外加剂对超高掺量粉煤灰混凝土性能影响研究

孟祥震 牛志成 宫长峰 牛德坤

摘要：粉煤灰作为一种工业废料，应用于混凝土材料的中具有很大的价值，能够改善材料的多项性能，但是当粉煤灰的掺量非常高时，材料的性能会发生一定的质变，需要在其中加入部分外加剂来保障材料的强度性能。本文简单概述了粉煤灰混凝土，分析了对于超高掺量的材料而言，加入不同的外加剂对其性能有何影响。

关键词：外加剂;超高掺量;粉煤灰混凝土;性能分析

粉煤灰对于增加混凝土强度具有很大的作用，为了发挥粉煤灰的最大价值，必须加强对于超高掺量粉煤灰混凝土的试验分析，在控制好各项要素的基础上，改变外加剂的类型，分析出如何利用外加剂才能扩展材料体系的强度性能，除了单一的外加剂之外，也可以将两种外加剂混合使用，试验出最佳的外加剂使用方式。

一、粉煤灰混凝土

混凝土作为关键的工程材料，必须在各项性能方面都达到标准要求，而粉煤灰对于扩展混凝土的整体力学性能非常有益，粉煤灰是火山灰质的固体废料，其自身缺乏凝胶的特质，但是在水分的作用下，粉煤灰能够与砼进行反应，生成相应的凝胶物质，能够填充材料中的孔隙，这对于扩展材料的强度性能较为有效，而且也可以增强材料的抗渗性。

除了粉煤灰自身的性能之外，其对于材料的改善的作用还源于两点因素，一是对于粉煤灰而言，其中含有大量质地细密的玻璃体，对于水分子的吸附力很小，再加入粉煤灰之后就可以控制砼材料配置中的用水量，避免了材料的干燥收缩，提升了材料的密实性。二是由于粉煤灰中存在大量粒度很小的物质，这些物质可以融入砼材料的内部，一方面可以发挥填充孔隙的作用，另一方面也会提升材料胶体的密实度，这是基于这几点效应，才能够发挥出粉煤灰的作用，强化砼材料的性能[1]。

二、外加剂的影响分析

目前，相关工程的规模逐渐扩展，对于混凝土的性能有更高要求，尤其是材料的强度性能，所以在材料制备中，除了加入传统的水泥和砂石之外，也需要增添相关的外加剂，最常见的就是减水剂和早强剂等物质，这些成分是扩展混凝土性能的关键保障。而对于粉煤灰混凝土而言，如果其中的粉煤灰掺量非常高，就会在改善材料性能的基础上，对于材料的性能产生质的改变，这时所加入的外加剂就会对材料性能产生更加严重的影响，所以必须对此进行研究，尤其是要重视对于使用率较高的外加剂的研究，比如氯化钙或者是氢氧化钠等物质，下面主要在粉煤灰混凝土中，外加剂如何对其性能产生影响。

（一）原材料选择和试验过程

需要根据超高掺量的标准和试验需求来选择原材料，一般可以选择常见的硅酸盐水泥，确保水泥中的成分含量符合标准，另外就是关于粉煤灰的选择，在超高掺量的材料中，粉煤灰的含量非常大，需要按试验的需求确定粉煤灰的相关性质和等级，选择可靠的粉煤灰材料。最后，为了强化试验的有效性，需要选择几类常见的外加剂，比如磷酸钠或者氢氧化钠等物质[2]。

在实验前需要进行设计工作，对于超高掺量的材料而言，一般会将水泥与粉煤灰的比例控制为2∶8，而试验中的水灰比需要达到0.3，减水剂的含量需要视原料总量而定，一般为0.2%。在试验环节中，需要将相关比例的水泥与粉煤灰进行搅拌，保障两种物质能够全面融合，然后在外加剂的溶液中加入一定量的减水剂，再分三次向原料中加入外加剂，再搅拌混合后再实施养护脱模，对于不同养护时长的材料进行强度检测，再养护中把控好温湿度。

（二）结果探究和分析

在控制养护时长和外加剂的情况下，可以得知材料在早期时的强度较低，当加入不同的外加剂之后，早中期的强度得到一定的提升，如果将氯化钙和氢氧化钠同时加入材料中，就会发现材料在早中后期的强度都得到了提升，下面就不同的试验过程进行分析：

第一，没有加入任何外加剂，在粉煤灰混凝土中加入300毫升的去离子水，这时各个材料之间能够更加均匀的混合，防止了混凝土均质性不足而导致的性能低下，混凝土的强度也较为稳定。

第二，在其中加入适量的氢氧化钠，在这样的情况下，材料中的反应速率明显提升，混凝土早中期的强度得到提升，但是后期的强度基本没有改善。

第三，在材料中加入适量的纯碱溶液，材料后期的生成凝胶的速率逐渐降低，所以对于后期的强度没有明显的影响，但是有利于增加材料早中期的强度性能。

第四，在材料中加入适量的无水硫酸，其在反应中会产生部分钙矾石，具有明显的膨胀性，可以提升材料中早期的强度性能，但是在钙矾石产生的过程中会消耗很多的钙离子，所以后期的凝胶的产生速率降低，所以该外加剂对于后期强度的提升并不明显，但是有利于早中期强度的提升。

第五，在材料中加入适量的磷酸钠，明显地提升了早中期的强度，但是对于后期的强度影响不大，但是将氢氧化钠和氯化钙同时加入材料中时，材料的水化程度更加彻底，所以材料早中后期的强度性能都有所提升[3]。

（三）结论陈述

第一，从试验可知，单独加入氢氧化钠或者硫酸钠等外加剂时，材料的早中期的强度性能都得到了一定的提升，但是却无法改善材料后期的强度，但是将氯化钙与氢氧化钠同时加入材料中时，粉煤灰混凝土的整体强度获得了提升，而且强度提升的数值达到最大。

第二，虽然各种外加剂对于材料的强度性能都有提升作用，但是强度提升的反应机理却各不一样，比如氢氧化钠提升了堿激活反应，进而促进了材料内部的水化速率，达到强度提升的效果。而硫酸钠是产生大量的钙矾石来增加材料的强度性能，当氢氧化钠和氯化钙是增加了材料中的反应离子，强化了材料内部的水化反应，延长了反应过程，从整体上扩展了材料的强度性能。

第三，从氯化钙与氢氧化钠的组合可知，在补充钙与碱的情况下，能够提升材料的强度性能，而且提升的幅度较为明显，在高掺量的粉煤灰混凝土中可以加以应用。

三、结束语

综上所述，粉煤灰作为固体废料，将其应用与混凝土中具有环保和经济方面的价值，但是当粉煤灰的参量达到最高标准时，材料体系会发生质变的效果，材料的各项性能无法保障，必须借助于相关的外加剂，而不同的外加剂会与材料物质发生不同的反应，通过不同的机理来改善材料的强度性能，发挥粉煤灰最大的应用价值。除了本文所试验的外加剂材料之外，也有很多其他的外加剂类型，随着技术的成熟，这样的试验仍旧需要持续研究。

参考文献：

[1]邸云菲， 袁枫斌， 刘江. 多种因素对大掺量粉煤灰混凝土早期力学性能及凝结时间的影响[J]. 四川理工学院学报（自然科学版）， 2019， 32（02）：84-89.

[2]马琳. 外加剂对混凝土收缩与开裂性能影响的试验研究[J]. 当代化工， 2017（2）：233-236.

[3]苗伟， 解飞. 混凝土外加剂对混凝土性能的影响分析[J]. 建材与装饰， 2017（31）：47-48.

（作者单位：德州中科新材料有限公司）