楊 斌 　 王珺卓 　 盛 彬 　 方 濤 　 羅義生 　 孫琳璘 　 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱　150040)

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·建筑材料及應(yīng)用·

不同摻量粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能影響的研究★

楊 斌 王珺卓 盛 彬 方 濤 羅義生 孫琳璘 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040)

以粉煤灰摻量作為單一變量，通過(guò)橫向分析與縱向?qū)Ρ仍囼?yàn)，得出了粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：粉煤灰等量取代水泥時(shí)，隨著摻量的增大，混凝土的早期抗壓和抗折強(qiáng)度都越來(lái)越??；粉煤灰超量取代時(shí)，隨著摻量的增大，混凝土的早期抗壓和抗折強(qiáng)度先增大后減小；經(jīng)分析，超量取代系數(shù)為1.2，取代比不超過(guò)20%時(shí)，粉煤灰超量取代比等量取代效果好。

粉煤灰，等量取代，超量取代，混凝土，力學(xué)性能

0　引言

早在1997年，吳中偉院士就首先提出綠色高性能混凝土(GHPC)的概念[1]，并且國(guó)家大力提倡可持續(xù)發(fā)展，鼓勵(lì)廢料的利用，越來(lái)越多的工業(yè)廢渣被應(yīng)用到混凝土中，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于摻粉煤灰的混凝土的研究已經(jīng)逐漸展開，張蔚等人提出粉煤灰對(duì)混凝土的抗?jié)B性和抗收縮性有著明顯提高[2]，袁承斌等人通過(guò)摻入不同量的粉煤灰，得出粉煤灰摻量較少時(shí)，混凝土的碳化深度增加不明顯，隨著摻量增加，碳化深度明顯加大[3]。

以上對(duì)摻粉煤灰的混凝土多是在等量取代情況下的研究，國(guó)內(nèi)對(duì)于粉煤灰超量取代水泥和它與等量取代在抗壓、抗折等力學(xué)性能上差異的研究較少。因此，本文從最常用的普通硅酸鹽水泥入手，以粉煤灰摻量作為單一變量，觀察不同取代比情況下，其對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響并研究分析。

1　試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與方法

1.1試驗(yàn)原材料

1)水泥采用哈爾濱市亞泰集團(tuán)“天鵝牌”P.O42.5水泥，其各項(xiàng)性能見(jiàn)表1；2)砂采用河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，Ⅱ區(qū)級(jí)配合格；3)碎石為哈爾濱市玉泉鎮(zhèn)生產(chǎn)，級(jí)配為5 mm～31.5 mm；4)粉煤灰為哈爾濱熱電廠產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2；5)采用佳木斯宏遠(yuǎn)建筑外加劑有限公司生產(chǎn)的萘系高效減水劑和引氣劑；6)水是潔凈的自來(lái)水。

表1　水泥的性能

1.2試驗(yàn)配合比

本次試驗(yàn)設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)試驗(yàn)X1C，即不摻任何摻合料的普通混凝土做對(duì)比，然后分別設(shè)置粉煤灰等量取代(X2C～X4C)和超量取代(X5C和X6C)水泥，取代比初步定為15%,30%,40%，其中超量取代系數(shù)為1.2。但在后續(xù)試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)粉煤灰超量取代40%時(shí)，和易性突然變差，無(wú)法粘聚成型，故此處舍去不再贅述?；炷僚浜媳纫?jiàn)表3。

表3　試驗(yàn)配合比

1.3試件制備

本次試驗(yàn)參照GBT 50080—2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)制備100 mm×100 mm×100 mm混凝土立方體試件36個(gè)，100 mm×100 mm×400 mm混凝土棱柱體試件18個(gè)。先進(jìn)行原材料的稱量，然后進(jìn)行混凝土的拌合、澆筑、振搗，成型后自然養(yǎng)護(hù)24 h后拆模、編號(hào)，并立即放入溫度(20±1)℃，相對(duì)濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。

2　試件的測(cè)試和試驗(yàn)的結(jié)果

2.1試件的測(cè)試

按照GBT 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，在混凝土試件養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，取出18塊立方體試件采用YE-2000液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓測(cè)試；在養(yǎng)護(hù)試件28 d時(shí)，分別取出18塊立方體和18塊棱柱體試件并采用WE-300液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗折測(cè)試。

2.2試驗(yàn)的結(jié)果

對(duì)混凝土抗壓和抗折實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)處理后將結(jié)果列于表4。

表4　混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果　MPa

3　試驗(yàn)結(jié)果的分析

為了便于數(shù)據(jù)分析，將表4的試驗(yàn)結(jié)果用圖1～圖4表示，由圖1，圖2可知：粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度比不摻粉煤灰的混凝土強(qiáng)度都低，這是由于混凝土的“梯度水化反應(yīng)”[4]，混凝土的早期強(qiáng)度主要取決于水膠比，此階段主要發(fā)生了水泥的初次水化，而后期強(qiáng)度的提高主要是因?yàn)榉勖夯抑谢钚晕镔|(zhì)Al2O3和SiO2與水泥的水化產(chǎn)物在水溶液中發(fā)生火山灰反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，并進(jìn)一步與水泥中的石膏發(fā)生反應(yīng)生成活性較大的水化硫鋁酸鈣，它們將充滿于結(jié)構(gòu)中，減少結(jié)構(gòu)的孔隙率，進(jìn)而增強(qiáng)混凝土的粘聚性和不透水性。但是在初期階段，粉煤灰對(duì)水泥的取代作用仍舊不能彌補(bǔ)水泥用量減少所造成的強(qiáng)度降低[5]。

從圖3可以看到，取代比為15%的情況下，養(yǎng)護(hù)7 d和28 d時(shí)，粉煤灰超量取代比等量取代的強(qiáng)度都高，這是因?yàn)槌考尤氲姆勖夯夷艹浞謪⑴c并利用水泥初次水化的產(chǎn)物發(fā)生二次水化，并且粉煤灰顆粒細(xì)度比水泥顆粒小得多，比表面積大，所以具有的表面能就大，可以提供發(fā)生反應(yīng)的作用面就多[6]，在取代比相同的情況下，更容易分布于水泥顆?？障堕g，發(fā)生微集料反應(yīng)，化學(xué)活性反應(yīng)等來(lái)提高混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度。

同時(shí)，觀察圖3，當(dāng)取代比為30%時(shí)，粉煤灰超量取代的抗壓強(qiáng)度明顯下降，28 d時(shí)，降幅達(dá)到21.7%，在實(shí)際制件的過(guò)程中，當(dāng)粉煤灰混凝土的取代比為40%時(shí)，因和易性太差，無(wú)法粘聚成型故舍去，這說(shuō)明粉煤灰摻量存在一個(gè)合理的范圍，并且粉煤灰對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度促進(jìn)作用并不大；然而對(duì)于粉煤灰等量取代

比例為30%時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后的強(qiáng)度與普通混凝土強(qiáng)度相差不大，但取代比達(dá)到40%，抗壓強(qiáng)度較普通混凝土下降較大，因此不難得出，粉煤灰等量取代的比例不宜超過(guò)30%。

不同粉煤灰摻量的混凝土28 d的抗折強(qiáng)度如圖4所示，28 d時(shí)粉煤灰等量取代的抗折強(qiáng)度以摻量在30%最佳，超量取代比例在15%時(shí)效果最好(見(jiàn)圖4)。因?yàn)榛炷羶?nèi)部孔隙和在水泥顆粒界面上富集著較多的Ca(OH)2,它對(duì)抗折強(qiáng)度的影響大于抗壓強(qiáng)度，摻入的粉煤灰可以與其發(fā)生活性反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)，改善了界面特性，提高了抗折強(qiáng)度。

4　結(jié)語(yǔ)

隨著粉煤灰的大力推廣和應(yīng)用到建筑行業(yè)中，為了能更好的提高粉煤灰混凝土的性能，結(jié)合本文對(duì)其抗壓、抗折強(qiáng)度的分析，現(xiàn)給出結(jié)論如下：

1)隨著粉煤灰摻量的增加，使混凝土早期強(qiáng)度越來(lái)越低，但對(duì)后期強(qiáng)度有較大促進(jìn)作用，到28 d粉煤灰混凝土已經(jīng)接近有的甚至超過(guò)不摻粉煤灰的混凝土強(qiáng)度，這在實(shí)際工程中是有好處的。

2)對(duì)于C40混凝土，建議粉煤灰等量取代水泥的比例控制在15%～30%，當(dāng)粉煤灰超量取代系數(shù)為1.2，取代比例15%時(shí)最佳，且此時(shí)的力學(xué)性能優(yōu)于粉煤灰等量取代的情況。

[1]吳中偉.綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新[J].建筑材料學(xué)報(bào),1998(1):3-9.

[2]張蔚,劉洪學(xué).不同摻量的粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響[J].福建建材,2008(4):10-12.

[3]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(1):62-65.

[4]李志剛,李家和,張洪貴.粉煤灰與礦渣復(fù)合摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度影響[J].低溫建筑技術(shù),2009(4):17-19.

[5]陸善后.粉煤灰特性對(duì)混凝土性能影響[J].粉煤灰,1994(5):36-39.

[6]閆瑞蘭,高占云.不同摻量粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2011(18):105-106.

Study on mechanical properties of concrete with different fly ash content★

Yang BinWang JunzhuoSheng BinFang TaoLuo YishengSun LinlinJia Yanmin*

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Taking the fly ash content as a single variable, through the analysis of transverse and longitudinal contrast test, it is concluded that the influence of fly ash on the mechanical properties of concrete. Results show that the same amount of fly ash instead of cement, with increase of dosage, concrete early compressive strength and flexural strength are getting smaller and smaller, fly ash excessive replacement, with increase of dosage, concrete early compressive strength and flexural strength increased first and then decreased, the analysis excess replace coefficient is 1.2, replace ratio does not exceed 20%, the excess of fly ash to replace than equivalent substitution effect is good.

fly ash， equivalent substitution, excess replace, concrete, mechanics performance

1009-6825(2016)08-0133-02

2016-01-06★:國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201510225053)

楊斌(1994- )，男，在讀本科生

賈艷敏(1962- )，女，博士生導(dǎo)師，教授

TU528

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