掺加粉煤灰的混凝土力学性能试验研究

李现平

（邢台路桥建设总公司，河北邢台054001）

导致混凝土结构裂缝的原因很多，如混凝土水泥水化热引起的温度应力超过了混凝土的抗拉强度，或温度及收缩变化引起的约束拉伸应变超过了混凝土的极限拉伸应变，均可导致混凝土开裂。为提高混凝土的抗裂性能，通常在混凝土中掺加粉煤灰，可减少水泥的用量，从而使水化热减少。对不同粉煤灰掺量的混凝土，通过试验进行混凝土力学性能比较，以寻求合适的粉煤灰掺量配比。试验证明：粉煤灰对新拌混凝土的施工应用、对混凝土的力学性能都有良好的改善作用。新拌混凝土较普通混凝土的优越性更加明显，本文从和易性、水化热、强度、耐久性四方面进行论述。

1 和易性优化

混凝土和易性最直接表现在新拌混凝土的可泵送性能，其表现形式是坍落度。粉煤灰掺量多少对新拌混凝土的坍落度影响如图1所示。

图1 粉煤灰掺量对混凝土流动性的影响

试验证明，随粉煤灰掺量增加，新拌混凝土的坍落度增大，和易性能得以优化。

2 水化热降低

新拌混凝土中掺加粉煤灰，可有效降低混凝土水化热。不同掺量粉煤灰的混凝土内部温度对比试验如表1所示。在原材料相同、相同水灰比和相同条件下，分别选用粉煤灰掺量为0，10%，20%，30%4个配合比进行试验研究，试验时混凝土出机温度在15 ℃左右。

表1 不同掺量粉煤灰混凝土出机温度

从表1对比试验可看出，掺加粉煤灰的混凝土均比不掺加粉煤灰的温度低，粉煤灰掺量为20%的混凝土比不掺粉煤灰的混凝土在1～3d时温度低8 ℃～9℃左右，7d时温度低5.8 ℃。说明粉煤灰对于降低混凝土的水化热是有效的，对于防止混凝土早期温度裂缝有很好的效果，特别是在大体积混凝土工程中更应广泛推广使用。

3 强度增加

由于粉煤灰本身性能可使水泥颗粒分散，使水泥充分水化，提高混凝土密实度，增强水泥浆与骨料界面粘聚力，提高混凝土强度，不同掺量粉煤灰混凝土强度对比试验见表2。

表2 不同掺量粉煤灰混凝土的抗压强度试验结果

从表2可以看出：①号配合比的混凝土在前3d强度增长速度最快，而后增速相对较慢；③号配合比的混凝土强度增长在3d内较低，到7d这段期间增速很快达到25.1%，28d到60d强度仍然有10%的增长速度，说明该试验与理论分析相符；④号配合比混凝土28d抗压强度比①号配合比的强度低，说明粉煤灰的活性比水泥小，混凝土抗压强度随粉煤灰掺量的增加而下降的趋势越明显。根据试验结果可知：粉煤灰的掺量在15%～25%之间最好。

4 耐久性提高

粉煤灰由许多细小微粒组成，混凝土中加入粉煤灰，可充填水泥与细骨料之间的空隙，增加混凝土的密实度，掺加粉煤灰可使混凝土的抗渗性能明显提高，进而改善混凝土的抗化学腐蚀能力，有效地减少混凝土碱骨料反应引起的局部膨胀，可极大提高混凝土的耐久性。

在掺加粉煤灰混凝土硬化过程中，粉煤灰能有效地减少混凝土内部温度上升速度，有利于混凝土内部结构的形成。从混凝土的抗渗性方面考虑，对配合比①号和③号的混凝土同时进行试验，分别制做28d和60d的抗渗试验，试验结果如表3所示。

表3 掺加粉煤灰混凝土抗渗试验结果

由表3试验结果可知：将养护28d后的试块放入抗渗仪中加压到0.6MPa时，①号中1个试块有泌水现象，经劈开试验，其他5个试块水位渗透不高，抗渗性良好，而此时③号中2个试块有泌水现象，经劈开试验，其他4个试块水位渗透不高；养护60d后，对试块进行抗渗试验，加压至0.9MPa时，①号抗渗试块中2个试块有水泌出，经劈裂后，其他4个试块水位渗透高度都超过试块高度的1/2，③号加压至1.3MPa时，1个试块有泌水现象，劈开试块后，其他5个试块水位渗透区域在1～2cm之间，抗渗性良好。说明粉煤灰的活性能使水泥得以充分水化反应，粉煤灰混凝土耐久性较普通混凝土明显提高。

5 经济性提高

某工程结构为多层框架结构，构造底板的混凝土设计强度等级为C30，抗渗等级为P8。掺加17%衡丰牌Ⅰ级粉煤灰，细度为9.6，烧失量为4.9，需水量比为95。该工程一次性浇筑泵送掺加粉煤灰混凝土900m3，粉煤灰的掺入降低了单方水泥用量，不仅节约了混凝土成本（单方混凝土可节省13元），而且变废为宝，化害为利，具有重大的社会效益和经济效益。

通过大量的实践证明，在混凝土中掺加粉煤灰有较大的经济效益，可节省15%～30%的水泥，不仅减少了大量的能源消耗，而且降低混凝土的单位成本，对我国目前有限的资源来说，混凝土中使用粉煤灰应深入挖掘其潜能，更能充分发挥其经济价值。

6 结语

试验研究和工程实践证明，掺加粉煤灰的混凝土与普通混凝土性能对比如下：在和易性、泌水性、离析想象、水化热等方面，粉煤灰混凝土较普通混凝土有较大改善；在坍落度损失、混凝土的密实度、抗压强度、抗渗性方面，粉煤灰混凝土好于普通混凝土；在混凝土的凝结时间、弹性模量、抗冻性方面，二者相近；但在混凝土的早期强度、抗碳化能力方面，粉煤灰混凝土不如普通混凝土。

粉煤灰对新拌混凝土的施工应用及性能都有良好的改善作用，在混凝土和易性、水化热、强度、耐久性等方面，较普通混凝土的优越性更加明显。

［1］朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制［M］.北京：中国电力出版社，1999.

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［5］GB50119—2003，混凝土外加剂应用技术规范［S］.