混凝土粉煤灰掺量 粉煤灰掺量对高性能混凝土性能的影响
时间：2019-04-07 03:16:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】本文结青荣城际铁路高性能混凝土的配合比设计，研究了粉煤灰掺量对高性能混凝土的影响，结果表明，在低用水量、低水胶比下，粉煤灰掺量为30%-70％时,混凝土的后期强度增长速率快且增长率显著提高；掺粉煤灰混凝土中Ca(OH)2含量跟水化龄期和掺量有很大关系，在28d时，粉煤灰已经能够很好的与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应；混凝土中Ca(OH)2的明显减少和内部结构的改善是低用水量大掺量粉煤灰混凝土后期强度增长率显著提高的主要原因。
【关键词】粉煤灰；掺量；高性能；低用水量；强度
多年来，人们在粉煤灰的掺量问题上一直持比较保守的态度。混凝土能否长期作为最主要的建筑材料，关键在于能否成为绿色材科，使之纳入可持续发展的轨道。针对我国客运专线的特点，在混凝土中掺入一定量的粉煤灰，会对混凝土的许多性能有显著的改善，尤其对节约能源，处理工业废渣，减少环境污染起着一定的作用
粉煤灰作为高性能混凝土配比的一部分，主要着眼于更充分地利用粉煤灰潜在活性，减少水泥用量，降低水化热，更大发挥高性能优势，改善混凝土工作性、耐久性，提高混凝土的质量降低混凝土生产成本；同时变废为宝，化害为利，节约堆放粉煤灰的大量宝贵土地；可取得更大的环境与技术经济效益。但是，有关人员研究也发现，粉煤灰掺量过高也会使混凝土中发生贫钙现象而不利于混凝土的耐久性。以往的主要在较大的用水量和中等水灰比的情况下研究粉煤灰的掺量对混凝土的影响。本文结合哈大客运专线配合比设计的实例，探讨在低用水量和低水胶比下，粉煤灰的掺量对于高性能混凝土的工作性、强度、耐久性及Ca(OH)2含量的影响规律。
1、原材料
1）水泥，烟台山水P.O42.5，水泥物理性能见表1；
2）粉煤灰，威海威海港域，其化学成份和物理性能见表2；
3）骨料，粗骨料使用最大粒径为31.5mm，密度为2.70g/cm3的碎石，细骨料密度为2.65g/cm3，细度模数为2.9的河砂；
4）减水剂，采用山东建筑科学研究院的聚羧酸减水剂，固体含量为22%。
2、试验方法
2.1配合比
胶凝材料用量固定为400kg/m3，用水量固定136kg/m3,粉煤灰对水泥的替代总量分别为10％、30%、50%和70%，砂率控制在0.43，混凝土配合比见表3。
2.2试件成型、养护与测试
混凝土的搅拌顺序为：胶凝材料、砂干拌混合搅拌30s后，加约80%的水和减水剂（水和减水剂先混合），搅拌90s，加入碎石、剩余的水和减水剂再搅拌90s。试件尺寸：150mm×150mm×150mm。将试件放入标准养护室养护，温度（20±2）℃，湿度95%以上。
混凝土的7d、28d和91d的抗压强度测试按GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定进行。
3、实验结果和分析
3.1新拌混凝土的工作性
粉煤灰对新拌混凝土的工作性的影响见图1。由试验结果可以看出，在控制坍落度基本一致的条件下，随粉煤灰掺量的增加，新拌混凝土的扩展度增大，这主要是因为在混凝土中粉煤灰的密实填充作用，当粉煤灰颗粒填充于水泥粒子之间的空隙中时，置换出填充水,使粒子间的间隔水层加厚，同时，粉煤灰珠形颗粒的“滚珠效应”也可以大大改善混凝土的流动性，在低水胶比的混凝土中颗粒间的间隔水极少，这种效果则更为明显。
3.2强度变化规律
粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响见图2。
结果表明，混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低，特别是早期强度降低比较明显，纯水泥混凝土的抗压强度在早期增长较快，其7d的抗压强度大约是28d抗压强度的90%。粉煤灰混凝土抗压强度在早期发展较慢，粉煤灰掺量为30%时，混凝土的7d抗压强度大约是28d抗压强度的66%，粉煤灰掺量为50%和70%时，混凝土的7d抗压强度大约是28d抗压强度的49.3%左右。纯水泥混凝土的抗压强度在后期的增长速率明显低于粉煤灰混凝土，其28d至91d抗压强度增长速率为5.4%。粉煤灰掺量为10％、30%、50%、70%时，混凝土的91d抗压强度相对于28d抗压强度增长率为4.8%、8.2％、15.7%、35.8%、70％另外，对于91d来说，掺加30%和50%粉煤灰的混凝土强度差别不大，其后期强度的发展主要是因为粉煤灰中的活性成分与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，不断填充混凝土的孔隙，使混凝土的强度进一步提高。
3.3氢氧化钙含量
下图3为DSC-TG分析定量测出的龄期7d和28d混凝土中Ca(OH)2的含量随粉煤灰掺量和水化龄期的变化结果。
从图中可见混凝土中Ca(OH)2的含量随粉煤灰掺量的增加和水化龄期的延长而降低，这与以前的研究结果是一致的。在图3中我们还给出了假设混凝土体系中没有粉煤灰时Ca(OH)2的计算含量（图中虚线所示），结果表明，7天龄期时假设混凝土体系中没有粉煤灰时Ca(OH)2的计算含量明显大于掺加粉煤灰的混凝土中的Ca(OH)2的含量，而在28天龄期时，假设混凝土体系中没有粉煤灰时Ca(OH)2的计算含量明显小于掺加粉煤灰的混凝土中的Ca(OH)2的含量，这说明，粉煤灰的加入有利于水泥的早期水化，这可能是粉煤灰的加入使得整个体系的分散得到加强，水泥颗粒与水的接触几率加大，这样水泥的水化速度加快，水化产物增多的缘故。而随着水化时间的延长，水泥水化产生的Ca(OH)2将于粉煤灰发生反应，生成C-S-H凝胶和含铝（铁）水化物等，这说明，在28天左右，粉煤灰已经能够很好的与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应了。
4、结论
（1）在低用水量下，大掺量粉煤灰混凝土的28d和91d抗压强度增进率明显提高；
（2）掺粉煤灰混凝土中Ca(OH)2含量跟水化龄期和掺量有很大关系，在28天左右，粉煤灰已经能够很好的与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应；
（3）混凝土中Ca(OH)2的明显减少和内部结构的改善是低用水量大掺量粉煤灰后期强度增长率提高的主要原因。
（4）大掺量粉煤灰高性能混凝土的最佳掺量范围应为30～50％，必须严格控制用水量及水胶比以保证混凝土优良的早强和体积稳定性能，如果粉煤灰掺量过多，水泥水化产生的Ca(OH)2数量不能满足粉煤灰二次水化的需要，还会造成粉煤灰水化不足，导致混凝土结构疏松，孔隙状况恶化，抗冻性能必然大幅度降低。
（5）粉煤灰的掺入能够提高混凝土的耐久性能和后期强度,在进行配合比设计时,应该在不影响早期强度的前提下尽可能地多掺加粉煤灰,以提高工程结构的耐久性。参考文献
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