低品质粉煤灰在混凝土中的应用研究

刘围，丁华柱，都增延，黄贤德

（1重庆市东毅新型建材有限公司，重庆 401334；2重庆筑能建材有限公司，重庆 400713；3重庆建工新型建材有限公司，重庆 400012；4重庆赛华混凝土有限公司，重庆 401135）

0 引言

随着我国建筑行业飞速发展，对矿物掺合料的利用已经向环保、经济的趋势发展，粉煤灰作为一种优质矿物掺合料的综合利用不仅可以保护环境，还可以产生良好的社会经济效益[1]。粉煤灰是一种高分散度的人工火山灰质材料，主要化学成分是二氧化硅、三氧化铝和三氧化二铁，另外还含有未燃尽的碳粒、氧化钙和少量的氧化镁、三氧化硫等等[2-3]，其颗粒呈多孔性蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高吸附活性[4]。我国粉煤灰的密度和国外学者研究的粉煤灰密度略有差异，我国粉煤灰的密度大致在1.77～2.43g/cm3左右，而国外粉煤灰密度普遍比中国粉煤灰密度高[5]。

粉煤灰根据细度、需水量比和烧失量分为三个等级，即Ⅰ级粉煤灰、Ⅱ级粉煤灰和Ⅲ级粉煤灰。粉煤灰作为矿物掺合料如今已广泛应用于土木建筑的混凝土结构中。粉煤灰用在土木建筑中能改善混凝土和易性，降低水化热，提高混凝土抗渗性、抗硫酸盐侵蚀等性能。虽然我国对中高等品质粉煤灰的利用率已经很高，但低品质粉煤灰的利用率仍然很低，造成环境污染。所以提高低品质粉煤灰的利用率，对保护环境、节约资源有重要意义。该试验通过使用烧失量大的低品质粉煤灰研究其性能和对混凝土的影响，为低品质粉煤灰更好地应用于混凝土提供试验依据。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

试验选用重庆拉法基水泥有限公司生产的拉法基普通42.5R水泥，其化学成分见表1。

表1 水泥的化学成分

1.1.2 粉煤灰

试验使用的粉煤灰是中石化四川维尼纶厂提供的粉煤灰，分别粉磨2min、10min、18min、30min后得到四种不同比表面积（350m2/kg、400m2/kg、450m2/kg、500m2/kg）的粉煤灰。 粉煤灰的化学成分见表2。

表2 粉煤灰的主要化学成分

1.1.3 石灰石粉

试验采用比表面积为512m2/kg的石灰石粉，密度为2.71g/cm3。

1.1.4 细集料

试验采用机制砂，细度模数2.8，筛分析结果如表3所示。

1.1.5 粗集料

试验采用试验室自备粗骨料，其性能指标见表4。

1.1.6 外加剂

试验使用的外加剂是科之杰新材料集团有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂，减水率为20%。

1.2 试验方法

在研究低品质粉煤灰的活性指数时，按照粉煤灰活性指数的测试方法配制基准胶砂和受检胶砂，其中基准胶砂为水泥∶砂∶水=450∶1350∶225，受检胶砂为水泥∶粉煤灰∶砂∶水=315∶135∶1350∶225。在标准养护条件下养护28d，测试其抗压强度。

表3 机制砂的筛分析

表4 粗骨料的主要性能参数

在研究低品质粉煤灰对胶砂流动度的影响时，用20%、30%、40%和50%的低品质粉煤灰分别等质量替代部分水泥，研究其各掺量下表面积对砂浆流动度的影响，基准胶砂为水泥∶砂∶水=450∶1350∶225。

表5 C30混凝土配合比

图1 不同细度粉煤灰活性指数比较

图2 不同细度粉煤灰的胶砂流动度

在研究低品质粉煤灰的胶砂强度时，试件的配合比和研究其胶砂流动度的试件配合比相同；在研究低品质粉煤灰不同掺量对胶砂强度的影响时，使用比表面积为350m2/kg的低品质粉煤灰；在研究低品质粉煤灰细度对胶砂强度的影响时，用低品质粉煤灰代替30%的水泥。将试件成型为40mm×40mm×160mm的棱形试体，标准养护条件下养护1d后拆模，分别测试其3d和28d的抗折强度和抗压强度。在研究低品质粉煤灰对混凝土性能的影响时，试验用低品质粉煤灰配制C30混凝土，配合比如表5所示，其中F1代表粉煤灰比表面积为500m2/kg，F2代表粉煤灰比表面积为400m2/kg，F3代表粉煤灰比表面积为450m2/kg。

2 结果分析

2.1 低品质粉煤灰的活性指数

试体在标准养护条件下养护28d测得其抗压强度并计算低品质粉煤灰的活性指数如图1。

由图1可以看出，粉煤灰的活性随着粉煤灰细度的增加而增大，这是因为磨细后的粉煤灰能有效提高粉煤灰的火山灰活性，而且粉煤灰细度越大，其活性指数也越高，有研究表明粉煤灰的细度与粉煤灰活性呈指数关系，但是对于不同品质的粉煤灰情况不同，该试验使用的粉煤灰为低品质粉煤灰，因此粉煤灰的活性也受其品质的影响，虽然粉煤灰的活性指数随着其比表面积的增大而增加，但增加趋势逐渐趋于平缓。

2.2 低品质粉煤灰对胶砂流动度的影响

图2为低品质粉煤灰不同细度对胶砂流动度的影响。由图2可以看出粉煤灰不同掺量时，各组胶砂的流动度都随着粉煤灰细度的增大而先增加后减小，这主要是因为粉煤灰颗粒细小且多为球状颗粒的玻璃体，其表面光滑致密，可充分发挥其物理填充作用，置换出更多水泥颗粒间的水，但当粉煤灰的比表面积较大时，需要更多的水来润湿其表面，此时物理填充作用不再是主导因素，比表面积的增加导致需水量的增加，因而胶砂流动度随粉煤灰比表面积进一步增加而开始降低。且低品质粉煤灰掺量为20%和30%时，胶砂流动度在粉煤灰细度为400m2/kg时达到最大值，而低品质粉煤灰掺量为40%和50%时，胶砂流动度在粉煤灰细度为450m2/kg时达到最大值。

2.3 低品质粉煤灰对胶砂强度的影响

2.3.1 不同低品质粉煤灰的掺量对胶砂强度的影响

按照配合比成型试体后，在养护3d和28d后分别测试试体的抗折强度和抗压强度，测试结果见表6所示。

表6 不同低品质粉煤灰掺量对胶砂强度的影响

从表6可以看出，对于低品质粉煤灰而言，其掺量越大，试体的抗折、抗压强度都降低，且早期、后期强度都低于不掺粉煤灰组；对于高品质粉煤灰而言，其早期强度可能略有下降，但后期强度会比基准强度高。试验中使用的粉煤灰为低品质的粉煤灰，其品质较低且烧失量过大，导致随着掺量增加，早期强度和后期强度都会下降。

2.3.2 不同低品质粉煤灰细度对水泥胶砂强度的影响

分别用不同细度的粉煤灰等量替代30%的水泥，按试验配合比成型试体，分别测试其3d和28d的抗折和抗压强度，结果如表7所示。

从表7可看出掺30%粉煤灰后，随着粉煤灰细度增大，胶砂试体的抗折强度和抗压强度都有小幅度的增大，说明随着粉煤灰细度的增大其活性也在增加，但抗折和抗压强度都低于空白组，主要原因仍为使用的粉煤灰为低品质粉煤灰，烧失量大，影响了胶砂试体的强度。

2.4 低品质粉煤灰对混凝土强度的影响

根据表5的配合比拌制混凝土，其测试结果见表8。

从结果来看，低品质粉煤灰掺入到混凝土中能够达到混凝土各项性能的要求，其中效果最好的两组为S453和S454，强度分别达到了48.4MPa和48.9MPa。

表7 不同低品质粉煤灰细度对胶砂强度的影响

表8 C30混凝土测试结果

3 结论

（1）低品质粉煤灰的活性指数随着其细度的增加而增加，但增加趋势逐渐放缓。低品质粉煤灰的胶砂流动度随着细度的增加呈现先增大后减少的趋势。胶砂流动度在粉煤灰比表面积为450m2/kg达到最大值。

（2）低品质粉煤灰对胶砂强度会产生不利影响。

（3）低品质粉煤灰能够满足混凝土的各项性能，所以能够应用在实际工程中。

[1]崔广景，孙丽敏，崔晓勇.浅谈粉煤灰的性质及综合利用[J].甘肃农业，2009（6）:104-105.

[2]崔安军.低掺量粉煤灰对路面混凝土性能的影响[J].水泥工程，2009（4）:72-73.

[3]王建华，肖佳，陈雷，等.粉煤灰对水泥水化与强度的影响[J].粉煤灰综合利用，2009（5）:34-36.

[4]陈晓波.粉煤灰胶凝材料体系混凝土的应用研究[J].浙江建筑，2009（8）:66-69.

[5]钱觉时，王智，张玉奇.粉煤灰的矿物组成（下）[J].粉煤灰综合利用，2001（4）:24-28.