粉煤灰（Ⅱ級）摻量對再生骨料混凝土性能影響

楊冉，杭美艷

（1.林州建筑職業技術學院，河南安陽 456550；2.內蒙古科技大學，內蒙古包頭 014010）

0 引言

混凝土作為目前使用最廣、用量最大的材料之一，對我們人類生存的環境造成了巨大的影響[1]。一方面使用混凝土，需要大量的水泥、砂、石等材料，無節制的開采嚴重破壞了生態環境；另一方面由于早期建造使用的混凝土開始出現劣化，廢舊工程拆除后的混凝土垃圾如何處理也成為當前急需解決的問題之一[2]。因此，混凝土的研究與發展必須更多的利用各種固體廢棄物作為其原材料，減低混凝土能耗，減少CO2排放量，變廢為寶，保證和促進人類與環境的和諧發展。

粉煤灰作為發電廠排出的一種廢棄物，具有量大價優這些優點，在再生骨料混凝土中等量替代水泥，可以改善混凝土的性能，節約水泥，降低生產成本，減少對環境的污染[3]。學者張星一在研究中表明，對再生混凝土28d 抗壓強度的影響最主要的影響因素是粉煤灰取代水泥量[4]。文中主要研究將Ⅱ級粉煤灰摻入再生骨料混凝土中，充分利用粉體的優化組合以及界面強化效應，可使再生混凝土具有良好的工作性及較高的強度。

1 研究用原材料

（1）水泥：冀東P·O42.5 水泥，28d 強度48.5MPa，標準稠度用水量28%。

（2）砂：采用天然河砂，中砂，含泥量2.6%，細度模數2.5。

（3）天然骨料：碎石，5～31.5mm 連續粒級，符合標準要求。

（4）再生粗骨料：廢棄混凝土經破碎，篩分為5～31.5mm 連續粒級。

（5）粉煤灰：包頭達旗電廠Ⅱ級灰，指標符合GB1596-2005 要求。

（6）水：普通自來水，符合JG J6 3-2006 要求。

（7）減水劑：包頭鋼鹿建材公司聚羧酸高性能減水劑。

分別對天然骨料和破碎、篩分后的再生骨料進行表觀密度、堆積密度、吸水率和壓碎指標試驗，試驗結果見表1。

表1 骨料基本性能

從表1 中觀察天然骨料和再生骨料的基本性質發現，天然骨料的表觀密度、堆積密度明顯要大于再生骨料，但吸水率和壓碎指標卻小于再生骨料。兩者產生這么大的區別是因為再生骨料是混凝土由破碎機破碎之后，在表面會包裹一層硬化的水泥砂漿，一方面由于水泥砂漿的強度低、密度小，砂漿表面粗糙、氣孔多、孔隙率也大，另一方面混凝土破碎時，機械振動使得再生骨料內部松動，出現細小裂紋[5]。

2 混凝土試驗方法

利用再生骨料替代天然骨料，進行試驗，主要研究再生混凝土的和易性、力學性能]。混凝土攪拌、成型等按照GB 50080～2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》執行。配合比設計根據普通混凝土配合比設計要求，設計強度等級保持不變為C40，一組水膠比為0.35 時，砂率為38%，另一組水膠比為0.45，砂率為39%，改變Ⅱ級粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%、40%、50%，再生粗骨料取代天然骨料制備混凝土試塊。混凝土配合比設計如表2、表3 所示。

表2 水膠比為0.35 時混凝土配合比及和易性

表3 水膠比為0.45 時混凝土配合比及和易性

3 研究結果與分析

3.1 粉煤灰摻量對再生骨料混凝土性能影響

試驗中，依據GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》執行，通過變動減水劑的用量保證新拌混凝土的流動度控制在180±20mm。試驗先測新拌混凝土中的含氣量，硬化成型后再測試其抗壓強度、抗氯離子滲透性及抗凍融能力。

3.1.1 粉煤灰摻量對再生骨料混凝土含氣量的影響

試驗時保持水膠比、引氣劑摻量不變，由粉煤灰等量替代水泥，摻量為0、10%、20%、30%、40%、50%，研究再生骨料混凝土隨著Ⅱ級粉煤灰摻量的增大，含氣量的變化情況。

通過試驗研究，發現再生骨料混凝土中含氣量會隨粉煤灰摻量的變化而改變。從圖1 中看出再生骨料混凝土中粉煤灰的摻量增大，那么含氣量相應降低。一方面是因為粉煤灰為很細的顆粒，有很大的比表面積，粒粒徑一般分布在0.5～300μm 的范圍內，其中玻璃微珠的范圍為0.5～100μm，同時還有部分莫來石、石英等結晶物質，具有很強的吸附能力；另一方面由于二次水化作用，改善了再生骨料混凝土的和易性和內部的界面結構，提高密實度降低了隙率，從而使再生骨料混凝土的含氣量減少。因此，增大粉煤灰摻量可以使再生骨料混凝土中的含氣量降低。

圖1 粉煤灰摻量與再生骨料混凝土含氣量的關系曲線圖

3.1.2 粉煤灰摻量對不同水膠比再生骨料混凝土抗壓強度的影響

依據GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》及GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測試了再生混凝土3d、7d、28 d 抗壓強度。同一水膠比下，隨著Ⅱ級粉煤灰摻量的增大，再生骨料混凝土各齡期的抗壓強度均呈現下降的趨勢，當粉煤灰取代量小于等于30%時，下降速率平緩；粉煤灰取代水泥量為超過30%時，下降速率增大；另外，粉煤灰使得早期強度降低幅度較大；水膠比越小，粉煤灰對混凝土強度的影響越小，當摻加少量時，后期強度還會有所提高。因此，以廢棄混凝土破碎篩分后作骨料，并摻加適量粉煤灰后，配置混凝土的力學性能完全能達到了普通混凝土的水平。

粉煤灰作為活性礦物摻合料，在混凝土中的主要作用機理包括顆粒形貌效應、微粉填充效應和火山灰活性效應，顆粒形貌效應可減少混凝土拌合物的流動阻力，改善其和易性，在和易性保持穩定的情況下，可以調整配合比中的減水劑用量[6]；粉煤灰顆粒很細，可填充在水泥水化產生的微孔中，增加混凝土的密實度；粉煤灰中的活性組分可與水泥的水化產物氫氧化鈣反應生成水化硅酸鈣凝膠等，粉煤灰的摻入會影響混凝土的早期強度，但火山灰活性的存在使得后期水化進行較為充分[7]。粉煤灰摻量對不同水膠比再生骨料混凝土抗壓強度的影響如圖2～圖4 所示。

圖2 水膠比為0.35 時，粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗壓強度的影響

3.1.3 粉煤灰摻量對不同水膠比再生骨料混凝土抗氯離子滲透能力的影響

氯離子進入混凝土內部主要通過滲透、擴散及吸附三種途徑，毛細孔及微細連通孔的存在會使氯離子較易進入混凝土內部，工程應用中，應注意控制混凝土內部毛細孔的生成。粉煤灰的減水效應和填充效應會減小混凝土的孔隙率，理論上可提高混凝土的抗氯離子滲透性。粉煤灰摻量對不同水膠比混凝土抗氯離子滲透能力的影響如圖4 所示。

圖3 水膠比為0.45 時，粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗壓強度的影響

圖4 不同水膠比時，粉煤灰摻量對抗氯離子滲透能力的影響

由圖4 知，隨著混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量的增大，再生骨料混凝土的抗氯離子滲透能力先增強后減弱；水膠比0.35 和0.45 的再生骨料混凝土在粉煤灰摻量為20%時，抗氯離子滲透能力最強，對應的電通量分別為900C、1587C。可見，適量摻加粉煤灰對再生骨料混凝土抗氯離子能力提高有一定的作用[8]。而粉煤灰摻量對混凝土抗氯離子滲透性能的影響機理主要是摻入粉煤灰后,界面處的微結構發生了很大的變化,Ca（OH）2數量減少,孔隙率降低,有害孔逐漸減少,無害孔逐漸增加,提高結構的密實程度；隨著粉煤灰摻量的增加，對再生混凝土抗氯離子的滲透性表現為先增強后減弱。

3.1.4 粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗凍融能力的影響

該試驗研究了水膠比為0.35 時再生骨料混凝土的抗凍融能力。Ⅱ級粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗凍融能力的影響如表4 所示。

由表4 可知，未使用粉煤灰時，基準再生骨料混凝土的耐凍融循環次數150 次，粉煤灰摻量30%～40%、40%～50%時，混凝土的耐凍融循環次數僅為100 次和50 次；粉煤灰摻量為10%～30%時，混凝土的耐凍融循環次數均在200 次以上。

表4 水膠比為0.35 時，粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗凍融能力%

實驗數據中出現了質量損失與動彈模量損失不一致的情況：粉煤灰使用量為0～30%時，質量損失小甚至有所增重，但彈性模量損失大；粉煤灰使用量為30%～50%時，質量損失較大但動彈模量損失小，出現這種情況正是由于其內部孔隙結構的不同而造成的。對于水膠比為0.35 的混凝土來說，要保證其具有較高的抗凍融能力，粉煤灰摻量應小于等于30%。

4 結語

文中通過對Ⅱ級粉煤灰摻量對再生骨料混凝土的性能影響研究，得出如下結論：

（1）在同一水膠比下，粉煤灰摻量越高，再生骨料混凝土中的含氣量越低。同一水膠比下，隨粉煤灰摻量的增大，再生骨料混凝土各齡期的抗壓強度均呈現下降的趨勢。

（2）隨著粉煤灰摻量的增大，再生骨料混凝土的抗氯離子滲透能力先增大后減小。對水膠比為0.35和0.45 的混凝土，粉煤灰摻量為20%時，抗氯離子滲透能力最強。

（3）對當混凝土的水膠比為0.35 時，粉煤灰摻量應小于等于30%時，再生骨料混凝土具有較高的抗凍融能力。