基于不同粉煤灰品質的水工混凝土性能試驗研究

李亞楠

(朝陽縣水務局，遼寧 朝陽 122000)

粉煤灰是混凝土原料中用量最大的一種具有火山灰活性的材料，這種礦物摻合料能有效改善混凝土的和易性及其耐久性，現已廣泛應用于混凝土特別是大體積水工混凝土工程[1-2]。粉煤灰作為燃煤火力發電廠生產的工業廢料，其化學和物理組成尤其是物理性質具有明顯的差異，即使同一電廠不同時段因電力負荷增減、煤種變化等因素導致的燃燒條件發生變化，也會較大的影響粉煤灰的形貌和結構[3]?，F行技術規范將粉煤灰按品質標準劃分成3個等級，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，并明確了不同等級的技術指標?；炷列阅苁懿煌燃壏勖夯业挠绊懹兴町悾渲孝窦壔颌蚣壏勖夯叶嘤糜谟谰媒ㄖ锼せ炷羀4]。鑒于此，文章利用化學成分和物理結構不同的Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰，探討了混凝土抗沖磨性能受不同等級粉煤灰的影響，為為改善混凝土性能以及摻粉煤灰方案設計提供數據支持。

1 配合比設計

1.1 原材料準備

本試驗選用P·O 42.5級“海螺牌”中熱硅酸鹽水泥作為膠凝材料，經檢測其性能指標符合相關技術要求。水泥的物理性能，見表1。

粗骨料選用人工碎石，細骨料選用人工砂，粗細骨料的性能，見表2。結果顯示，粗骨料和人工砂的性能指標均符合施工規范有關要求。外加劑選用蘇博特生產的GYQ?-Ⅰ高效引氣劑和馬貝流態X404高效緩凝減水劑。

表2 粗細骨料的性能

粉煤灰選用Ⅰ、Ⅱ級兩個等級，物理品質和化學分析，粉煤灰的性能，見表3。結果顯示，兩種粉煤灰均符合粉煤灰技術規范相關要求。

表3 粉煤灰的性能

1.2 配合比設計

試驗選用蘇博特GYQ?-Ⅰ高效引氣劑、馬貝流態X404高效緩凝減水劑、花崗巖人工骨料、海螺中熱硅酸鹽水泥、Ⅰ和Ⅱ級兩種品質粉煤灰，以粉煤灰替代20%水泥討其對水工混凝土性能的影響。摻加Ⅰ級和Ⅱ級粉煤灰的常態混凝土成型四種強度試件，試驗配合比，見表4。

表4 試驗配合比

(a)抗壓強度

(b)劈裂強度

2 試驗結果

2.1 力學性能

混凝土摻Ⅰ級和Ⅱ級粉煤灰的劈裂強度、抗壓強度及進行比，混凝土強度對比圖，見圖1；抗壓彈模、極限拉伸值、軸拉強度試驗結果進行其對比，混凝土強度增長率和力學性能，見表5。然后以28d強度為基準計算7d、90d混凝土強度增長率，混凝土強度增長率和力學性能，見表5。

表5 混凝土強度增長率和力學性能

以齡期28d的試驗數據為基準，混凝土摻Ⅰ級粉煤灰的7d和90d抗壓強度增長率處于68-75%、120-131%之間，7d和90d劈裂強度增長率處于69%-74%、120%-133%范圍，各水膠比試樣的抗壓強度均符合C50、C40、C9050、C9040設計要求。此外，混凝土摻Ⅰ級粉煤灰略高于摻Ⅱ級粉煤灰的力學性能，這是由于Ⅰ級粉煤灰的顆粒更細、細度更小，較大的比表面積可以更好地參與活化反應，對于提高混凝土的后期力學性能發揮著更加明顯的作用[5]。

通過對比C9040、C9050試驗結果發現，90d齡期時摻Ⅰ級粉煤灰的混凝土極限拉伸值和軸拉強度均高于摻Ⅱ級粉煤灰的，抗壓彈模變化不明顯。一般地，砂石料性質相同的條件下，水泥漿體積越大則混凝土的極限拉伸值越高；粉煤灰的摻入會降低早期強度，在一定程度上減少早期極限拉伸值，但粉煤灰能夠有效控制水泥的水化溫升[6-7]。因此，將粉煤灰摻入混凝土中可以抵抗溫度裂縫，但混凝土強度和極限拉伸值受不同粉煤灰等級的影響存在一定差異，由于Ⅰ級粉煤灰的顆粒更細、細度更小，較大的比表面積可以更好地參與活化反應，對提高后期抗拉強度和極限拉伸值具有更加顯著的作用。

2.2 干縮率

隨齡期變化摻Ⅰ級粉煤灰的干縮率試驗結果，不同齡期的干縮率變化曲線，見圖2，不同粉煤灰品質、相同強度等級的干縮率試驗結果，不同粉煤灰品質的干縮率變化曲線，見圖3。

圖2 不同齡期的干縮率變化曲線

(a)C9040強度等級

(b)C9050強度等級

試驗表明，設計齡期內摻Ⅰ級粉煤灰的干縮率相對較低，將粉煤灰摻入到混凝土中能夠減少拌合水用量，既能將大毛細孔變小還可減少內部毛細孔數量，對于控制毛細孔中的水分蒸發以及混凝土干縮變形具有積極作用[8]。摻Ⅰ級粉煤灰優于摻Ⅱ級粉煤灰的減水效果，因其細度更小可以更好地控制混凝土毛細孔水蒸發及其干縮變形。

2.3 抗凍抗滲性

設計齡期內摻Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰的抗凍和抗滲性能，混凝土抗凍、抗滲性能，見表6。試驗表明，強度等級相同的情況下，摻Ⅰ級粉煤灰略高于摻Ⅱ級粉煤灰的抗滲性，并且隨著水灰比的增大混凝土摻粉煤灰的抗滲性能逐漸下降。一般地，混凝土滲透的水分是內部氣泡空隙、泌水形成的毛細孔和界面過渡區之間的裂縫滲透而來[9]，Ⅰ級粉煤灰的摻入可以改善混凝土內部孔隙，減少毛細孔通道，所以對于改善混凝土抗滲性Ⅰ級粉煤灰的效果更優。

表6 混凝土抗凍、抗滲性能

由表6可知，強度等級相同的情況下，混凝土摻Ⅱ級粉煤灰的相對動彈模量和質量損失率均優于摻Ⅰ級粉煤灰。從凍融破壞機理的角度上，混凝土內部孔結構在很大程度上決定了其抗凍性能，Ⅰ級粉煤灰減少內部氣泡的效果要優于Ⅱ級粉煤灰，而結冰時產生的膨脹應力被更多的孔隙切斷，所以混凝土摻Ⅰ級粉煤灰的抗凍性能不如摻Ⅱ級粉煤灰[11]。

2.4 抗沖磨性能

摻Ⅰ級和Ⅱ級粉煤灰的混凝土抗沖磨性能利用圓環法、水下鋼球法測定，混凝土的抗沖磨強度，見表7。試驗表明，水膠比和強度等級相同的情況下，混凝土摻Ⅰ級粉煤灰略高于摻Ⅱ級粉煤灰的抗沖磨強度。實際上，混凝土的強度與其抗沖耐磨性能存在正相關關系，Ⅰ級粉煤灰的顆粒更細、細度更小，其較大的比表面積可以更好地參與活化反應，明顯提高混凝土后期強度，所以摻Ⅰ級粉煤灰優于摻Ⅱ級粉煤灰的抗沖耐磨性能[12-16]。

表7 混凝土的抗沖磨強度

3 結 論

1)混凝土和易性相同時，混凝土摻Ⅰ級和Ⅱ級粉煤灰的用水量、砂率相當，不同水膠比下混凝土摻Ⅰ級粉煤灰的C50、C40、C9050、C9040強度均符合設計要求。

2)水膠比相同時，混凝土摻Ⅰ級粉煤灰略高于摻Ⅱ級粉煤灰的極限拉伸值、軸拉強度和抗壓強度，但抗壓彈模變化不明顯，摻Ⅰ級粉煤灰的干縮率相對更低。

3)強度等級相同時，混凝土摻Ⅰ級粉煤灰的抗滲性能略優于摻Ⅱ級粉煤灰，但其抗凍性能不如摻Ⅱ級粉煤灰；水膠比和強度等級相同時，混凝土摻Ⅰ級粉煤灰優于摻Ⅱ級粉煤灰的抗沖耐磨性能。