的孔隙，對混凝土后期強度和抗?jié)B性都有提高作用，所以，在現(xiàn)代混凝土中，粉煤灰已經(jīng)與水泥、骨料、水和外加劑一樣，成為混凝土的一種重要組分，是一種性能良好的礦物外加劑，也稱為第二膠凝材料。我國粉煤灰產(chǎn)量大，對生態(tài)環(huán)境污染較為嚴重，開發(fā)以粉煤灰為主的混凝土摻合料應用應大力提倡。本文在先前研究的基礎上，旨在研究在混凝土中摻加粉煤灰時摻量的變化情況，以及對混凝土基本性能的影響。因此研究粉煤灰對混凝土性能影響，對于保證混凝土質量，提高建筑工程質量有實際指導意義。1原材料及試驗方案1.1原材料水泥：水泥在水化過程中會放出大量熱量，造成混凝土結構內部溫度升高，在大體積混凝土配合比設計中應當選擇低水化熱的水泥，本試驗采用峨眉水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽42.5級水泥，水泥檢測結果如表1所示；粉煤灰：摻加粉煤灰可以減少水泥用量并有效降低水化熱，還可以降低混凝土的需水量，改善混凝土拌合物的和易性，本試驗用粉煤灰采用成都電廠Ⅱ級粉煤灰。氧化硅、氧化鋁、細度、需水量比、燒失量、三氧化硫等指標均達到了Ⅱ級粉煤灰的技術指標要求，粉煤灰的檢測試驗結果如表2所示；骨料：粗骨料為4.75mm～40mm連續(xù)級配碎石，繼骨料為中砂；減水劑：高效減水劑，減水率為20%；水：自來水。

1.2試驗方案混凝土配合比設計不但要滿足結構力學需要，同時也要滿足環(huán)境所要求的耐久性。目前混凝土生產(chǎn)已經(jīng)普遍采用單摻合雙摻技術，摻入礦物摻合料和高效減水劑。在混凝土配合比設計中摻入礦物材料的計算有多種方法，包括超量取代法、等水灰比法和等水膠比法。本試驗研究采用等水膠比法，即摻加礦物摻合料前后的水膠比保持不變，也就是簡單的等量取代。由于粉煤灰的二次水化在早期反應程度較低，因而采用這種簡單的等量取代水泥方式必然造成混凝土早期強度的降低，而且摻量越多下降幅度越大。本方案采用C20混凝土進行試驗，首先保持外加劑摻量相同，同時采用水膠比不變，粉煤灰等量取代水泥，而水泥的重量相應減少，粉煤灰摻量由0增加到25%。重點考察粉煤灰的摻量對混凝土凝結時間、抗壓強度、干縮和抗凍性的影響。制定配合比如表3所示。2試驗結果與分析2.1粉煤灰對拌合物和易性及凝結時間的影響優(yōu)質粉煤灰摻入到混凝土中，能夠改善混凝土拌合物的和易性及凝結時間。本試驗采用外加劑及用水量不變情況下，粉煤灰取代水泥用量逐步增加時對混凝土拌合物坍落度及凝結時間進行試驗比較。試驗時，C20等級的混凝土粉煤灰等量取代水泥用量由30kg增加至100kg，此時粉煤灰取代水泥率為10%～33.3%，試驗結果見表4。

由表4可以看出粉煤灰取代部分水泥摻加在混凝土中后，混凝土拌合物的坍落度增加，即改善了新拌混凝土的和易性。混凝土隨著粉煤灰取代水泥比率增加，坍落度比不摻加粉煤灰的混凝土增大5mm～25mm。另外，粉煤灰等量取代部分水泥后，混凝土在凝結過程中水化熱釋放速度降低，從而延長了混凝土拌合物的凝結時間，隨著粉煤灰取代水泥比率的增加，凝結時間的推遲程度也相應增加。試驗結果表明：在混凝土中，粉煤灰等量取代水泥后，對混凝土拌合物的和易性和凝結時間可以起到很好的調節(jié)作用。2.2粉煤灰摻量對混凝土強度影響不同摻量粉煤灰對混凝土抗壓強度影響如表5所示。

從試驗結果看出，對同一配比混凝土，隨齡期增加，水泥水化反應持續(xù)進行，通過凝結硬化過程，其抗壓強度逐漸增加。對于不同配比，齡期在28d以內時，隨粉煤灰取代水泥比例增加，其抗壓強度逐漸減小，當粉煤灰摻加量從0增加加到25%時，3d的混凝土強度降低程度為27.5%，28d的混凝土強度降低程度為1.5%，這是由于在水化反應早期，部分水泥被粉煤灰所取代，導致單位體積混凝土中水化程度降低，水化產(chǎn)物減少，使抗壓強度相應減小。在28d以后，粉煤灰中的活性成分氧化硅和氧化鋁與混凝土中的水化產(chǎn)物氫氧化鈣開始發(fā)生反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，生成的水化產(chǎn)物具有較強的膠凝特性，使得混凝土的抗壓強度進一步增加，如2～5組混凝土的90d抗壓強度均大于1組混凝土的90d抗壓強度。2.3粉煤灰摻量對混凝土干縮的影響不同粉煤灰摻量配制的混凝土干縮試驗結果如表6所示。

從試驗結果看出，對同一配比混凝土，隨齡期增加，其干縮值逐漸增加；對不同配比混凝土，其干縮值隨粉煤灰摻量增加逐漸減小。即粉煤灰有降低混凝土干縮率的作用，對于提高混凝土抗裂性能起著積極的作用。2.4粉煤灰摻量對混凝土耐久性的影響(1)抗?jié)B性不同粉煤灰摻量對混凝土抗?jié)B性的影響如表7所示。試驗結果表明，粉煤灰取代水泥量不大于20%時，混凝土抗?jié)B性能與基準混凝土差別不大，當粉煤灰摻量超過20%時，混凝土抗?jié)B性下降。

(2)抗凍性混凝土抗凍性試驗采用浙江中科儀器公司生產(chǎn)的快速凍融試驗箱，動彈性模量測定采用北京三思行公司生產(chǎn)的DT－16動彈性模量測定儀，質量變化由電子臺稱測定。本次試驗分別對經(jīng)過0、20、40、60、80、100次凍融循環(huán)后的試件進行質量測量，并計算質量損失率，試驗結果如表8所示。

由試驗結果可以看出，摻入20%以下粉煤灰的混土質量損失都差別不大，當摻入量超過20%以后，質量損失率明顯增加，這說明摻入粉煤灰對混凝土抗凍性能沒有大的影響，但粉煤灰摻量不宜過量。經(jīng)過0、20、40、60、80、100次凍融循環(huán)后的試件進行動彈模測試，并計算相對動彈性模量。試驗結果如表9所示。

從相對動彈性模量的試驗結果看出，摻入粉煤灰對混凝土的抗凍性沒有明顯改善，但摻入量超過20%以后，反而會降低混凝土的抗凍性能。3結論采用等量取代法，在混凝土拌制過程中，保持水膠比不變，通過改變粉煤灰的不同摻量配制混凝土。試驗結果得到以下結論：(1)摻加粉煤灰可以提高混凝土流動性，改善拌合物的和易性，延緩混凝土凝結時間。