粉煤灰石灰粉对再生细骨料混凝土抗压强度的影响

贾广测++吴相豪++朱涛

摘 要：将石灰粉加入再生粉煤灰混凝土中，可激发粉煤灰的活性，促进粉煤灰的“二次水化”。该课题拟通过试验探索单掺粉煤灰、双掺粉煤灰和石灰粉对再生细骨料混凝土抗压强度的影响规律，为再生细骨料混凝土的推广应用提供理论依据。研究过程中，试验分两种工况：第一种工况为单掺粉煤灰；第二种工况为双掺粉煤灰和石灰粉。实验表明：单掺粉煤灰时，随着粉煤灰掺量增加，抗压强度是先增大后减小，且掺量为20%时，抗压强度最大。双掺粉煤灰和石灰粉时，早期抗压强度增大较快，抗压强度随石灰粉掺量的增加是先增加后减小，石灰粉掺量为4%时，再生细骨料混凝土的抗压强度最大。

关键词：再生细骨料 粉煤灰 石灰粉 抗压强度

中图分类号：TU52 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0074-03

在我国每年拆除的建筑垃圾多达1.6亿吨之多，除此之外还有新建房屋产生4亿吨的建筑垃圾中的废弃混凝土，这些废弃的建筑垃圾对我们赖以生存的环境造成了很大的污染，因此将废弃混凝土作为再生骨料生产再生混凝土意义重大[1]。与此同时，粉煤灰对环境也造成了严重的污染以及其每年巨大的排放量而无处储藏，因此对粉煤灰的开发利用便显得尤为重要，石灰石粉作为混凝土矿物掺合料可以改善混凝土的性能，具有良好前景[2]。姜爱锋研究了石灰—粉煤灰稳定试验，认为石灰—粉煤灰碎石具有较好的耐久性能，采用连续级配集料制成的石灰—粉煤灰碎石具有较优的力学和耐久性能。

总之国内外已经对在混凝土当中掺入矿物掺合料进行了大量的试验研究，但是对于在再生细骨料混凝土中添加石灰粉以及粉煤灰、石灰粉双掺对再生细骨料混凝土的力学性能的研究还处于一个相对空白的阶段[3]。因此该课题着力在此方向上进行试验研究。试验设计了两种工况：工况一，单掺粉煤灰对再生细骨料混凝土的抗压强度试验；工况二，双掺粉煤灰、石灰粉对再生细骨料混凝土的抗压强度试验，以期获得在两种掺量的情况下对再生细骨料混凝土的力学性能的影响规律并分析产生此种变化规律的原因，以及粉煤灰和石灰一粉煤灰的最佳掺量和掺配比，进而达到提高再生细骨料混凝土的力学耐久性的目的。

1 研究内容

用粉煤灰等量取代水泥，测定不同取代率（0%、20%、40%、60%）下粉煤灰再生细骨料混凝土的抗压强度，研究粉煤灰等量取代部分水泥对粉煤灰再生细骨料混凝土性能的影响机理和影响规律。

该文通过试验研究双掺粉煤灰和石灰粉对再生细骨料混凝土抗压强度影响规律及其最佳掺配比例。具体研究内容为：⑴用粉煤灰等量取代水泥，测定不同取代率下粉煤灰再生细骨料混凝土的抗压强度，研究粉煤灰等量取代部分水泥对粉煤灰再生细骨料混凝土性能的影响机理和影响规律。⑵用石灰粉等量取代部分粉煤灰（粉煤灰与水泥的质量比2：8作为基准配比），测定石灰粉不同取代率下粉煤灰再生细骨料混凝土抗压强度，研究石灰粉等量取代部分粉煤灰对粉煤灰再生细骨料混凝土性能的影响机理和影响规律。

2 技术路线

以再生细骨料混凝土为研究对象，其基准配合比为：胶凝材料：水=1：0.54。制作尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体试件，利用微控万能试验机测定不同工况、不同取代率、不同养护龄期下再生细骨料混凝土的立方体抗压强度。

3 试验方法

将制备好的混凝土试件，放置在水池当中进行养护，在养护到规定时间后将其取出且用抹布将其拭干后选取试件的测量面，在调整好两个油阀之后，将混凝土试件放置在万能试验机的底座中心处，启动试验机，在上压板不断与试件靠近时，不断地调整球座，使接触面均衡，直至混凝土试件破坏，并记录峰值。

抗压强度的计算公式为：

式中：fcu—混泥土立方体抗压强度（MPa）；

F—试件破坏荷载（N）；

A—试件承压面积（mm2）。

4 粉煤灰对再生细骨料混凝土抗压强度的影响

4.1 抗压强度试验结果

依照试验预定方案，粉煤灰等量取代水泥用量分别为0%、20%、40%和60%、养护3d、7d和28d龄期的再生细骨料混凝土抗压强度试验值见表1。

从图1可以看出，粉煤灰掺量对再生细骨料混凝土的抗压强度有一定的影响。随着粉煤灰取代水泥量的增加，再生细骨料混凝土3d的抗压强度下降迅速。粉煤灰掺量为20%、40%和60%时，再生细骨料混凝土的抗压强度为21.1MPa、13.6MPa和8MPa，分别比未掺粉煤灰的再生细骨料混凝土减小了7.86%、40.61%和65.06%；可见，掺粉煤灰会明显降低再生细骨料混凝土的早期强度。根据7d强度曲线可以看出，粉煤灰对其抗压数据降低的影响在降低，粉煤灰掺量为20%、40%和60%的再生细骨料混凝土的抗压强度分别比未掺粉煤灰的再生细骨料混凝土减少了4.43%、30.63%和49.08%，与3d强度相比下降趋势明显好转。而随着粉煤灰掺量的增加，再生细骨料混凝土28d的抗压强度出现先增加后减小的情况。粉煤灰掺量为20%时，再生细骨料混凝土的抗压强度最大，比粉煤灰掺量为0时增加了7.78%，为37.4MPa，粉煤灰掺量为40%和60%的再生细骨料混凝土抗压强度分别为32.2 MPa，22.9MPa比未掺粉煤灰时分别减小了7.20%和34.01%。由此可知，适当的粉煤灰掺量可以有效提高再生细骨料混凝土28d龄期的抗压强度。此外，从图中还可以看出，同一粉煤灰掺量的再生细骨料混凝土强度随着龄期的增长而增大。

4.2 抗压强度试验结果分析

出现图1这样现象的原因可能是粉煤灰水硬活性低于水泥，水化较慢，所以随着粉煤灰取代率的增加，早期再生细骨料混凝土中的水化产物数量因体系中水泥的数量相应减少而减少，导致再生细骨料混凝土强度表现随着粉煤灰取代量的增加，3d、7d的再生细骨料混凝土抗压强度呈现一定的下降趋势，尤其取代率大于40%的再生细骨料混凝土抗压强度下降较快。随着养护时间的延长，水泥的活性被进一步的得到释放，原先存在于粉煤灰颗粒表面薄膜与之间的水解层被火山灰反应产物充满，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，从而导致再生细骨料混凝土抗压强度的增长[4]。

当粉煤灰的掺量过大时，再生细骨料混凝土的后期强度也出现随粉煤灰掺量的增加而逐渐减小现象。这可能是因为：（1）粉煤灰本身水化强度较水泥低，当粉煤灰掺量达到和超过一定值时，对胶凝材料造成不利影响，从而使强度降低；（2）在短时间之内，粉煤灰反应较为缓慢，还未充分发生水化反应，最终导致粉煤灰再生细骨料混凝土强度较低；（3）掺入大量的粉煤灰，使得掺合料掺量过大，水泥浓度大大降低，由于粉煤灰粉状颗粒含量太高，致使细集料中的粗颗粒偏少，颗粒级配变得不合理，减弱了再生细骨料混凝土的孔隙级配，影响了再生细骨料混凝土孔隙率的发展。

5 双掺粉煤灰和石灰粉对再生细骨料混凝土抗压强度的影响

5.1 抗压强度试验结果

依照试验预定方案，以粉煤灰与水泥的质量比2：8作为基准配比，石灰粉等质量取代粉煤灰掺入，取代比率分别为0%、10%、20%和30%，养护3d、7d和28d龄期的再生细骨料混凝土的抗压强度试验值见表2。

由表2所示实测结果可以绘出石灰粉等量取代粉煤灰率与再生细骨料混凝土抗压强度的关系曲线，如图2所示。

从图2可以看出，石灰粉等量取代部分粉煤灰对再生细骨料混凝土抗压强度有一定的影响。粉煤灰和石灰粉双掺的再生细骨料混凝土3d的抗压强度与单掺粉煤灰混凝土的抗压强度相比均有提高，其中石灰粉掺量为4%时强度最大，峰值为23.7MPa，比单掺粉煤灰情况提高了7.24%。根据7d与28d强度曲线可以看出，随着石灰粉取代率的增大，再生细骨料混凝土的抗压强度均出现了先增长后减小的趋势。其中7d强度峰值出现在掺量为4%的情况为26.4MPa，比单掺粉煤灰再生细骨料混凝土的抗压强度多了0.5MPa。最小值出现在掺量为6%的时候，数值为24.1MPa，与单掺粉煤灰相比强度下降了6.9%。而从28d强度曲线来看，石灰粉掺量为2%、4%、6%的再生细骨料混凝土的强度分别为37.7MPa、37.6Mpa以及28.8MPa，与单掺粉煤灰的再生细骨料混凝土强度37.4MPa相比，分别增加了0.3MPa、0.2MPa和减少了8.6MPa。可见，适量添加石灰粉能提高粉煤灰再生细骨料混凝土的抗压强度，而这种作用在早期更为显著。

5.2 抗压强度试验结果分析

将适量的石灰粉掺入到粉煤灰再生细骨料混凝土中其抗压强度有所提高，出现这种现象主要由于以下原因。

⑴石灰粉的掺入不仅可改善混凝土的级配及和易性，并且细小石灰粉能填充骨料之间的连接缝隙以及再生细骨料的自身裂缝，提高胶凝材料的填充性，使得混凝土的抗压强度有所增大。

（2）将石灰粉掺加到粉煤灰混凝土当中，会产生一个更加适于粉煤灰反应的碱性环境，在这个环境当中粉煤灰的活性会得到进一步的释放，并且伴随着不断的搅拌，石灰粉在遇到水时反应会释放出大量的热量，从而进一步的加快了粉煤灰的火山效应。

在石灰粉掺量由增加到6%时与再生细骨料混凝土28d时的强度相比出现降低，出现这种现象的主要原因可能是随着石灰粉掺量的增加，再生细骨料混凝土内部逐渐积累了大量的，在水泥石和集料界面生长成过量大晶体，导致再生细骨料混凝土孔隙率出现较为显著的增大，且受力时还成为容易相互错位的滑面，从而造成了混凝土强度的下降。

6 结语

单掺粉煤灰降低了再生细骨料混凝土的早期强度，但后期抗压强度增长幅度较大。随着粉煤灰取代水泥量的增加，再生细骨料混凝土早期的抗压强度逐渐减小，28d 的抗压强度则随着粉煤灰掺量的增加出现先增加后减小的现象。粉煤灰掺量为20%时，再生细骨料混凝土的28d抗压强度最大，其强度与未掺粉煤灰的28d再生细骨料混凝土相比，提高了7.78%；双掺粉煤灰和石灰粉的再生细骨料混凝土早期强度提高较快，但后期增长较为缓慢，粉煤灰和石灰粉的掺入量分别为16%、4%时，再生细骨料混凝土的抗压强度提高最大，影响效果最佳。

参考文献

[1] 刘文娜，张磊.废弃混凝土回收利用现状及性能分析.交通标准化，2011（1）：11-13.

[2] 崔素萍，杜鑫，兰明堂，等.不同矿物掺和料对再生细骨料混凝土耐久性影响的研究[J].混凝土世界，2011（2）：82-85.

[3] 单梅，许英姿，吴云峰，等.粉煤灰生石灰加固吹填淤泥质土的试验研究[J].广西城镇建设，2013（3）：100-103.

[4] 章春梅.碳酸钙微集料对硅酸三钙水化的影响[J].混凝土世界，2013（6）：52-57.