粉煤灰細度對水泥混凝土性能影響研究

摘 要：首先對粉煤灰進行磨細處理，然后研究了粉煤灰細度對水泥混凝土強度和工作性的影響。結果表明，在保證工作性和粉煤灰摻量相同情況下，隨著粉煤灰細度的增加，水泥混凝土的強度也逐漸增加；同時，在保證用水量和粉煤灰摻量相同的情況下，隨著粉煤灰細度的增加，混凝土的工作性先增長后減小，粉煤灰細度還存在最佳值。

關鍵詞：粉煤灰；細度；混凝土；性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.090

自20世紀90年代以來，粉煤灰由于具有密度小，工作性好，火山灰效應等原因被廣泛應用于水泥混凝土中[1]。特別是粉煤灰的火山灰效應可以提高水泥混凝土的后期強度，同時粉煤灰替代水泥后使混凝土的造價降低，從而帶來可觀的經濟效益和環境效益[2]。但是由于不同發電廠生產的粉煤灰細度差異較大，從而造成對混凝土性能的影響也不同[3]。因此，研究粉煤灰細度對水泥混凝土性能的影響就具有一定的現實意義。本文以不同細度的粉煤灰為研究對象，通過粉煤灰細度的變化，研究了粉煤灰細度對水泥混凝土性能的影響規律。

1 原材料

水泥：秦嶺牌PO32. 5 普通硅酸鹽水泥，陜西秦嶺水泥有限責任公司生產，基本性能見表1。

水：自來水，符合規范要求

骨料：普通骨料，西安市長安區永強碎石場生產，技術指標如表2所示：

粉煤灰：普通粉煤灰和大燒失量粉煤灰技術指標如表3所示。

2 研究方法

首先在實驗室用小型球磨機對粉煤灰進行磨細（磨細后的粉煤灰技術指標見表4），將不同細度（四種）的粉煤灰摻入水泥混凝土中進行強度和工作性測定。本次實驗采用的水泥混凝土配合比為水泥：砂：石：水=1：2.53：3.69：0.45，粉煤灰摻量為30%，水泥混凝土強度和工作性測定采用標準的實驗方法進行。通過測定摻粉煤灰細度變化時對水泥混凝土的強度和工作性的變化規律，從而得到粉煤灰細度對水泥混凝土性能的影響規律。

3 實驗結果與分析

水泥混凝土配合比為水泥：砂：石：水=1：2.53：3.69：0.45，粉煤灰采用外摻的形式，摻量為30%，水泥混凝土試件尺寸為150×150×150mm，混凝土工作性采用塌落度法測定，各項性能檢測都嚴格按照規范要求的標準方法進行。

3.1 粉煤灰在混凝土中的作用原理

粉煤灰在水泥混凝土中的作用主要有火山灰效應、微骨料效應和形態效應[4]。

（1）火山灰效應：火山灰效應是粉煤灰最主要到的性能之一，是粉煤灰中的活性二氧化硅與水泥水化產物反應，生產具有粘結效應的水化硅酸鈣，這是摻粉煤灰水泥后期強度較高的最主要原因。

（2）微骨料效應：由于粉煤灰顆粒非常細，特別是磨細粉煤灰更加明顯，這些粉煤灰顆粒可以填充混凝土中的微小空隙，可以明顯提高混凝土的強度[5]。

（3）形態效應：通過顯微鏡觀察，粉煤灰顆粒75%以上都是微小的圓形顆粒，表面光滑，質地細密，類似于玻璃球形態。這對水泥混凝土而言，可以減少用水量，大大提高混凝土的流動性。

3.2 粉煤灰細度變化對混凝土強度的影響

在保證工作性和粉煤灰摻量相同的前提下，通過粉煤灰細度的變化，制作四種不同粉煤灰細度的水泥混凝土強度試件，測定水泥混凝土強度，水泥混凝土強度變化規律如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著粉煤灰細度的增加，水泥混凝土的強度逐漸增加，說明粉煤灰細度對水泥混凝土的強度有最直接的影響，粉煤灰細度越大，水泥混凝土的強度越大。究其原因，主要是由于粉煤灰越細，微骨料效應越明顯，隨著粉煤灰細度的增加，混凝土的孔隙率越小，密實度也就越大，從而使混凝土強度增加。但是由圖1也可以發現，粉煤灰細度從75%到80%和從80%到85%之間強度增長速率逐漸增加的，粉煤灰細度從75%增長到80%時，強度從31.5Mpa增長到34.6Mpa，強度增長了3.1Mpa；粉煤灰細度從80%增長到85%時，強度從34.6Mpa增長到38.2Mpa，強度增長了3.6Mpa.但是粉煤灰細度從85%增長到90%時，增長速率明顯降低，粉煤灰細度增長了5%，強度增長了3.2Mpa。分析認為原因是隨著細度的增加，混凝土內部的空隙被逐漸填滿，雖然粉煤灰細度還在增加，但是填筑空隙的作用在減小，所以強度增長逐漸放緩。

3.3 粉煤灰細度變化對工作性的影響

在保證用水量和粉煤灰摻量相同的情況下，通過粉煤灰細度的變化，測定四種不同粉煤灰細度的水泥混凝土工作性，水泥混凝土工作性變化規律如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著粉煤灰細度的增加，水泥混凝土的工作性變化明顯，說明粉煤灰細度對水泥混凝土的工作性有明顯的影響。同時也可以看出，粉煤灰細度逐漸增加時，混凝土工作性先增加后降低。原因是隨著粉煤灰細度的增加，在形態效應的作用下，致密和圓形玻璃裝形態的粉煤灰增加了混凝土工作性。但是隨著細度的進一步增加，造成粉煤灰比表面積的增大，在用水量一定的情況下，混凝土就會逐漸顯得干澀，工作性降低，所以粉煤灰細度超過某個值后，隨著細度的增加工作性反而降低。由圖2也可以發現，粉煤灰細度從75%增加到80%時，混凝土的塌落度從40mm增加到55mm，粉煤灰細度從80%到85%時，混凝土塌落度從55mm下降到50mm；粉煤灰細度從85%增長到90%時，混凝土的工作性直線下降，塌落度從50mm下降到20mm，混凝土的工作性已經不能滿足要求。同時也可以說明在用水量和粉煤灰摻量一定的情況下，粉煤灰細度有一個最佳值，這時候混凝土的工作性最好。

4 結論

通過以上圖表和實驗數據可以得出以下結論：（1）在保證工作性和粉煤灰摻量相同時，隨著粉煤灰細度的增加，水泥混凝土的強度也逐漸增加，說明粉煤灰細度對混凝土強度有最直接影響；（2）在保證用水量和粉煤灰摻量相同的情況下，隨著粉煤灰細度的增加，混凝土的工作性先增加后減小，同時也說明粉煤灰細度有最佳值，本次實驗所用粉煤灰細度的最佳值在85%左右。

參考文獻：

[1]李劍虹.粉煤灰在混凝土中的應用[J].煤礦安全，2005（07）：32-34.

[2]劉競，鄧德華，李興翠等.粉煤灰細度對不同強度等級混凝土抗CL性能的影響[J].粉煤灰綜合利用，2008（01）：17-20.

[3]姜涵，肖保懷.大摻量粉煤灰水泥混凝土性能研究[J].重慶建筑，2002（02）：46-48.

[4]吳丹.粉煤灰摻量對商品混凝土抗壓強度影響研究[J].山東煤炭科技，2009（05）：108-109.

[5]袁承斌，高文達.粉煤灰摻量對混凝土性能的影響[J].揚州大學學報（自然科學版），2010，13（01）：62-65.

作者簡介：郭輝（1981-），男，陜西西安人，工程師，主要從事鐵路工程建設管理工作。