粉煤灰对混凝土性能影响的试验研究★

葛 婷 田 帅,2 马文云

(1.云南建投绿色高性能混凝土股份有限公司，云南 昭通 657000； 2.云南省高性能混凝土工程研究中心，云南 昆明 650501)

粉煤灰具有火山灰效应，微集料效应和形态效应；优质的粉煤灰可以改善混凝土的工作性能与耐久性能，在混凝土中作为掺合料使用具有明显的技术、经济和社会效益[1-4]。云南省粉煤灰市场受火电厂较少和生产工艺不够先进的影响，优质粉煤灰产能极低，煤质差异大，加上各电厂使用不同类型的磨煤机，煤粉往往较粗，燃烧不充分，粉煤灰颗粒粗，含碳量高。云南省公路工程项目的地理特征为山区或半山区，受运输条件和运输成本的限制，公路工程用混凝土的主要原材料不可能远距离运输，只能就地取材。故对优质粉煤灰应用于高速公路高性能混凝土存在较大的供需矛盾。鉴于目前高速公路工程对于混凝土矿物掺合料的使用较为严格，而云南省Ⅰ级粉煤灰产能较少，不能满足工程建设的需求。为推进Ⅱ级粉煤灰的工程应用，研究了不同等级粉煤灰对C50混凝土工作性能及耐久性能的影响。在保证配合比参数不变，同等改变掺量的前提下，分别使用Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰等量取代水泥掺合混凝土，通过新拌混凝土工作性能、抗开裂性能、抗氯离子渗透性能试验及抗冻性能试验，分析Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰对C50混凝土各项性能的影响，以期为Ⅱ级粉煤灰在高速公路工程混凝土中的实际应用提供参考。

1 试验内容与方法

1.1 原材料

水泥采用P.O52.5水泥，其性能指标如表1所示。Ⅰ级粉煤灰与Ⅱ级粉煤灰技术指标如表2所示。细集料采用细度模数为2.9,MB值为0.5的Ⅱ区机制砂。粗集料采用4.75 mm～31.5 mm连续级配碎石，含泥量为0.5%。外加剂采用聚羧酸高性能减水剂，固含量为12.20%，减水率为27%。拌合水采用饮用水。

表1 水泥性能指标

表2 粉煤灰性能指标

1.2 试验配合比

混凝土试验配合比见表3。

表3 混凝土试验配合比 kg/m3

1.3 试验方法

根据GB/T 50082普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行混凝土早期抗裂、抗氯离子渗透及抗冻性能试验。

2 试验结果与分析

2.1 不同等级粉煤灰对C50混凝土工作性能及力学性能

混凝土工作性能及力学性能见表4。

表4 混凝土工作性能及力学性能

在C50-Ⅰ混凝土配合比减水剂掺量与C50-Ⅱ混凝土相同的情况下，C50-Ⅰ混凝土为离析状态；当以混凝土达到相近工作性能为标准时，C50-Ⅰ混凝土减水剂掺量为1.4%时，混凝土坍落度为205 mm，扩展度为510 mm；C50-Ⅱ混凝土减水剂掺量为2%，坍落度为200 mm，扩展度为500 mm。C50-Ⅰ混凝土减水剂掺量与C50-Ⅱ混凝土相同的情况下，试配出的混凝土为离析状态，而当C50-Ⅰ混凝土达到与C50-Ⅱ相近工作性能时，C50-Ⅰ混凝土减水剂掺量仅为1.4%，比C50-Ⅱ混凝土少用30%的减水剂。这是由于Ⅰ级粉煤灰细度为6.1%、比Ⅱ级粉煤灰更细，较小的球形颗粒可以填充在水泥颗粒的空隙中，具有更好的润滑和减水作用，对混凝土的工作性能具有更好的改善作用。C50-Ⅰ与C50-Ⅱ混凝土的7 d抗压强度均超过了50 MPa，28 d抗压强度均超过了55 MPa，在力学性能方面差别较小。

2.2 不同等级粉煤灰对C50混凝土早期开裂性能的影响

根据GB/T 50082普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准开展混凝土早期抗裂性能试验，C50-Ⅰ混凝土初始开裂时间为加水后3.2 h，最大裂缝宽度0.33 mm，单位面积上的总开裂面积为459 mm2/m2，抗裂等级为L-Ⅲ级。C50-Ⅱ混凝土初始开裂时间为加水后2.3 h，最大裂缝宽度0.43 mm，单位面积上的总开裂面积为480 mm2/m2，混凝土抗裂等级为L-Ⅲ级。C50-Ⅰ初始开裂时间比C50-Ⅱ初始开裂时间延后约50 min，采用Ⅰ级粉煤灰配制的C50混凝土最大裂缝宽度与单位面积上的总开裂面积均低于采用Ⅱ级粉煤灰配制的C50混凝土，但按照JGJ/T 193混凝土耐久性评定标准对C50-Ⅰ与C50-Ⅱ进行评定，其抗裂等级都为L-Ⅲ级，采用Ⅰ级粉煤灰并没有提高混凝土的抗裂等级，这是由于虽然粉煤灰具有微集料效应、可以减少混凝土的孔隙率与开裂，但是在25 kg/m3的掺量下对C50混凝土抗裂性能改善并不明显，采用 Ⅱ 级粉煤灰配制混凝土不会降低混凝土的抗裂性能(见图1～图4)。

2.3 不同等级粉煤灰对C50混凝土抗氯离子渗透性能的影响

采用标准养护方法将混凝土养护至28 d龄期，然后制成直径为100 mm、高度为50 mm的圆柱体试块，经真空饱水后开展电通量试验，试验结果如表5所示。

表5 电通量试验结果

采用Ⅰ级粉煤灰与Ⅱ级粉煤灰所配制混凝土的电通量均小于1 000 C，其中Ⅱ级粉煤灰所配制混凝土的电通量比Ⅰ级粉煤灰所配制混凝土的电通量高41 C，但根据JGJ/T 193混凝土耐久性检验评定标准二者混凝土抗氯离子渗透性能等级均为Q-Ⅳ级，说明此配合比下Ⅰ级粉煤灰与Ⅱ级粉煤灰所配制混凝土差别不大，均具有较好的抗氯离子渗透性能。

2.4 不同等级粉煤灰对C50混凝土抗冻融性能的影响

将尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的试块采用标准养护方法养护至24 d，然后取出放入20 ℃的水中浸泡4 d后开始试验，每50次测量一次动弹性模量与质量，试验结果如表6所示。

由表6可知，C50-Ⅰ及C50-Ⅱ混凝土在300次冻融循环下，质量损失率均小于5%，混凝土抗冻性能的损害主要表现为动弹性模量的损失，C50-Ⅰ及C50-Ⅱ混凝土均可以经受300次冻融循环，具有较好的抗冻性能。

表6 不同等级粉煤灰对C50混凝土抗冻融性能的影响

3 结语

1)在粉煤灰掺量为25 kg/m3的情况下，对于C50混凝土 Ⅰ 级粉煤灰加入后达到相近的工作性能所需减水剂较少；掺加 Ⅰ 级粉煤灰的混凝土与掺加 Ⅱ 级粉煤灰混凝土的相比，最大裂缝宽度与单位面积上的总开裂面积都有所减少，但差别较小，同属于L-Ⅲ级。

2)在粉煤灰掺量为25 kg/m3的情况下，通过抗氯离子渗透性能试验与抗冻融循环试验，采用Ⅰ级粉煤灰与采用Ⅱ级粉煤灰配制的混凝土在电通量与动弹性模量的损失差别不大，抗氯离子渗透性能均可以达到Q-Ⅳ级，均可以经受300次冻融循环。