粉煤灰对混凝土性能的影响研究_潘家军.pdf

2023 年试验研究28粉煤灰对混凝土性能的影响研究潘家军（重庆建研科之杰新材料有限公司，重庆 402760）摘 要 粉煤灰已成为混凝土不可缺少的组分，研究粉煤灰对混凝土性能的影响至关重要。分别采用2种不同品质的粉煤灰，以不同掺量等量替代水泥制备混凝土，研究了粉煤灰对混凝土工作性能和力学性能的影响。试验结果表明，粉煤灰的品质和掺量对混凝土的性能有较大影响。在掺量为5%25%时，品质较好的粉煤灰掺入混凝土中，使混凝土初始流动性增加，初始扩展度增加7%，流动性经时损失减小，扩展度经时损失率减小至6.6%，早期强度降低最大20.3%，而后期强度略增强，且粉煤灰取代量越大，影响越明显。关键词 粉煤灰；扩展度；流动性；抗压强度0 引言粉煤灰的利用最早开始于20世纪30年代，美国对混凝土和砂浆中掺入粉煤灰进行了较为完整的探索研究1。在1948年，美国蒙大拿州的俄马坝工程中，粉煤灰被Davis大量地利用，为粉煤灰的应用打开了先河2。到了20世纪70年代，有着资源、环境等问题所带来的迫切感，才使得人们又对粉煤灰、矿渣等工业废渣的再利用投入研究，为矿物掺合料的发展揭开了新的篇章。粉煤灰是燃煤火电厂和城市集中供热锅炉工作时，产生的主要固体废物，在环境保护日益被重视的今天，粉煤灰的资源有效利用就变得尤为重要，其中最为重要的利用途径就是作为矿物掺合料应用于混凝土中。粉煤灰拥有火山灰效应、形态效应和微集料效应，掺入混凝土中可以有效改善混凝土的性能。近年来，粉煤灰在混凝土中的应用研究备受关注，关于粉煤灰对混凝土相关性能的影响研究非常之多。本文采用2种不同品质的粉煤灰，以不同掺量等量替代水泥制备混凝土，对比混凝土的工作性能和力学性能，研究不同粉煤灰对混凝土性能的影响。1 原材料及试验方法1.1 原材料（1）采用青鹏PO 42.5R水泥，主要性能指标见表1。表1 水泥的主要性能指标比表面积/（m2 kg）烧失量/%凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa安定性初凝 终凝3d283d283713.011852405.17.430.0 48.7合格（2）采用2种粉煤灰，分别为重庆鹏畅建材有限公司级灰（以下简称FA）、达州级灰（以下简称FB），主要性能指标见表2。表2 粉煤灰的主要性能标种类 细度/%需水量比/%含水量/%烧失量/%SO3/%FA25.01020.87.602.40FB7.9920.53.320.91（3）减水剂为缓凝型聚羧酸减水剂，掺量根据实际需求确定。（4）采用2种细骨料，分别为河砂和机制砂。采用重庆建研科之杰新材料有限公司自备的河砂，细度模数为0.8；采用重庆四方混凝土有限公司的机制砂，细度模数为3.0，筛底12.8%。粗骨料采用重庆飞强混凝土有限公司的510mm碎石（小石）和1020mm碎石（大石），压碎值分别为13.0%和11.0%。1.2 试验方法（1）分别使用2种粉煤灰按不同掺量（0、5%、10%、15%、20%、25%）替代水泥制备混凝土。（2）混凝土坍落度、扩展度的试验参照GB/T 500802016 普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行，试验温度为25，湿度为60%。（3）混凝土抗压强度的试验参照GB/T 500812019 混凝土物理力学性能试验方法标准 进行，成型100mm100mm100mm试块，采用标准养护，检测混作者简介：潘家军（1997），男，本科，学士，助理工程师，从事混凝土外加剂技术研究工作。第1 期（总第261 期）试验研究29凝土7d、28d的抗压强度。1.3 试验配合比试验采用混凝土强度等级为C30，试验配合比和原材料的用量见表3。表3 混凝土配合比及原材料用量编号水泥/kg粉煤灰/kg 粉煤灰取代率/%河砂/kg机制砂/kg小石/kg大石/kg水/kg外加剂/%N0340001706681169361601.7N53231751706681169361601.7N1030634101706681169361601.7N1528951151706681169361601.7N2027268201706681169361601.7N2525585251706681169361601.72 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以不同掺量的2种粉煤灰取代水泥，根据混凝土配合比制备出掺粉煤灰的混凝土拌合物，试验混凝土初始坍落度、初始扩展度、1h坍落度、1h扩展度见图12。图1 粉煤灰掺量对坍落度的影响图2 粉煤灰掺量对扩展度的影响由图1可以看出，掺FA粉煤灰的混凝土拌合物的坍落度及1h坍落度随粉煤灰掺量的增加而减小。掺FB粉煤灰的混凝土拌合物的初始坍落度及1h坍落度随粉煤灰掺量的增加而增大。由图2可以看出，掺FA、FB粉煤灰扩展度的变化趋势与坍落度变化的趋势相同；掺FA的扩展度损失率由19.5%增大至26.2%，掺FB的扩展度损失率由19.5%减小至6.6%，不同品质的粉煤灰对于混凝土拌合物工作性能有不同的影响。从现场混凝土拌合物出机状态可以看出，粉煤灰的掺入可改善混凝土拌合物的和易性，而对于FA粉煤灰来说，虽然和易性有所改善，但由于FA粉煤灰品质较差、细度较粗、烧失量较大，所以需水比大，对外加剂吸附大，使外加剂消耗量大，导致外加剂的有效用量减少，随着FA粉煤灰掺量的增加，混凝土拌合物变得越黏、流速越慢。FB粉煤灰品质更好、细度更细、烧失量更小，故随FB粉煤灰的掺量增加，拌合物和易性越好，拌合物的黏聚性、流动性、保水性越好。综上所述，品质越好、细度越细、烧失量越小的粉煤灰对混凝土拌合物的工作性能具有更好的改善作用，而品质较差、细度较粗、烧失量较大的粉煤灰则具有相反作用。这是由于粉煤灰存在形态效应，粉煤灰具有较多的玻璃微珠，但玻璃微珠的含量会随着粉煤灰品质的变化而变化，级粉煤灰中的玻璃微珠含量大于级粉煤灰，即为级粉煤灰细度比级粉煤灰细。粉煤灰中的玻璃微珠可以起到“滚珠作用”，因此可以提高混凝土拌合物的流动性3。粉煤灰品质越好，即细度越细、烧失量越小，则需水量越小，表现为粉煤灰细度越细减水率越大。因此，品质好的粉煤灰等量替代水泥后，使得混凝土胶材体系需水量减小，提高混凝土拌合物的和易性。相反的，品质差的粉煤灰需水量则会增大，使混凝土拌合物的和易性变差4。2.2 粉煤灰对混凝土力学性能的影响掺加FA、FB粉煤灰混凝土的7d、28d的抗压强度见表4。表4 不同掺量FA、FB粉煤灰混凝土的抗压强度编号粉煤灰掺量/%FA抗压强度/MPaFB抗压强度/MPa7d28d7d28dN0034.143.334.143.3N5528.741.429.144.5N101027.140.428.745.8N151527.038.227.946.9N202025.335.527.547.3N252524.233.727.247.72023 年试验研究30由表4可以看出，掺FA粉煤灰混凝土的7d抗压强度均比未掺粉煤灰的低，并且随着粉煤灰掺量的增加，强度降低的幅度增大，降低幅度最大为28.9%；28d抗压强度均比未掺粉煤灰的低，并且随着粉煤灰掺量的增加，强度降低的幅度增大，但比7d抗压强度降低幅度小，降低幅度最大为22.2%。掺FB粉煤灰混凝土的7d抗压强度均比未掺粉煤灰的低，随着粉煤灰的掺量增加，强度降低的幅度增大，但比掺FA粉煤灰的低，降低幅度最大为20.3%；28d抗压强度均比未掺粉煤灰的略高，且随着掺量的增加强度增强幅度增大，增强幅度最大为10.2%。对比掺FA粉煤灰与FB粉煤灰混凝土的强度可以看出，粉煤灰的品质对混凝土的强度是有影响的，且粉煤灰品质越好，混凝土强度越高。掺入品质较差的粉煤灰，随着掺量的增加混凝土早期、后期强度不断降低，而掺入品质较好的粉煤灰，随着掺量的增加混凝土早期强度降低幅度比掺品质较差粉煤灰的小，后期强度比不掺粉煤灰有所增加。这是由于粉煤灰替代水泥掺入，减少水泥的用量，导致一次水化产物减少，从而使得混凝土强度增长减缓，因此粉煤灰的掺入降低了混凝土的早期强度5。由于粉煤灰的火山灰活性，使得混凝土中具有火山灰反应，反应生成的水化硅酸钙，具有良好的胶凝性能，使混凝土的后期强度增强6。但粉煤灰火山灰活性与粉煤灰品质有关，品质越好活性越高。同时，粉煤灰还具有微集料效应，品质好的粉煤灰细度较细，可以很好地填充混凝土中的微小空隙，从而提高混凝土的强度。品质较差、细度较粗的粉煤灰因为火山灰效应与微集料效应不明显，所以对混凝土强度的增长没有作用7。3 结论（1）粉煤灰对混凝土拌合物工作性能的影响与粉煤灰的品质、掺量有关。掺入品质好的粉煤灰，混凝土拌合物工作性能得到了一定的改善，同时增大了混凝土拌合物1h坍落度、扩展度，且随掺量的增加改善作用越明显。而品质差的粉煤灰，会使混凝土拌合物的工作性能变差，且随掺量的增加，工作性能越差。（2）粉煤灰对混凝土力学性能的影响与粉煤灰的品质、细度、掺量有关。在一定掺量范围内，掺入品质较好、细度较细的粉煤灰，混凝土的早期强度降低，但后期强度增强；而掺入品质较差、细度较粗的粉煤灰会使混凝土的早期、后期强度均降低，且随着掺量的增加，强度越低。参考文献1 陈益民.矿物掺合料研究进展及存在问题J.材料导报,2006,20（8）:28.2 DAVIS R E.Historical accounts of mass concreteC/I Proceeding of Symposium on Mass Concrete,Detroit MI:American Concrete Institute,1963.3 梁汝恒.不同等级粉煤灰掺合料对混凝土性能的影响J.广东建材,2007（5）:28.4 蔡振寅,张瑞丰,傅丽华,等.粉煤灰细度对普通混凝土性能的影响探讨J.住宅科技,2016（11）:60.5 牛颖兰.粉煤灰对混凝土性能的影响分析J.中国建材科技,2017（11）:21.6 刘爱新.粉煤灰混凝土的性能及其应用J.混凝土,2001（12）:26.7 郭辉.粉煤灰细度对水泥混凝土性能的影响研究J.山东工业技术,2017（12）:101-102.（上接第 88 页）（7）预制梁堆放不应超过2层，并采取措施进行遮盖。4 结语针对地铁基坑施工过程中的交通疏解问题，提出了采用装配式栈桥板的方案。采用装配式栈桥板单跨跨越车站基坑，利用车站两侧地连墙做为下部结构。装配式栈桥板具有以下优点：（1）相较于现场施工，主梁构件在工厂预制、现场拼装，预制构件对周围环境污染小、不占用施工场地，有利于缩短工期，并且对交通影响小，从而降低基坑开挖风险。（2）装配式栈板桥的运用，能够有效降低工程成本，相比于现浇混凝土板和钢栈桥，能减少40.3%和8.9%的费用，经济效益高。（3）地铁施工的宽度一般为2030m，该工程采用的栈桥板设计方案能适用于大部分的地铁基坑工程，能为相似的工程提供参考。参考文献1 金磊.装配式钢栈桥在深基坑工程中的应用与监理控制J.建设监理,2022,72-74.2 赵远梓,鲍旺,续文昊,等.装配式钢栈桥体系绿色施工技术在深基坑中的应用J.施工技术（中英文）,2022,51（2）:113-117.3 冯春锋,龙刚.栈桥板与土坡相结合的应用实践J.建筑技术开发,2022,49（4）:73-75.4 陈策,陈昆鹏,李钦,等.栈桥板与洗车系统一体化在深基坑工程中的运用J.施工技术,2016,45:127-130.