李亞楠

(朝陽縣水務(wù)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(xiàn)已廣泛應(yīng)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(fā)電廠生產(chǎn)的工業(yè)廢料，其化學和物理組成尤其是物理性質(zhì)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(fā)生變化，也會較大的影響粉煤灰的形貌和結(jié)構(gòu)[3]?，F(xiàn)行技術(shù)規(guī)范將粉煤灰按品質(zhì)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(shù)指標。混凝土性能受不同等級粉煤灰的影響有所差異，其中Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰多用于永久建筑物水工混凝土[4]。鑒于此，文章利用化學成分和物理結(jié)構(gòu)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(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。

1 配合比設(shè)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(jīng)檢測其性能指標符合相關(guān)技術(shù)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(jié)果顯示，粗骨料和人工砂的性能指標均符合施工規(guī)范有關(guān)要求。外加劑選用蘇博特生產(chǎn)的GYQ?-Ⅰ高效引氣劑和馬貝流態(tài)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(zhì)和化學分析，粉煤灰的性能，見表3。結(jié)果顯示，兩種粉煤灰均符合粉煤灰技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求。

表3 粉煤灰的性能

1.2 配合比設(shè)計

試驗選用蘇博特GYQ?-Ⅰ高效引氣劑、馬貝流態(tài)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(zhì)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(tài)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(jié)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(jié)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(shù)據(jù)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(shè)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(yīng)，對于提高混凝土的后期力學性能發(fā)揮著更加明顯的作用[5]。

通過對比C9040、C9050試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(zhì)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(yīng)，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(jié)果，不同齡期的干縮率變化曲線，見圖2，不同粉煤灰品質(zhì)、相同強度等級的干縮率試驗結(jié)果，不同粉煤灰品質(zhì)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(shè)計齡期內(nèi)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(nèi)部毛細孔數(shù)量，對于控制毛細孔中的水分蒸發(fā)以及混凝土干縮變形具有積極作用[8]。摻Ⅰ級粉煤灰優(yōu)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(fā)及其干縮變形。

2.3 抗凍抗?jié)B性

設(shè)計齡期內(nèi)摻Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰的抗凍和抗?jié)B性能，混凝土抗凍、抗?jié)B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?jié)B性，并且隨著水灰比的增大混凝土摻粉煤灰的抗?jié)B性能逐漸下降。一般地，混凝土滲透的水分是內(nèi)部氣泡空隙、泌水形成的毛細孔和界面過渡區(qū)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(nèi)部孔隙，減少毛細孔通道，所以對于改善混凝土抗?jié)B性Ⅰ級粉煤灰的效果更優(yōu)。

表6 混凝土抗凍、抗?jié)B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(zhì)量損失率均優(yōu)于摻Ⅰ級粉煤灰。從凍融破壞機理的角度上，混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了其抗凍性能，Ⅰ級粉煤灰減少內(nèi)部氣泡的效果要優(yōu)于Ⅱ級粉煤灰，而結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹應(yīng)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(huán)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(guān)關(guān)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(yīng)，明顯提高混凝土后期強度，所以摻Ⅰ級粉煤灰優(yōu)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(jié) 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(shè)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?jié)B性能略優(yōu)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(yōu)于摻Ⅱ級粉煤灰的抗沖耐磨性能。