粉煤灰摻量對不同強度等級混凝土性能的影響

江堅

（臺州飛龍商品混凝土有限公司，浙江 臺州 317000）

0 前言

混凝土技術的發展伴隨著外加劑的更新換代及礦物摻合料應用技術的不斷成熟，尤其是大比例礦物摻合料混凝土配制技術在大體積混凝土或者防開裂結構工程的應用，擴大了粉煤灰和礦粉等傳統礦物摻合料的應用范圍，同時也符合國家節能降耗、固廢利廢的政策要求。

粉煤灰作為火力發電排放的副產物，屬于火山灰質礦物摻合料，同時具有的形態效益[1]有利于改善混凝土流動性，同時也會對混凝土后期強度發展和耐久性有利。利用大摻量粉煤灰配制混凝土已經在三峽水利工程、烏東德水電站等大型工程中得到應用[2,3]，取得了良好的技術和經濟效益。

粉煤灰自身細度、含碳量及硫含量等指標會對其用量產生一定影響，因此需要進一步研究。本項目研究了不同細度的粉煤灰在不同摻量下對混凝土性能的影響，以期為粉煤灰在混凝土中的應用提供理論和實際參考。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用Ⅱ級灰，需水比為 98%，45μm 方孔篩余 15%；礦粉采用 S95，比表面積 435m2/kg。水泥的主要性能指標見表 1，粉煤灰和礦粉的化學組成見表 2。

表1 試驗用水泥的性能指標

表2 粉煤灰和礦粉的化學組成 %

（2）外加劑采用緩凝型聚羧酸減水劑，固含量為 14.5%，摻量根據實際確定。

（3）細骨料采用卵石機制砂，細度模數為 3.1，含粉量 9.0%；粗骨料采用小石（5～10mm）和大石（10～25mm）按照一定比例使用，壓碎值 10.0%。

1.2 試驗方法

（1）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》稱取原材料，按照制定的水膠比和外加劑摻量，拌和后測量混凝土拌合物的坍落度和擴展度。

（2）按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測定混凝土 3d、7d、28d、60d 的抗壓強度。

（3）采用常用的 C30 和 C50 配合比，粉煤灰取代水泥比例分別為 0、20%、40%、60% 所得的試驗配合比及原材料用量見表 3。

表3 試驗用混凝土基準配合比 kg/m3

2 試驗結果及討論

2.1 粉煤灰摻量對 C30 混凝土性能的影響

研究了粉煤灰對 C30 混凝土性能的影響，調整減水劑用量使得混凝土擴展度在 (550±10)mm，測試標準養護下的混凝土抗壓強度值，結果見表 4、圖 1 和圖 2。

表4 粉煤灰摻量對 C30 混凝土性能的影響

圖1 粉煤灰摻量對混凝土減水劑摻量的影響

圖2 粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響

以上結果表明，C30 混凝土減水劑用量隨著粉煤灰摻量增加先降低后升高，這是因為適量粉煤灰的加入可以起到滾珠效應，釋放被水泥包裹的游離水，降低漿體粘度，使得混凝土漿體流變性提高，但當粉煤灰用量進一步提高，由于粉煤灰比表面積大于水泥，需要更多的水分包裹，從而需要更多外加劑釋放游離水[4]。

當粉煤灰摻量為 20% 時，混凝土 3d 和 7d 強度略低于未摻粉煤灰組，隨著齡期發展，粉煤灰和礦粉起到了協同作用，對混凝土的填充作用增強，同時粉煤灰和礦粉所具有的二次水化使得混凝土后期強度得以激發，混凝土 28d 和 60d 強度甚至高于基準組。粉煤灰摻量提高至 40%，由于水泥用量降低，生成的水化產物減少，無法形成網狀結構，使得混凝土強度發展緩慢，粉煤灰用量繼續增加至 60% 時，粉煤灰活性較低，生成的膠凝產物較分散，混凝土強度明顯下降。

2.2 粉煤灰摻量對 C50 混凝土性能的影響

C50 混凝土具有更多的膠材用量、更低的用水量，相對材料使用更為敏感。調整減水劑用量使得混凝土擴展度在 (570±10)mm，對不同摻量粉煤灰用于 C50 混凝土后的性能進行測試，見表 5 和圖 3、4。

圖3 粉煤灰摻量對 C50 混凝土外加劑摻量的影響

表5 粉煤灰摻量對 C50 混凝土性能的影響

粉煤灰摻量提高，減水劑用量同樣得以降低，相比純礦粉時 2.0% 摻量，粉煤灰用量 40% 時摻量降低了 0.35%，但粉煤灰過摻后會使得混凝土粘度增加，外加劑用量反而增加。

粉煤灰適量摻入（20%），對 C50 混凝土起到有效填充，同時改善了混凝土和易性，使得混凝土密實度提高。粉煤灰和礦粉協同的二次水化同樣有助于混凝土早期和后期強度的發展[5]，甚至超越未摻粉煤灰組，但粉煤灰過摻對 C50 強度的影響更為顯著，當粉煤灰摻量 60% 時，混凝土強度發展遲緩，為水泥用量大幅減少生成的水化產物數量降低所致。

3 結論

（1）適量粉煤灰的加入能降低混凝土外加劑用量，但過摻后會增加減水劑用量。

（2）粉煤灰的加入都使得 C30 和 C50 混凝土早期強度降低，由于粉煤灰發生的二次水化反應，使得粉煤灰后期強度得到提高，尤其當粉煤灰摻量 20% 時，C30 和 C50 混凝土混凝土早期和后期強度均發展良好，但粉煤灰過摻對 C50 混凝土影響更為明顯。

圖4 C50 混凝土強度發展情況