粉煤灰品質(zhì)對混凝土性能影響研究

烏魯木齊市西北方圓建筑工程材料檢測有限公司 新疆 830000

摘要：研究粉煤灰對不同強(qiáng)度等級結(jié)構(gòu)混凝土性能，如坍落度、抗壓強(qiáng)度、耐久性能、流動(dòng)性、抗?jié)B性等性能的影響.

關(guān)鍵詞：粉煤灰品質(zhì)；混凝土；性能

前言

隨著建筑材料發(fā)展，粉煤灰已被廣泛用于民用建筑、水利工程、公路、橋梁工程中。并且在建材、建工、筑路、農(nóng)業(yè)及工程填筑等領(lǐng)域的應(yīng)用都取得了豐碩的成果和寶貴經(jīng)驗(yàn)。大量的研究表明，在混凝土中摻加粉煤灰后，不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，而且具有很好的技術(shù)效益。然而，我國電廠排放的粉煤灰品質(zhì)極不穩(wěn)定，粉煤灰的數(shù)量越來越大，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，而且浪費(fèi)大量資源，因此推廣粉煤灰的綜合利用技術(shù)成為廢棄資源再利用的重要課題。

一、原材料及其實(shí)驗(yàn)

1、原材料

試驗(yàn)采用某水泥廠生產(chǎn)的42.5中熱硅酸鹽水泥，經(jīng)品質(zhì)檢驗(yàn)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求。選用某電廠生產(chǎn)的I級粉煤灰，某電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。選用江蘇博特JM一Ⅱ常溫型緩凝高效減水劑、北京冶建JG一3緩凝高效減水劑及江蘇博特JM一2000引氣劑。人工石灰?guī)r砂細(xì)度模數(shù)為2.63，石粉含量為13.8%，粗骨料由石灰?guī)r加工而成。

2、配合比設(shè)計(jì)

本研究選擇混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度作為配合比設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。通過對不同摻量的兩種粉煤灰混凝土試件的力學(xué)性能指標(biāo)和基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行對比，來研究兩種品質(zhì)的粉煤灰在不同強(qiáng)度等級混凝土中的最佳摻量。

3、試驗(yàn)制備及養(yǎng)護(hù)方法

按配合比制成100mm×100mm×l00mm混凝土試件、100mm×100mm×300mm混凝土碳化試件、100mm×100mm×400mm棱柱體混凝土試件和直徑100mm×厚度50mm圓形試塊，靜置24h后拆模放人標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)，一部分l00mm×100mm×100mm混凝土試件養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度檢測，100mm×100mm×300mm混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)26d，60℃溫度下烘48h，留下相對兩個(gè)側(cè)面，其余表面用石臘密封.直徑100mm、厚度50mm圓形試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室水池中養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)前7d加工成標(biāo)準(zhǔn)試件養(yǎng)護(hù)到試驗(yàn)齡期，另一部分100mm×100mm×l00mm與l00mm×100mm×400mm標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。

4、實(shí)驗(yàn)

（1）混凝土力學(xué)性能測試。按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GB/T50081—2002）進(jìn)行。

（2）混凝土碳化試驗(yàn)。按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（GBJ82.85）進(jìn)行。

（3）氯離子滲透試驗(yàn)。按照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》（CCES2004-01）進(jìn)行。在試件兩端施加30V直流電壓，記錄并聯(lián)電壓、串聯(lián)電流、電解液初始和最終溫度。

從橡膠筒中移出試件在壓力試驗(yàn)機(jī)上劈成兩半，劈開試件表面噴涂0.1mol/L AgNO3 溶液，測量顯色分界線離底面距離，測定數(shù)據(jù)取平均值即為顯色深度。

（4）干濕循環(huán)。淡水中浸泡試件12h，80℃下烘干12h，從80℃降溫到20℃±5℃為一個(gè)循環(huán)，研究試件在0、15、30、45、60次干濕循環(huán)下抗壓強(qiáng)度損失、相對動(dòng)彈性模量、質(zhì)量損失等參數(shù)的變化規(guī)律。

二、粉煤灰品質(zhì)對混凝土性能影響

1、對耐久性能的影響

對于同一強(qiáng)度等級的混凝土，隨著粉煤灰摻量的增加混凝土的Cl一擴(kuò)散系數(shù)亦是先減小后增大，在摻量為20%時(shí)最小，這是因?yàn)榉勖夯揖哂形⒓闲?yīng)和形態(tài)效應(yīng)，粉煤灰的主要礦物組成是玻璃體，這些球形玻璃體表面光滑，粒度細(xì)，質(zhì)地致密，比表面積小，對水的吸附力小，粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，阻止水泥顆粒之間的相互粘聚，而處于分散狀態(tài)，有利于混合物的水化反應(yīng)。

同時(shí)，粉煤灰還具有火山灰效應(yīng)，粉煤灰中的活性成分SiO2與水泥和石灰的水化產(chǎn)物在有水情況下發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，繼而與石膏反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣，而這些反應(yīng)幾乎都是在水泥孔隙中進(jìn)行，使得硬化后混凝土的孔隙率大大降低，提高了混凝土密實(shí)度。從粉煤灰品質(zhì)角度來講，摻加I級粉煤灰混凝土的Cl一擴(kuò)散系數(shù)比摻加Ⅱ級粉煤灰的小，這是因?yàn)椴煌焚|(zhì)的粉煤灰中，火山灰活性、玻璃體含量不同，生成混凝土的密實(shí)度也不同。

2、對流動(dòng)性的影響

粉煤灰微粒困含有大量的玻璃體，在混凝土拌合物中起“滾珠”作用，能顯著降低混凝土拌臺物的屈服剪切應(yīng)力。正是由于這種“形態(tài)效應(yīng)”，可以太大提高混凝土的連續(xù)性，提高混凝土的流動(dòng)度。然而，原狀粉煤灰在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上含有太量的多孔玻璃體、牯連體且外層的玻璃體表層致密，阻礙了粉煤灰與水的作用。

因此，我們必須對粉煤灰進(jìn)行改性，以便發(fā)揮其“形態(tài)效應(yīng)”、“活性效應(yīng)”和“微集料效應(yīng)”，而最簡單的措施便是碾磨。

本實(shí)驗(yàn)所用的磨細(xì)粉煤灰用球磨機(jī)碾磨了45min。（原狀灰的比表面積為5243㎝2 /g，磨細(xì)灰的比表面積為8842㎝2 /g）。磨細(xì)灰混凝土塌落度從148mm～245mm，擴(kuò)散度從523mm～600mm，而原狀灰混凝土則一直為0，只有當(dāng)水膠比達(dá)0.35時(shí)，原狀灰混凝土才表現(xiàn)出流動(dòng)性，但效果較磨細(xì)灰差，其原因可能是：改性后粉煤灰的多孔結(jié)構(gòu)和牯連體被破壞，微粒更細(xì)，表面光滑，能夠更有效地保持水泥分子聞的斥力、起到“解絮”作用，釋放出部分水，具有一定的減水效果，從而進(jìn)一步提高混凝土拌臺物的流動(dòng)性值得特別注意的是：改性后的粉煤灰，其細(xì)度得到提高，比表面積增大，微集料效應(yīng)更充分，改善了混凝土孔結(jié)構(gòu)，有效地阻塞了泌水通道，故能夠降低混凝土的離析和泌水。

3、對抗?jié)B性的影響

混凝土的抗?jié)B性是評價(jià)混凝土耐久性的一個(gè)重要指標(biāo)。在同水膠比和相同坍落度條件下不同品質(zhì)、不同摻灰量的混凝土抗?jié)B性測試結(jié)果：相同水膠比條件下，粉煤灰品質(zhì)上的差異對混凝土抗?jié)B性也幾乎沒有影響，不同品質(zhì)粉煤灰對混凝土抗?jié)B性影響規(guī)律基本一致。摻灰量低于40%時(shí)，其混凝土的抗?jié)B性能均高于相應(yīng)的基準(zhǔn)混凝土，摻灰量即使達(dá)到45%，其混凝土的抗?jié)B性能也僅略低于基準(zhǔn)混凝土。一定摻灰量下，粉煤灰混凝土抗?jié)B性的提高得益于粉煤灰微細(xì)顆粒均勻分布于水泥顆粒之中，同時(shí)粉煤灰火山灰反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步填充于毛細(xì)孔中，改善了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)部孔徑細(xì)化，孔道曲折度增加；相同坍落度下，Ⅱ級灰摻量僅在低于25%時(shí)其混凝土的抗?jié)B性能高于相應(yīng)的基準(zhǔn)混凝土，摻灰量進(jìn)一步增大時(shí)，由于用水量進(jìn)一步增大，混凝土的抗?jié)B性能逐漸降低并明顯低于相應(yīng)的基準(zhǔn)混凝土和I級粉煤灰混凝土。

4、坍落度性能的影響

保持膠凝材料用量、水膠比和減水劑摻量不變情況下，摻加低鈣、高鈣粉煤灰的混凝土具有比空白混凝土更大的初始流動(dòng)度，其初始流動(dòng)度分別達(dá)到200mm和195mm，且摻加低鈣和高鈣粉煤灰混凝土出機(jī)時(shí)和易性好，無離析、泌水現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)摻加低、高鈣粉煤灰的混凝土坍落度保持性都很好，1 h以后摻加低鈣、高鈣粉煤灰混凝土流動(dòng)度為186mm與167mm，低鈣、高鈣粉煤灰對混凝土工作性能影響不大.摻加低鈣、高鈣兩種粉煤灰混凝土以及空白混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展情況。隨著養(yǎng)護(hù)齡期增加，摻加不同品質(zhì)粉煤灰混凝土與空白混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸增加，相同養(yǎng)護(hù)齡期里高鈣粉煤灰混凝土具有比低鈣粉煤灰混凝土更高的抗壓強(qiáng)度。

三、結(jié)論

不同品質(zhì)粉煤灰由于其在水泥基材料中形態(tài)效應(yīng)的顯著差異對水泥基材料的和易性產(chǎn)生正面或負(fù)面影響，在普通混凝土中可通過減水劑得到調(diào)節(jié)。摻加低鈣、高鈣粉煤灰對混凝土坍落度影響不大，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加摻加高鈣、低鈣粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸增加，相同養(yǎng)護(hù)齡期里高鈣粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度大于低鈣粉煤灰混凝土；摻低鈣、高鈣粉煤灰混凝土在初始循環(huán)階段混凝土質(zhì)量減少，15次干濕循環(huán)后混凝土試件質(zhì)量有所增加。在大摻量糟煤灰混凝土中粉煤灰的品質(zhì)（主要是糟煤灰的細(xì)度）對混凝土的流動(dòng)性和強(qiáng)度有著較為顯著的影響。在試驗(yàn)及施工中要盡可能采用磨細(xì)糟煤灰。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳學(xué)禮等.高粉煤灰摻量高流動(dòng)性高強(qiáng)混凝土[J].混凝土工程新技術(shù)，中國建材工業(yè)出版社，1994

[2]吳學(xué)禮.淺談粉煤灰在高效能混凝土中的應(yīng)用[J .粉煤灰，No.2，1996

[3]張承志.商品混凝土[M].北京：化學(xué)I業(yè)出版社，2006

[4]唐明述.中國水泥混凝土發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，（36）：1-6