浅析粉煤灰掺量与混凝土强度关系

叶刚

摘要：同一配合比，保持胶凝材料总量不变，改变粉煤灰取代量，在自然环境中冻融循环一定次数后与标准条件养护下试件的抗压强度对比，找到强度最佳的粉煤灰掺量。

关键词：粉煤灰 大掺量 强度

1 粉煤灰作用原理及对混凝土的影响

1.1 粉煤灰的作用原理

①粉煤灰的形态效应。粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体，铝硅酸盐玻璃微珠，这些球状玻璃体表面光滑、粒度细，质地致密，内比表面积小，不仅使水泥浆需水量小，而且它们往往填充水泥浆体孔隙中，使混凝土密实性大大提高，或者在相同用水量的情况下，可增大流动性，改善和易性和可泵性。

②粉煤灰的微集料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，而处于分散状态有利于水化反应的进行，同时减少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密实度得以提高。

③粉煤灰的活性效应。粉煤灰的活性效应也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3与水泥和石灰的水化产物在水溶液中发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙。上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了孔结构，提高了混凝土的密实度。

1.2 粉煤灰对混凝土的影响

掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响：

①活性效应：在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3与水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会像树根一样伸入颗粒空隙中，填充空隙，破坏界面区Ca（OH）2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。

②微集料密实填充及颗粒形态效应：均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水，不但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝土微结构更加均匀密实。而且，不会发生泌水离析现象，可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性好。

③交互作用：水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的交互作用。目前生产的水泥含碱量不断提高，粉煤灰的使用大大节约水泥熟料，抑制碱——骨料反应；水泥中C3A含量少，水化产生的热量少，减少了混凝土构件由于内外温差过大而引起其表面开裂的危险；粉煤灰水化消耗大量Ca（OH）2，混凝土不耐蚀成分减少，因而耐化学侵蚀性比普通混凝土强得多。同时徐变、干缩等变形性能也优于普通混凝土。综上所述，大掺量粉煤灰高性能混凝土具有令人满意的工作性、耐久性，力学性能也能达到设计要求，尽管早期强度低，但后期强度高，强度储备大。

2 工程概况及试验原理

汶川至马尔康高速公路是四川省高速公路网规划的16条成都引入线中“成都-德格-西藏”线和“成都-阿坝-青海”线的重要路段，是四川内地通往西藏、青海等地区的重要交通大动脉。汶马高速起点顺接已建成的都江堰至汶川高速公路，止于四川省阿坝藏族、羌族自治州州府马尔康。

鹧鸪山地区属北温带、川西北高原气候区。据四川省阿坝气象局对G317老鹧鸪山隧道进出口位置进行实地观测，实地考察，在此基础上进行相似气候的分析，采用数理统计法、比值法等推算获取到该地区的气象资料，并使用临近周围各气象测点的资料进行比较分析和验证。具体气象资料为：最冷月平均气温为-6.8℃，历时日平均气温低于0℃的天数约140d，遂址区洞口最大冻深101cm，属季节性冻土区。

由于本工程属高海拔、高寒冷地区，冬季温度低，在配合比设计时对混凝土的抗冻性、混凝土低温下后期强度增长等要求较高。本文主要通过在混凝土中加入不同掺量的粉煤灰，研究混凝土在自然抗冻条件下强度与粉煤灰掺量的关系。

试验原理：同一配合比，保持胶凝材料总量不变，改变粉煤灰取代量，在自然环境中冻融循环一定次数后与标准条件养护下试件的抗压强度对比，找到强度最佳的粉煤灰掺量。

3 试验用原材料

试验用水泥为都江堰拉法基产P.O42.5R水泥；粉煤灰为成都搏磊生产的F类Ⅱ级粉煤灰；细集料为鹧鸪山砂石厂产中砂，细度模数2.9；粗集料鹧鸪山砂石厂产碎石，粒径5～31.5mm；外加剂为四川国兴建材有限公司产聚羧酸高效减水剂。原材料性能见表1：

表1 砂筛分试验

■

4 混凝土抗压强度结果分析

试验中，混凝土试块分别在标准条件下养护和自然条件下养护，试模尺寸为150×150×150mm标准混凝土抗压试模。分别检测3天、7天、10天、28天、56天抗压强度，结果见表2，表3。

表2

■

从表2可以看出：

①掺粉煤灰后的混凝土标养下前期强度较低，但后期强度增长较快，特别是28天以后，强度有显著提高；普通混凝土28天后强度增加不明显。

②粉煤灰掺量不是越高越好，在粉煤灰掺量为20%时混凝土后期强度最大。

表3

■

从表3可以看出：

①由于在自然条件养护下，温度较低（日平均温度-3℃），加入粉煤灰后对混凝土的抗冻性有一定提高。通过抗压强度数据可看出，在掺粉煤灰后对混凝土的强度有一定提高，特别是混凝土后期强度比没加粉煤灰的有明显提高。

②当粉煤灰掺量为20%时，混凝土前期强度较低，但后期强度增长最快。

5 结论

由于高掺量粉煤灰混凝土水化时间长，后期强度增长较大的特点，以56天龄期抗压强度作为高掺量粉煤灰混凝土的设计指标更为合理。

通过试验数据可得出：高掺量粉煤灰混凝土（粉煤灰掺量25%～35%）具有较高的后期强度，而普通混凝土后期强度增长则十分缓慢。在粉煤灰掺量为20%时，在自然条件和标养条件下，混凝土强度最高，为强度最佳的粉煤灰掺量。

参考文献：

[1]杨雨双，韩仲.大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析[J].化学工程与装备，2009（10）.

[2]郑金华.不同掺量粉煤灰对混凝土强度的影响[J].城市建设理论研究，2011（20）.

[3]钱大行，张日华，董萍，孙犁.粉煤灰对混凝土强度影响试验[J].河南建材，2001（02）.endprint

摘要：同一配合比，保持胶凝材料总量不变，改变粉煤灰取代量，在自然环境中冻融循环一定次数后与标准条件养护下试件的抗压强度对比，找到强度最佳的粉煤灰掺量。

关键词：粉煤灰 大掺量 强度

1 粉煤灰作用原理及对混凝土的影响

1.1 粉煤灰的作用原理

①粉煤灰的形态效应。粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体，铝硅酸盐玻璃微珠，这些球状玻璃体表面光滑、粒度细，质地致密，内比表面积小，不仅使水泥浆需水量小，而且它们往往填充水泥浆体孔隙中，使混凝土密实性大大提高，或者在相同用水量的情况下，可增大流动性，改善和易性和可泵性。

②粉煤灰的微集料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，而处于分散状态有利于水化反应的进行，同时减少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密实度得以提高。

③粉煤灰的活性效应。粉煤灰的活性效应也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3与水泥和石灰的水化产物在水溶液中发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙。上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了孔结构，提高了混凝土的密实度。

1.2 粉煤灰对混凝土的影响

掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响：

①活性效应：在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3与水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会像树根一样伸入颗粒空隙中，填充空隙，破坏界面区Ca（OH）2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。

②微集料密实填充及颗粒形态效应：均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水，不但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝土微结构更加均匀密实。而且，不会发生泌水离析现象，可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性好。

③交互作用：水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的交互作用。目前生产的水泥含碱量不断提高，粉煤灰的使用大大节约水泥熟料，抑制碱——骨料反应；水泥中C3A含量少，水化产生的热量少，减少了混凝土构件由于内外温差过大而引起其表面开裂的危险；粉煤灰水化消耗大量Ca（OH）2，混凝土不耐蚀成分减少，因而耐化学侵蚀性比普通混凝土强得多。同时徐变、干缩等变形性能也优于普通混凝土。综上所述，大掺量粉煤灰高性能混凝土具有令人满意的工作性、耐久性，力学性能也能达到设计要求，尽管早期强度低，但后期强度高，强度储备大。

2 工程概况及试验原理

汶川至马尔康高速公路是四川省高速公路网规划的16条成都引入线中“成都-德格-西藏”线和“成都-阿坝-青海”线的重要路段，是四川内地通往西藏、青海等地区的重要交通大动脉。汶马高速起点顺接已建成的都江堰至汶川高速公路，止于四川省阿坝藏族、羌族自治州州府马尔康。

鹧鸪山地区属北温带、川西北高原气候区。据四川省阿坝气象局对G317老鹧鸪山隧道进出口位置进行实地观测，实地考察，在此基础上进行相似气候的分析，采用数理统计法、比值法等推算获取到该地区的气象资料，并使用临近周围各气象测点的资料进行比较分析和验证。具体气象资料为：最冷月平均气温为-6.8℃，历时日平均气温低于0℃的天数约140d，遂址区洞口最大冻深101cm，属季节性冻土区。

由于本工程属高海拔、高寒冷地区，冬季温度低，在配合比设计时对混凝土的抗冻性、混凝土低温下后期强度增长等要求较高。本文主要通过在混凝土中加入不同掺量的粉煤灰，研究混凝土在自然抗冻条件下强度与粉煤灰掺量的关系。

试验原理：同一配合比，保持胶凝材料总量不变，改变粉煤灰取代量，在自然环境中冻融循环一定次数后与标准条件养护下试件的抗压强度对比，找到强度最佳的粉煤灰掺量。

3 试验用原材料

试验用水泥为都江堰拉法基产P.O42.5R水泥；粉煤灰为成都搏磊生产的F类Ⅱ级粉煤灰；细集料为鹧鸪山砂石厂产中砂，细度模数2.9；粗集料鹧鸪山砂石厂产碎石，粒径5～31.5mm；外加剂为四川国兴建材有限公司产聚羧酸高效减水剂。原材料性能见表1：

表1 砂筛分试验

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4 混凝土抗压强度结果分析

试验中，混凝土试块分别在标准条件下养护和自然条件下养护，试模尺寸为150×150×150mm标准混凝土抗压试模。分别检测3天、7天、10天、28天、56天抗压强度，结果见表2，表3。

表2

■

从表2可以看出：

①掺粉煤灰后的混凝土标养下前期强度较低，但后期强度增长较快，特别是28天以后，强度有显著提高；普通混凝土28天后强度增加不明显。

②粉煤灰掺量不是越高越好，在粉煤灰掺量为20%时混凝土后期强度最大。

表3

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从表3可以看出：

①由于在自然条件养护下，温度较低（日平均温度-3℃），加入粉煤灰后对混凝土的抗冻性有一定提高。通过抗压强度数据可看出，在掺粉煤灰后对混凝土的强度有一定提高，特别是混凝土后期强度比没加粉煤灰的有明显提高。

②当粉煤灰掺量为20%时，混凝土前期强度较低，但后期强度增长最快。

5 结论

由于高掺量粉煤灰混凝土水化时间长，后期强度增长较大的特点，以56天龄期抗压强度作为高掺量粉煤灰混凝土的设计指标更为合理。

通过试验数据可得出：高掺量粉煤灰混凝土（粉煤灰掺量25%～35%）具有较高的后期强度，而普通混凝土后期强度增长则十分缓慢。在粉煤灰掺量为20%时，在自然条件和标养条件下，混凝土强度最高，为强度最佳的粉煤灰掺量。

参考文献：

[1]杨雨双，韩仲.大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析[J].化学工程与装备，2009（10）.

[2]郑金华.不同掺量粉煤灰对混凝土强度的影响[J].城市建设理论研究，2011（20）.

[3]钱大行，张日华，董萍，孙犁.粉煤灰对混凝土强度影响试验[J].河南建材，2001（02）.endprint

摘要：同一配合比，保持胶凝材料总量不变，改变粉煤灰取代量，在自然环境中冻融循环一定次数后与标准条件养护下试件的抗压强度对比，找到强度最佳的粉煤灰掺量。

关键词：粉煤灰 大掺量 强度

1 粉煤灰作用原理及对混凝土的影响

1.1 粉煤灰的作用原理

①粉煤灰的形态效应。粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体，铝硅酸盐玻璃微珠，这些球状玻璃体表面光滑、粒度细，质地致密，内比表面积小，不仅使水泥浆需水量小，而且它们往往填充水泥浆体孔隙中，使混凝土密实性大大提高，或者在相同用水量的情况下，可增大流动性，改善和易性和可泵性。

②粉煤灰的微集料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，而处于分散状态有利于水化反应的进行，同时减少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密实度得以提高。

③粉煤灰的活性效应。粉煤灰的活性效应也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3与水泥和石灰的水化产物在水溶液中发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙。上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了孔结构，提高了混凝土的密实度。

1.2 粉煤灰对混凝土的影响

掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响：

①活性效应：在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3与水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会像树根一样伸入颗粒空隙中，填充空隙，破坏界面区Ca（OH）2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。

②微集料密实填充及颗粒形态效应：均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水，不但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝土微结构更加均匀密实。而且，不会发生泌水离析现象，可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性好。

③交互作用：水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的交互作用。目前生产的水泥含碱量不断提高，粉煤灰的使用大大节约水泥熟料，抑制碱——骨料反应；水泥中C3A含量少，水化产生的热量少，减少了混凝土构件由于内外温差过大而引起其表面开裂的危险；粉煤灰水化消耗大量Ca（OH）2，混凝土不耐蚀成分减少，因而耐化学侵蚀性比普通混凝土强得多。同时徐变、干缩等变形性能也优于普通混凝土。综上所述，大掺量粉煤灰高性能混凝土具有令人满意的工作性、耐久性，力学性能也能达到设计要求，尽管早期强度低，但后期强度高，强度储备大。

2 工程概况及试验原理

汶川至马尔康高速公路是四川省高速公路网规划的16条成都引入线中“成都-德格-西藏”线和“成都-阿坝-青海”线的重要路段，是四川内地通往西藏、青海等地区的重要交通大动脉。汶马高速起点顺接已建成的都江堰至汶川高速公路，止于四川省阿坝藏族、羌族自治州州府马尔康。

鹧鸪山地区属北温带、川西北高原气候区。据四川省阿坝气象局对G317老鹧鸪山隧道进出口位置进行实地观测，实地考察，在此基础上进行相似气候的分析，采用数理统计法、比值法等推算获取到该地区的气象资料，并使用临近周围各气象测点的资料进行比较分析和验证。具体气象资料为：最冷月平均气温为-6.8℃，历时日平均气温低于0℃的天数约140d，遂址区洞口最大冻深101cm，属季节性冻土区。

由于本工程属高海拔、高寒冷地区，冬季温度低，在配合比设计时对混凝土的抗冻性、混凝土低温下后期强度增长等要求较高。本文主要通过在混凝土中加入不同掺量的粉煤灰，研究混凝土在自然抗冻条件下强度与粉煤灰掺量的关系。

试验原理：同一配合比，保持胶凝材料总量不变，改变粉煤灰取代量，在自然环境中冻融循环一定次数后与标准条件养护下试件的抗压强度对比，找到强度最佳的粉煤灰掺量。

3 试验用原材料

试验用水泥为都江堰拉法基产P.O42.5R水泥；粉煤灰为成都搏磊生产的F类Ⅱ级粉煤灰；细集料为鹧鸪山砂石厂产中砂，细度模数2.9；粗集料鹧鸪山砂石厂产碎石，粒径5～31.5mm；外加剂为四川国兴建材有限公司产聚羧酸高效减水剂。原材料性能见表1：

表1 砂筛分试验

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4 混凝土抗压强度结果分析

试验中，混凝土试块分别在标准条件下养护和自然条件下养护，试模尺寸为150×150×150mm标准混凝土抗压试模。分别检测3天、7天、10天、28天、56天抗压强度，结果见表2，表3。

表2

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从表2可以看出：

①掺粉煤灰后的混凝土标养下前期强度较低，但后期强度增长较快，特别是28天以后，强度有显著提高；普通混凝土28天后强度增加不明显。

②粉煤灰掺量不是越高越好，在粉煤灰掺量为20%时混凝土后期强度最大。

表3

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从表3可以看出：

①由于在自然条件养护下，温度较低（日平均温度-3℃），加入粉煤灰后对混凝土的抗冻性有一定提高。通过抗压强度数据可看出，在掺粉煤灰后对混凝土的强度有一定提高，特别是混凝土后期强度比没加粉煤灰的有明显提高。

②当粉煤灰掺量为20%时，混凝土前期强度较低，但后期强度增长最快。

5 结论

由于高掺量粉煤灰混凝土水化时间长，后期强度增长较大的特点，以56天龄期抗压强度作为高掺量粉煤灰混凝土的设计指标更为合理。

通过试验数据可得出：高掺量粉煤灰混凝土（粉煤灰掺量25%～35%）具有较高的后期强度，而普通混凝土后期强度增长则十分缓慢。在粉煤灰掺量为20%时，在自然条件和标养条件下，混凝土强度最高，为强度最佳的粉煤灰掺量。

参考文献：

[1]杨雨双，韩仲.大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析[J].化学工程与装备，2009（10）.

[2]郑金华.不同掺量粉煤灰对混凝土强度的影响[J].城市建设理论研究，2011（20）.

[3]钱大行，张日华，董萍，孙犁.粉煤灰对混凝土强度影响试验[J].河南建材，2001（02）.endprint