不同掺量粉煤灰对混凝土力学性能影响的研究★

杨 斌 　 王珺卓 　 盛 彬 　 方 涛 　 罗义生 　 孙琳璘 　 贾艳敏*

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨　150040)



·建筑材料及应用·

不同掺量粉煤灰对混凝土力学性能影响的研究★

杨 斌 王珺卓 盛 彬 方 涛 罗义生 孙琳璘 贾艳敏*

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨150040)

以粉煤灰掺量作为单一变量，通过横向分析与纵向对比试验，得出了粉煤灰对混凝土力学性能的影响，结果表明：粉煤灰等量取代水泥时，随着掺量的增大，混凝土的早期抗压和抗折强度都越来越小；粉煤灰超量取代时，随着掺量的增大，混凝土的早期抗压和抗折强度先增大后减小；经分析，超量取代系数为1.2，取代比不超过20%时，粉煤灰超量取代比等量取代效果好。

粉煤灰，等量取代，超量取代，混凝土，力学性能

0　引言

早在1997年，吴中伟院士就首先提出绿色高性能混凝土(GHPC)的概念[1]，并且国家大力提倡可持续发展，鼓励废料的利用，越来越多的工业废渣被应用到混凝土中，目前国内对于掺粉煤灰的混凝土的研究已经逐渐展开，张蔚等人提出粉煤灰对混凝土的抗渗性和抗收缩性有着明显提高[2]，袁承斌等人通过掺入不同量的粉煤灰，得出粉煤灰掺量较少时，混凝土的碳化深度增加不明显，随着掺量增加，碳化深度明显加大[3]。

以上对掺粉煤灰的混凝土多是在等量取代情况下的研究，国内对于粉煤灰超量取代水泥和它与等量取代在抗压、抗折等力学性能上差异的研究较少。因此，本文从最常用的普通硅酸盐水泥入手，以粉煤灰掺量作为单一变量，观察不同取代比情况下，其对混凝土力学性能的影响并研究分析。

1　试验的设计与方法

1.1试验原材料

1)水泥采用哈尔滨市亚泰集团“天鹅牌”P.O42.5水泥，其各项性能见表1；2)砂采用河砂，细度模数2.6，Ⅱ区级配合格；3)碎石为哈尔滨市玉泉镇生产，级配为5 mm～31.5 mm；4)粉煤灰为哈尔滨热电厂产Ⅱ级粉煤灰，其品质指标见表2；5)采用佳木斯宏远建筑外加剂有限公司生产的萘系高效减水剂和引气剂；6)水是洁净的自来水。

表1　水泥的性能

1.2试验配合比

本次试验设置一个基准试验X1C，即不掺任何掺合料的普通混凝土做对比，然后分别设置粉煤灰等量取代(X2C～X4C)和超量取代(X5C和X6C)水泥，取代比初步定为15%,30%,40%，其中超量取代系数为1.2。但在后续试验中，发现粉煤灰超量取代40%时，和易性突然变差，无法粘聚成型，故此处舍去不再赘述。混凝土配合比见表3。

表3　试验配合比

1.3试件制备

本次试验参照GBT 50080—2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准制备100 mm×100 mm×100 mm混凝土立方体试件36个，100 mm×100 mm×400 mm混凝土棱柱体试件18个。先进行原材料的称量，然后进行混凝土的拌合、浇筑、振捣，成型后自然养护24 h后拆模、编号，并立即放入温度(20±1)℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护。

2　试件的测试和试验的结果

2.1试件的测试

按照GBT 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准，在混凝土试件养护7 d时，取出18块立方体试件采用YE-2000液压式压力试验机进行抗压测试；在养护试件28 d时，分别取出18块立方体和18块棱柱体试件并采用WE-300液压式万能试验机进行抗折测试。

2.2试验的结果

对混凝土抗压和抗折实验所得数据处理后将结果列于表4。

表4　混凝土抗压、抗折强度检测结果　MPa

3　试验结果的分析

为了便于数据分析，将表4的试验结果用图1～图4表示，由图1，图2可知：粉煤灰混凝土早期强度比不掺粉煤灰的混凝土强度都低，这是由于混凝土的“梯度水化反应”[4]，混凝土的早期强度主要取决于水胶比，此阶段主要发生了水泥的初次水化，而后期强度的提高主要是因为粉煤灰中活性物质Al2O3和SiO2与水泥的水化产物在水溶液中发生火山灰反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，并进一步与水泥中的石膏发生反应生成活性较大的水化硫铝酸钙，它们将充满于结构中，减少结构的孔隙率，进而增强混凝土的粘聚性和不透水性。但是在初期阶段，粉煤灰对水泥的取代作用仍旧不能弥补水泥用量减少所造成的强度降低[5]。

从图3可以看到，取代比为15%的情况下，养护7 d和28 d时，粉煤灰超量取代比等量取代的强度都高，这是因为超量加入的粉煤灰能充分参与并利用水泥初次水化的产物发生二次水化，并且粉煤灰颗粒细度比水泥颗粒小得多，比表面积大，所以具有的表面能就大，可以提供发生反应的作用面就多[6]，在取代比相同的情况下，更容易分布于水泥颗粒空隙间，发生微集料反应，化学活性反应等来提高混凝土密实度和强度。

同时，观察图3，当取代比为30%时，粉煤灰超量取代的抗压强度明显下降，28 d时，降幅达到21.7%，在实际制件的过程中，当粉煤灰混凝土的取代比为40%时，因和易性太差，无法粘聚成型故舍去，这说明粉煤灰掺量存在一个合理的范围，并且粉煤灰对混凝土的早期强度促进作用并不大；然而对于粉煤灰等量取代

比例为30%时，在标准养护28 d后的强度与普通混凝土强度相差不大，但取代比达到40%，抗压强度较普通混凝土下降较大，因此不难得出，粉煤灰等量取代的比例不宜超过30%。

不同粉煤灰掺量的混凝土28 d的抗折强度如图4所示，28 d时粉煤灰等量取代的抗折强度以掺量在30%最佳，超量取代比例在15%时效果最好(见图4)。因为混凝土内部孔隙和在水泥颗粒界面上富集着较多的Ca(OH)2,它对抗折强度的影响大于抗压强度，掺入的粉煤灰可以与其发生活性反应生成胶凝物质，改善了界面特性，提高了抗折强度。

4　结语

随着粉煤灰的大力推广和应用到建筑行业中，为了能更好的提高粉煤灰混凝土的性能，结合本文对其抗压、抗折强度的分析，现给出结论如下：

1)随着粉煤灰掺量的增加，使混凝土早期强度越来越低，但对后期强度有较大促进作用，到28 d粉煤灰混凝土已经接近有的甚至超过不掺粉煤灰的混凝土强度，这在实际工程中是有好处的。

2)对于C40混凝土，建议粉煤灰等量取代水泥的比例控制在15%～30%，当粉煤灰超量取代系数为1.2，取代比例15%时最佳，且此时的力学性能优于粉煤灰等量取代的情况。

[1]吴中伟.绿色高性能混凝土与科技创新[J].建筑材料学报,1998(1):3-9.

[2]张蔚,刘洪学.不同掺量的粉煤灰对混凝土性能的影响[J].福建建材,2008(4):10-12.

[3]袁承斌,高文达.粉煤灰掺量对混凝土性能的影响[J].扬州大学学报(自然科学版),2010(1):62-65.

[4]李志刚,李家和,张洪贵.粉煤灰与矿渣复合掺合料对混凝土强度影响[J].低温建筑技术,2009(4):17-19.

[5]陆善后.粉煤灰特性对混凝土性能影响[J].粉煤灰,1994(5):36-39.

[6]闫瑞兰,高占云.不同掺量粉煤灰对混凝土力学性能的影响研究[J].内蒙古科技与经济,2011(18):105-106.

Study on mechanical properties of concrete with different fly ash content★

Yang BinWang JunzhuoSheng BinFang TaoLuo YishengSun LinlinJia Yanmin*

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Taking the fly ash content as a single variable, through the analysis of transverse and longitudinal contrast test, it is concluded that the influence of fly ash on the mechanical properties of concrete. Results show that the same amount of fly ash instead of cement, with increase of dosage, concrete early compressive strength and flexural strength are getting smaller and smaller, fly ash excessive replacement, with increase of dosage, concrete early compressive strength and flexural strength increased first and then decreased, the analysis excess replace coefficient is 1.2, replace ratio does not exceed 20%, the excess of fly ash to replace than equivalent substitution effect is good.

fly ash， equivalent substitution, excess replace, concrete, mechanics performance

1009-6825(2016)08-0133-02

2016-01-06★:国家级大学生创新训练计划项目(项目编号：201510225053)

杨斌(1994- )，男，在读本科生

贾艳敏(1962- )，女，博士生导师，教授

TU528

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