粉煤灰对混凝土性能影响的试验研究

温以华

(山东省聊城市水利工程总公司,山东聊城 252000)

1 概述

我国的粉煤灰产量大,环境污染严重,开发以粉煤灰为主的混凝土掺合料应大力提倡;但长期以来,人们普遍认为,在混凝土中掺入粉煤灰,会导致混凝土强度明显降低,以至于人们总是以消极的态度对待粉煤灰在混凝土中的应用,认为在混凝土中是以降低强度为代价而利用了粉煤灰,对粉煤灰利用持谨慎态度。但近年来的实践证明,粉煤灰是一种理想的混凝土微粉填充材料,优质粉煤灰具有颗粒细,含有大量硅、铝活性成分,具有较好的“活性效应”、“界面效应”、“微粒效应”及“减水效应”等多种综合效应。掺入混凝土中在保持有关力学性能的前提下,能大量代替水泥,提高混凝土的可泵性及混凝土的体积稳定性等。

2 原材料性能

2.1 水泥

试验研究主要采用了山水普通硅酸盐水泥,见表 1。

2.2 砂

砂采用泰安中砂,质量指标均符合 JGJ52-92要求。

2.3 碎石

采用济南产石灰岩碎石,粒径 5～25mm连续级配,各项质量指标均符合 JGJ-53-92要求。

2.4 外加剂

采用聊城龙大建材公司生产的 LJB泵送剂、LJP膨胀剂,其各项性能指标均符合有关国家质量标准。

2.5 粉煤灰的基本性能

试验主要选用了济宁电厂排放原状灰。表 2为粉煤灰的化学成分及物理性能;表 3是采用激光颗粒分析仪测定的颗粒分布状况;图 1为电镜照片;图 2为颗粒分布曲线。

从表 2可以看出,济宁粉煤灰含有大量 SiO2、Al2O3,细度(45μm筛筛余)、需水量比、烧失量、SO3等几项主要指标均能达到《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146-90)的Ⅱ级灰的指标要求,可用于钢筋混凝土工程中。

从表 3、图 2中可以看出,济宁粉煤灰颗粒粒度小于45μm的数量占 80.8%,并且颗粒的形状以球形为主。具有这类结构的粉煤灰掺入混凝土后,能够起到较高的“活性效应”、“界面效应”、“微粒效应”以及“减水效应”等多种复合效应,可以大量替代水泥,减少混凝土的水化热,改善混凝土界面粘结强度。

表1 水泥性能检验结果

表2 粉煤灰的化学成分及物理性质

3 掺粉煤灰对混凝土性能的影响

3.1 粉煤灰对混凝土拌和物和易性的影响

优质粉煤灰掺入混凝土中,能够改善混凝土拌和物的和易性。我们主要研究单掺粉煤灰及粉煤灰和外加剂复合使用时,对混凝土拌和物的减水率、坍落度及坍落度损失进行试验研究,其试验结果见表 5。由表中结果可以看出:

(1)粉煤灰取代水泥率为 20%～50%时,在坍落度比空白混凝土增大 20～40mm的条件下,减水 4.6%～12.6%,单掺粉煤灰混凝土用水量均低于空白混凝土。

(2)粉煤灰取代水泥率为 20%～50%时,粉煤灰与泵送剂双掺入混凝土中,在混凝土出机坍落度较空白混凝土增大185～210 mm,达到 230～255 mm的前提下,减水率达到16%～24.7%;坍落度损失缓慢,30、90分钟坍落度仍保留在 240～250mm、220～235mm,保塑效果良好。

(3)粉煤灰取代水泥率为 20%～50%时,粉煤灰与泵送剂、膨胀剂三掺入混凝土中,在出机坍落度较空白混凝土提高 195～210 mm,达到 240～255 mm的前提下,减水率达到17%～27.8%,30、90分钟坍落度分别保留在 235～245mm、205～230mm,坍落度损失缓慢。

表3 济宁粉煤灰的颗粒粒度分布

图1

图2

3.2 对混凝土抗压强度的影响

优质粉煤灰具有颗粒细,含有大量硅、铝活性成分,具有较好的“活性效应”、“界面效应”、“微粒效应”及“减水效应”等多种综合效应。掺入混凝土中在保持有关力学性能的前提下,能大量代替水泥,在此主要研究了粉煤灰对混凝土的抗压强度的影响。

采用超量取代法进行抗压强度试验。基准混凝土坍落度控制在 40～60 mm,掺粉煤灰及外加剂的混凝土坍落度控制在 230～250mm左右,试验结果见表 4、表 5所示。从表中的试验结果可以看出掺加粉煤灰混凝土有以下基本规律:

(1)单掺粉煤灰的混凝土抗压强度均远低于基准混凝土的抗压强度,并随粉煤灰取代水泥率的增加而降低幅度增大。当粉煤灰取代水泥率达到 50%时,其 28d抗压强度降低幅度达到 38%,强度降低显著。单掺粉煤灰的取代水泥率应控制在 30%以内。这主要是因为粉煤灰活性效应低于水泥的原因造成的。

表4 单掺粉煤灰对混凝土性能的影响

(2)掺加粉煤灰混凝土的后期强度增长幅度高于基准混凝土。单掺粉煤灰水泥取代率 30%以内,后期强度较基准混凝土增长幅度大,提高幅度在 10～20%。

(3)粉煤灰与LJB泵送剂复合使用,坍落度达到 230～250 mm的条件下,除早期强度(7d以内)有时略低于空白混凝土外,其它各龄期抗压强度均高于基准混凝土。粉煤灰取代水泥率为30%时,28 d、60 d、90 d、180 d抗压强度较空白混凝土提高49%、47%、49%、61%,强度大幅度增长。原因是粉煤灰与 LJB泵送剂复合使用,减水率提高,水胶比降低,充分发挥粉煤灰的“微粒效应”,使混凝土的抗压强度明显提高。

(4)在混凝土中,粉煤灰与 LJB泵送剂、LJP膨胀剂复合使用效果更为显著。在粉煤灰与膨胀剂双取代水泥的条件下,双掺混凝土的各强度值均高于基准混凝土。28 d抗压强度较空白可提高 49%,180 d抗压强度较空白可提高 66%。提高强度的主要原因,粉煤灰与泵送剂、膨胀剂复合混凝土减水效果好,水胶比低,“微粒效应”增强,外加剂对粉煤灰“活性效应”有激发作用,使抗压强度显著提高。

表5 粉煤灰与外加剂对混凝土性能的影响

4 结语

试验结果表明:(1)混凝土中掺入优质粉煤灰能显著提高混凝土拌和物的和易性,尤其是粉煤灰与泵送剂、膨胀剂复合使用时,粉煤灰与外加剂之间能够优势互补,充分发挥优质粉煤灰球形颗粒的润滑滚珠效果及外加剂的高效减水增强保塑功能,显著降低单方混凝土用水量,提高流动性,减少坍落度损失,减少泌水,防止混凝土离析,提高混凝土的可泵性。(2)单掺粉煤灰的混凝土抗压强度均远低于基准混凝土的抗压强度,并随粉煤灰取代水泥率的增加而降低幅度增大。掺加粉煤灰混凝土的后期强度增长幅度高于基准混凝土。单掺粉煤灰水泥取代率 30%以内,后期强度较基准混凝土增长幅度大,提高幅度在 10～20%。(3)粉煤灰与 LJB泵送剂复合使用,坍落度达到 230～250mm的条件下,除早期强度(7 d以内)有时略低于空白混凝土外,其它各龄期抗压强度均高于基准混凝土。(4)粉煤灰与 LJB泵送剂、LJP膨胀剂复合使用效果更为显著。在粉煤灰与膨胀剂双取代水泥的条件下,双掺混凝土的各强度值均高于基准混凝土。28 d抗压强度较空白混凝土可提高 49%,180 d抗压强度较空白混凝土可提高 66%。

[1]温以华.粉煤灰泵送高性能混凝土的试验研究.山东大学.硕士论文2006.6

[2]曹光伦,程春其.配制高性能混凝土的理想掺和料——粉煤灰.当代建设.2001.No.4

[3]刘旭晨.大掺量粉煤灰高性能混凝土研究及应用.哈尔滨工业大学.硕士论文.2003.12

[4]陈友治等.大掺量粉煤灰商品混凝土应用研究.粉煤灰综合利用.2004.No.2