粉煤灰摻量對相同漿體體積比砂漿性能的影響

白金劍,李 帥,劉茉莉,沈小紅

（1.河北工程大學土木工程學院,河北邯鄲 056038;2.山東匯智工程設計有限公司,山東淄博 255036;3.河北工程大學城市建設學院,河北 邯鄲 056038）

1919 年Abrams提出了在世界各地普遍應用的水灰比（W/C）定理:當混凝土原材料確定后,只要保證混凝土澆筑密實,則它的強度與W/C關系為

但由于采用指數形式不方便以及沒有考慮水化程度等因素,Bolomey又提出了比較簡單的雙曲線方程f=A+B·C/W,稱為Bolomey公式。目前,我國應用的混凝土強度公式fcu,0=Afce（C/W-B）是Bolomey公式的另一種表示形式[1]。

從上面公式的提出和發展,可以看出混凝土原材料確定以后,W/C決定混凝土強度大小,同時為保證混凝土密實,必須有足夠的漿體[2]。本文在滿足砂漿工作性的前提下,采用相同的漿體包裹相同的骨料,即相同漿體體積比配制粉煤灰砂漿,研究不同粉煤灰摻量對砂漿力學指標、工作性能以及碳化深度的影響。

1 漿體體積比

漿體體積比指新拌漿體（混凝土或砂漿）的體積與新拌漿體總的體積的比值,用RJ來表示,其表達式為

水膠比是指每立方米混凝土的用水量與所有膠凝材料用量的比值,通常用 W/B來表示,計算公式如下:

式中ki—新拌漿體中第i種膠凝材料占總膠凝材料的質量百分比。

2 原料及方法

2.1 原材料

水泥:山東山水水泥集團有限公司,硅酸鹽水泥PI52.5,其化學成分、物理指標見表1、表2。

粉煤灰:日照華能電廠Ⅰ級粉煤灰（表3）。

標準砂:廈門艾思歐標準砂有限公司,中國ISO標準砂,其細度模數2.4。

減水劑:山東華偉銀凱建材有限公司生產的NOF-AS緩凝高效減水劑,減水率25%。

2.2 試驗方法

砂漿工作性參照GB/T2419-2005《水泥膠砂流動度測試方法》進行[3]。砂漿抗折、抗壓強度參照GB/T 177-1985《水泥膠砂強度檢驗方法》進行。試驗所用試件為摻粉煤灰的水泥砂漿試件,尺寸均為40 mm×40 mm×160 mm的長方體,經標準養護后,通過TYE-3000型壓力機測試砂漿的3 d、7 d、28 d抗折、抗壓強度。砂漿的碳化試驗,充分暴露在室外環境中,達到一定的齡期后,再用1%～2%酚酞酒精指示劑檢驗碳化深度。

采用的水膠比、粉煤灰摻量見表4。

表1 水泥熟料化學成分Tab.1 Chemical composition of cement %

表2 水泥物理力學指標Tab.2 Physical and mechanic properties of cement

表3 粉煤灰物理性能Tab.3 Physical properties of FA

表4 粉煤灰砂漿配合比Tab.4 The mix design of mortar with FA

3 結果與分析

3.1 粉煤灰砂漿總膠凝材料

由計算配合比可以看出,在水膠比 W/B=0.35,砂漿達到0.425漿體體積比時,粉煤灰的摻量從0～30%,膠凝材料的用量會從1 100 g降到884 g;在水膠比 W/B=0.40,砂漿達到0.425漿體體積比時,粉煤灰的摻量從0～30%[4-5],膠凝材料的用量會從1 030 g降到825 g。由此可以得出在水膠比相同的情況下,如果粉煤灰摻量增加,保證砂漿的流動性不顯著變化,膠凝材料的總用量會降低。

3.2 粉煤灰砂漿工作性能

粉煤灰可以明顯改善砂漿的流動度,使減水劑的用量大大減少,摻加優質粉煤灰可以減少砂漿用水量,以30%粉煤灰替代相應的水泥,達到相同的砂漿流動度時,其需水量可以明顯降低[6-7],同樣本文試驗結果表明在漿體體積比為0.425時,水灰比W/B=0.35時,粉煤灰摻入量的增加不明顯降低砂漿的流動度,具體值見表5。

3.3 粉煤灰砂漿力學性能

摻入粉煤灰后,砂漿的早期強度會隨粉煤灰摻入量增加而降低[8],摻入的粉煤灰早期是不參與反應的[7],粉煤灰中的玻璃質的SiO2,Al2O3和水泥水化產生的高堿型水化硅酸鈣凝膠及Ca（OH）2晶體發生反應（即“火山灰反應”）,所以火山灰反應滯后于水泥的水化反應。

砂漿試驗得到3 d、7 d、28 d抗折、抗壓強度見表6。可以看出:當齡期為3 d或7 d時,不摻粉煤灰的砂漿抗折、抗壓強度明顯高于摻粉煤灰的砂漿。當齡期達到28 d時,W/B=0.35,粉煤灰摻量為10%的砂漿抗折強度比0%時提高了11%,抗壓強度提高了6%;粉煤灰摻量為20%、30%,砂漿的抗折強度已經超過未摻粉煤灰的砂漿強度,抗壓強度也逐漸提高。大量試驗都表明摻入粉煤灰的砂漿隨著齡期的增加,砂漿的強度都會優于同等條件下純水泥的強度。

脆性系數,指抗壓強度和抗折強度的比值。試驗結果表明:隨著粉煤灰摻入量的增加脆性系數呈下降趨勢,表明粉煤灰對抗折強度的改善優于抗壓強度,因此更適應于道路橋梁等對抗折性能要求高的工程（表6）。

表5 粉煤灰砂漿的流動度Tab.5 The fluidity of mortar with FA

表6 不同水膠比、不同粉煤灰摻量各齡期強度結果Tab.6 The strength results of mortar with FA at different and ages

表7 不同齡期摻粉煤灰砂漿碳化深度結果Tab.7 The depth of carbonation of mortar with FA at different ages

3.4 粉煤灰砂漿碳化深度

一般情況下,早期砂漿呈較強堿性,當空氣、土壤、地下水等環境中的酸性氣體或液體侵入砂漿中,與水泥石中的堿性物質發生化學反應,使其PH值下降,成為砂漿中性化。其中由空氣中的CO2引起的中性化過程成為砂漿的碳化,碳化對砂漿力學性能及構件受力性能的負面影響不大,但其最大的危害是引起鋼筋銹蝕,從而影響砂漿結構的耐久性[9]。

試驗結果表明:隨著粉煤灰摻入量的增加,水膠比的增大以及暴露時間的增長,砂漿的碳化深度呈增加趨勢（表7）。

4 結論

1）水膠比一定時,隨著粉煤灰摻量的增加,膠凝材料的總用量會降低,但砂漿的流動性不會明顯降低。

2）摻粉煤灰的水泥砂漿的早期強度會隨著粉煤灰摻量的增加而降低,但其后期強度隨著齡期的增長會逐漸提高并超過未摻粉煤灰的砂漿的強度。

3）隨著粉煤灰摻入量的增加,水膠比的增大以及暴露時間的增長,砂漿的碳化深度呈增加趨勢。

[1]MINDESS S,YOUNG J F,DARWIN D.混凝土[M].北京:北京化工出版社,2005.

[2]趙若鵬,郭自力,吳佩剛,等.摻粉煤灰的高強度自流平混凝土試驗研究[J].工業建筑,2002,32（5）:8-11.

[3]GB/T 2419-2005,水泥膠砂流動度測試方法[S].

[4]鄧汝鋒.粉煤灰在混凝土中摻量的研究[J].山西建筑,2009,35（17）:147-148.

[5]馬志霞,李金奎,侯瑞珀,等.不同摻量粉煤灰混凝土強度試驗研究[J].河北建筑科技學院學報,2005,（4）:32-34.

[6]楊靜,覃維祖.粉煤灰對高性能混凝土的影響[J].混凝土與水泥制品,1995,（5）:10-14.

[7]胡建勤,管斌君,何慶豐.粉煤灰對混凝土補償收縮性能的影響[J].混凝土與水泥制品,2001,（2）:15-17.

[8]程祖鋒,牛中元,楊大順.粉煤灰水泥改良垃圾土的強度試驗研究[J].河北工程大學學報:自然科學版,2009,26（2）:13-15.

[9]李紅輝.大摻量粉煤灰高性能混凝土研究[D].北京:北京建筑工程學院,2005.