粉煤灰細(xì)度對(duì)水泥混凝土性能影響研究

摘 要：首先對(duì)粉煤灰進(jìn)行磨細(xì)處理，然后研究了粉煤灰細(xì)度對(duì)水泥混凝土強(qiáng)度和工作性的影響。結(jié)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(xì)度的增加，水泥混凝土的強(qiáng)度也逐漸增加；同時(shí)，在保證用水量和粉煤灰摻量相同的情況下，隨著粉煤灰細(xì)度的增加，混凝土的工作性先增長(zhǎng)后減小，粉煤灰細(xì)度還存在最佳值。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；細(xì)度；混凝土；性能

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

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，粉煤灰由于具有密度小，工作性好，火山灰效應(yīng)等原因被廣泛應(yīng)用于水泥混凝土中[1]。特別是粉煤灰的火山灰效應(yīng)可以提高水泥混凝土的后期強(qiáng)度，同時(shí)粉煤灰替代水泥后使混凝土的造價(jià)降低，從而帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[2]。但是由于不同發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)的粉煤灰細(xì)度差異較大，從而造成對(duì)混凝土性能的影響也不同[3]。因此，研究粉煤灰細(xì)度對(duì)水泥混凝土性能的影響就具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文以不同細(xì)度的粉煤灰為研究對(duì)象，通過(guò)粉煤灰細(xì)度的變化，研究了粉煤灰細(xì)度對(duì)水泥混凝土性能的影響規(guī)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(zé)任公司生產(chǎn)，基本性能見(jiàn)表1。

水：自來(lái)水，符合規(guī)范要求

骨料：普通骨料，西安市長(zhǎng)安區(qū)永強(qiáng)碎石場(chǎng)生產(chǎn)，技術(shù)指標(biāo)如表2所示：

粉煤灰：普通粉煤灰和大燒失量粉煤灰技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

2 研究方法

首先在實(shí)驗(yàn)室用小型球磨機(jī)對(duì)粉煤灰進(jìn)行磨細(xì)（磨細(xì)后的粉煤灰技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4），將不同細(xì)度（四種）的粉煤灰摻入水泥混凝土中進(jìn)行強(qiáng)度和工作性測(cè)定。本次實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度和工作性測(cè)定采用標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行。通過(guò)測(cè)定摻粉煤灰細(xì)度變化時(shí)對(duì)水泥混凝土的強(qiáng)度和工作性的變化規(guī)律，從而得到粉煤灰細(xì)度對(duì)水泥混凝土性能的影響規(guī)律。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(cè)定，各項(xiàng)性能檢測(cè)都嚴(yán)格按照規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)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(yīng)、微骨料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)[4]。

（1）火山灰效應(yīng)：火山灰效應(yīng)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(chǎn)物反應(yīng)，生產(chǎn)具有粘結(jié)效應(yīng)的水化硅酸鈣，這是摻粉煤灰水泥后期強(qiáng)度較高的最主要原因。

（2）微骨料效應(yīng)：由于粉煤灰顆粒非常細(xì)，特別是磨細(xì)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(qiáng)度[5]。

（3）形態(tài)效應(yīng)：通過(guò)顯微鏡觀(guān)察，粉煤灰顆粒75%以上都是微小的圓形顆粒，表面光滑，質(zhì)地細(xì)密，類(lèi)似于玻璃球形態(tài)。這對(duì)水泥混凝土而言，可以減少用水量，大大提高混凝土的流動(dòng)性。

3.2 粉煤灰細(xì)度變化對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

在保證工作性和粉煤灰摻量相同的前提下，通過(guò)粉煤灰細(xì)度的變化，制作四種不同粉煤灰細(xì)度的水泥混凝土強(qiáng)度試件，測(cè)定水泥混凝土強(qiáng)度，水泥混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律如圖1所示。

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

3.3 粉煤灰細(xì)度變化對(duì)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(guò)粉煤灰細(xì)度的變化，測(cè)定四種不同粉煤灰細(xì)度的水泥混凝土工作性，水泥混凝土工作性變化規(guī)律如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著粉煤灰細(xì)度的增加，水泥混凝土的工作性變化明顯，說(shuō)明粉煤灰細(xì)度對(duì)水泥混凝土的工作性有明顯的影響。同時(shí)也可以看出，粉煤灰細(xì)度逐漸增加時(shí)，混凝土工作性先增加后降低。原因是隨著粉煤灰細(xì)度的增加，在形態(tài)效應(yīng)的作用下，致密和圓形玻璃裝形態(tài)的粉煤灰增加了混凝土工作性。但是隨著細(xì)度的進(jìn)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(huì)逐漸顯得干澀，工作性降低，所以粉煤灰細(xì)度超過(guò)某個(gè)值后，隨著細(xì)度的增加工作性反而降低。由圖2也可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰細(xì)度從75%增加到80%時(shí)，混凝土的塌落度從40mm增加到55mm，粉煤灰細(xì)度從80%到85%時(shí)，混凝土塌落度從55mm下降到50mm；粉煤灰細(xì)度從85%增長(zhǎng)到90%時(shí)，混凝土的工作性直線(xiàn)下降，塌落度從50mm下降到20mm，混凝土的工作性已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求。同時(shí)也可以說(shuō)明在用水量和粉煤灰摻量一定的情況下，粉煤灰細(xì)度有一個(gè)最佳值，這時(shí)候混凝土的工作性最好。

4 結(jié)論

通過(guò)以上圖表和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：（1）在保證工作性和粉煤灰摻量相同時(shí)，隨著粉煤灰細(xì)度的增加，水泥混凝土的強(qiáng)度也逐漸增加，說(shuō)明粉煤灰細(xì)度對(duì)混凝土強(qiáng)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(xì)度的增加，混凝土的工作性先增加后減小，同時(shí)也說(shuō)明粉煤灰細(xì)度有最佳值，本次實(shí)驗(yàn)所用粉煤灰細(xì)度的最佳值在85%左右。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]劉競(jìng)，鄧德華，李興翠等.粉煤灰細(xì)度對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)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(duì)商品混凝土抗壓強(qiáng)度影響研究[J].山東煤炭科技，2009（05）：108-109.

[5]袁承斌，高文達(dá).粉煤灰摻量對(duì)混凝土性能的影響[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，13（01）：62-65.

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