張 瀟，楚新煒，劉 聰，馬文云，孫千雯

(西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730000)

隨著我國(guó)發(fā)電廠的數(shù)量不斷增多，其排放廢物之一粉煤灰現(xiàn)在已經(jīng)被列為工業(yè)“三廢”。迄今為止，我國(guó)每年粉煤灰的制造量已經(jīng)達(dá)到了11000萬(wàn)t，而利用到生產(chǎn)生活中的連一半都沒(méi)有達(dá)到，所以大量利用粉煤灰成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。粉煤灰作為礦物摻合料摻入到混凝土中時(shí)，可使混凝土具有水化熱低、高耐久性、提高施工和易性和成本低等諸多特點(diǎn)。但由于粉煤灰的活性較低，通常在混凝土中的摻量較少，一般不超過(guò)膠凝材料的30%，這在一定程度上阻礙了粉煤灰的發(fā)展。

研究表明，在較長(zhǎng)的齡期下，具有50%和60%粉煤灰含量的混凝土可以提高耐碳化性，提高長(zhǎng)期固化后混凝土的收縮性能，但它對(duì)收縮趨勢(shì)影響不大[1]；在水與粘合劑比率低的情況下，含有飛灰、磨碎的礦渣和硅灰的高性能混凝土具有最佳的抗氯離子滲透性，對(duì)于單粉煤灰高性能混凝土，隨著粉煤灰含量的增加，混凝土的氯離子滲透阻力增加，但當(dāng)用量高于50%時(shí)，混凝土的氯離子滲透阻力降低[2]。

如果能夠?qū)⒎勖夯易鳛榻ㄖ牧系脑?，從而大量替代混凝土中的膠凝材料，那么對(duì)于經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面都具有重大貢獻(xiàn)。該文主要用粉煤灰大量取代混凝土中的水泥，探究大摻量下粉煤灰對(duì)混凝土拌合物的和易性、抗壓強(qiáng)度、吸水率、孔隙率的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)方法

各種原材料的技術(shù)指標(biāo)根據(jù)李氏比重瓶測(cè)密度法、破損性強(qiáng)度檢測(cè)方法、灌水法測(cè)孔隙率等方法檢測(cè)[3-7]。

1.2 試驗(yàn)原材料

1)普通硅酸鹽水泥：京蘭水泥廠生產(chǎn)的42.5﹟普通硅酸鹽水泥，燒失量5.31%，表觀密度3.1 g/cm3，比表面積為380 m2/kg，3 d強(qiáng)度≥17 MPa，28 d強(qiáng)度≥42.5 MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為25%。

2)Ⅰ 級(jí)粉煤灰：采用烏魯木齊市葦湖梁電廠生產(chǎn)的粉煤灰，比表面積為440 m2/kg，細(xì)度0.045 mm篩余量3.9%，需水量比87%，表觀密度2.13 g/cm3。

3)砂：采用當(dāng)?shù)氐奶烊缓由?，表觀密度為2.58 g/cm3，含泥量0.2%，細(xì)度模數(shù)2.56，飽和含水量為5.9%，空隙率<47%，單級(jí)最大壓碎指標(biāo)<20%，級(jí)配符合Ⅱ級(jí)要求。

4)外加劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為25%，密度為(1.07±0.02)g/mL，固含量為(20±2)%，pH=6，堿含量≤0.2%(Na2O+0.658 K2O)，氯離子含量≤0.02%。

5)粗骨料：碎石為5～20 mm的連續(xù)級(jí)配，5～10 mm的顆粒占40%，10～20 mm的顆粒占60%，松散堆積密度為1 650 kg/m3,吸水率<0.2%，緊密空隙率<40%,壓碎指標(biāo)值<20%。

2 配合比設(shè)計(jì)

大摻量粉煤灰混凝土中粉煤灰分別以40%、50%、60%、70%、80%摻入到混凝土當(dāng)中，其中采用了兩種取代方法，一種是等量取代法[3]，粉煤灰等量取代其中的水泥；另一種方法是超量取代[4]，選取超量系數(shù)為1.2，根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算出配合比。兩種配合比如表1所示。

表1 大摻量粉煤灰混凝土配合比

注： FA：粉煤灰；Ms：河砂；Mg：粗骨料；Mc：水泥；Mw：水；δf：超量取代系數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

依據(jù)表1中數(shù)據(jù)拌制混凝土，測(cè)量新拌混凝土的坍落度，并成型混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，檢測(cè)硬化后混凝土的強(qiáng)度。

3.1 和易性

通過(guò)坍落度筒測(cè)大摻量粉煤灰混凝土的坍落度值，評(píng)定混凝土流動(dòng)性；通過(guò)目測(cè)間接觀察保水性及粘聚性。坍落度結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 大摻量粉煤灰混凝土坍落度結(jié)果

通過(guò)表2中的數(shù)據(jù)可以看出混凝土的坍落度隨著粉煤灰摻入量增多在逐漸增大，說(shuō)明粉煤灰的加入可以改善新拌混凝土性能，提高混凝土流動(dòng)性；同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)混凝土的保水性和粘聚性都很好，表明粉煤灰還能改善混凝土的保水性，減少分層與離析[8]。

3.2 強(qiáng)度

按照配合比成型混凝土立方體試塊，粉煤灰分別在不同摻量(40%，50%，60%，70%和80%)下、不同取代方式(超量取代、等量取代)下拌制形成的混凝土成型立方體試塊3組，然后在溫度為(20±3)℃，相對(duì)濕度為90%的條件下分別養(yǎng)護(hù)7 d、14 d和28 d，之后在壓力試驗(yàn)機(jī)下進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3、表4和圖1、圖2(圖1由表3得出，圖2由表4得出)。

表3 粉煤灰超量取代試塊強(qiáng)度值(δf=1.2)

表4 粉煤灰等量取代試塊強(qiáng)度值

從表3和圖1以及表4和圖2中可以看出，對(duì)于同一配比混凝土，隨著齡期的增加，水泥水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，其抗壓強(qiáng)度逐漸增加。對(duì)于不同配比，齡期在28 d以內(nèi)時(shí)，隨粉煤灰取代水泥比例增加，其抗壓強(qiáng)度逐漸減小，當(dāng)粉煤灰摻量從40%增加到80%時(shí)，超量取代7 d的混凝土強(qiáng)度降低為68.4%，28 d的混凝土強(qiáng)度降低為60.9%，等量取代7 d的混凝土強(qiáng)度降低為76.6%，28 d的混凝土強(qiáng)度降低為58.4%，表明混凝土早期強(qiáng)度降低率明顯高于后期[9]。另外，當(dāng)取代率為50%時(shí)，粉煤灰過(guò)量取代的強(qiáng)度高于等量取代強(qiáng)度，因?yàn)檫^(guò)量添加的粉煤灰可以充分參與水泥初級(jí)水化產(chǎn)物的二次水化作用。在粉煤灰摻量超過(guò)50%后，28 d的強(qiáng)度曲線下降較迅速，并且50%處的強(qiáng)度和40%強(qiáng)度相差又不大。經(jīng)過(guò)綜合比較，采用超量取代法，粉煤灰取代量為50%時(shí)，性能比較好。

3.3 吸水率

在試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，每組取出3塊試件在105～110 ℃下烘干至恒重，然后確定其質(zhì)量平均值m0，再取3塊試件，先稱重，確定其質(zhì)量平均值。然后將它們浸入溫度為(20±5)℃的水中，浸水時(shí)間為12 h，隨后將試件取出，擦干、稱重，確定其質(zhì)量平均值m12。根據(jù)Wt=(m12-m0)/m0×100% 確定出試塊的吸水率，記錄如表5所示，隨后由表5繪出圖3折線圖。

表5 不同摻量粉煤灰混凝土吸水率(超量取代)

從表5和圖3得出，隨著粉煤灰摻量的逐步增加，混凝土的吸水率逐漸增大，普通混凝土的吸水率為2%～3%[3]，相對(duì)于普通混凝土而言，大摻量粉煤灰混凝土的吸水率明顯小于普通混凝土，也就說(shuō)明了大摻量粉煤灰混凝土的密實(shí)度要高于普通混凝土，粉煤灰以微骨料形式填充于骨料顆粒的孔隙中并被包裹形成潤(rùn)滑層；圖3中在粉煤灰摻量為50%時(shí)，曲線明顯變陡，說(shuō)明吸水率顯著增加，而粉煤灰摻量40%和50%的吸水率相差不大。由于粉煤灰容重只有水泥的三分之一左右[10]，且粒形好，因此能夠填充密實(shí)；同時(shí)粉煤灰對(duì)水泥顆粒還能起到物理分散作用，使其分布得更加均勻，所以大摻量粉煤灰混凝土密實(shí)度較高，以至于吸水率較低。

4 結(jié) 論

通過(guò)將粉煤灰大比例摻入到混凝土中研究其性能變化情況得出：

a.粉煤灰依次按40%～80%大摻量摻于混凝土中時(shí)，混凝土的塌落度由70 mm逐漸增加到135 mm(超量取代)、65 mm逐漸增加到125 mm(等量取代)，而且粘聚性較好，表明粉煤灰的摻入能夠提高混凝土的施工和易性。

b.在同一配比中，隨著粉煤灰摻入比例的增加，7 d和28 d的強(qiáng)度降低率分別為68.4%、60.9%(超量取代)和76.6%、58.4%(等量取代)，表明抗壓強(qiáng)度逐漸降低，且早期降低程度高于后期。

c.粉煤灰比例為50%時(shí)， 養(yǎng)護(hù)7 d、14 d和28 d時(shí),比較粉煤灰超量取代(取代系數(shù)為1.2)抗壓強(qiáng)度和等量取代強(qiáng)度，粉煤灰超量取代(取代系數(shù)為1.2)抗壓強(qiáng)度比等量取代的抗壓強(qiáng)度高。

d.當(dāng)粉煤灰的比例由40%增加到80%(超量取代)時(shí)，混凝土的吸水率由0.31%增加到0.48%，而普通混凝土的吸水率為2%～3%，充分體現(xiàn)了粉煤灰微骨料的填充效應(yīng)和分散效應(yīng)。