大掺量粉煤灰对砂浆和混凝土性能影响的试验研究

孟祥竹

辽宁省交通高等专科学校 辽宁 沈阳 110122

摘要：大掺量粉煤灰砂浆和混凝土利用废渣粉煤灰中潜在的活性成分，可以节省水泥用量，绿色环保，大幅度降低砂浆和混凝土工程的造价成本。文章通过对粉煤灰进行不同时间的大掺量，研究大掺量粉煤灰对砂浆和混凝土主要工作性能和力学性能的影响。利用化学法对粉煤灰进行大掺量，大掺量后的粉煤灰大量掺入砂浆和混凝土中，对砂浆和混凝土的工作性能和力学性能产生影响。由坍落度试验可知，掺入不同大掺量时长的粉煤灰在保证坍落度要求下，均可保证砂浆和混凝土具有良好的保水性和粘聚性。由砂浆和混凝土抗压强度试验可知，大掺量后的粉煤灰可提高砂浆和混凝土的抗压强度。

关键词：粉煤灰；大掺量；水泥混合材

粉煤灰是我国高速发展工业生产过程中产生的大量废渣，随处堆积的粉煤灰缺乏科学有效的处置方法，产生大量灰尘，污染周边生态环境。我国每年粉煤灰产量已经超过5×1010t，然而非有效利用率高达70%以上。大掺量粉煤灰砂浆和混凝土利用废渣粉煤灰中潜在的活性成分，可以节省水泥用量，绿色环保，能较大幅度降低砂浆和混凝土工程的造价成本，解决堆放粉煤灰占用大量土地的难题。目前，科研人员对粉煤灰的研究主要是分析其掺量变化，或是分析通过化学方法把粉煤灰进行大掺量后对砂浆和混凝土的影响，利用化学法对粉煤灰进行大掺量的研究相对匮乏。本文通过对粉煤灰进行不同时长的大掺量，研究大掺量粉煤灰对砂浆和混凝土主要工作性能和力学性能的影响，改善大掺量粉煤灰砂浆和混凝土工作性能，提高其实际应用价值。

1试验

本实验采用俄罗斯高能球磨机AGO-‖，球料设定为20∶1，球磨的时间设定为0min、5min、10min、15min和20min。利用球磨机对粉煤灰进行大掺量，记作H0、H5、H10、H15、H20。采用等量取代法以40%的比例等质量替代砂浆和混凝土中的水泥，以C40砂浆和混凝土的基准配合比为基础。本试验以不同大掺量时长的粉煤灰等质量代替水泥，对砂浆和混凝土拌合物工作性能进行试验分析，通过坍落度试验测定砂浆和混凝土拌合物的坍落度和扩展度，评定其流动性，通过直观经验法评定其粘聚性、保水性，根据试验结果分析不同大掺量时间的粉煤灰对砂浆和混凝土拌合物工作性能的影响，综合评价大掺量粉煤灰砂浆和混凝土的工作性能。分析40%掺量粉煤灰不同大掺量时长对砂浆和混凝土立方体抗压强度的影响。工作性和力学性能测定参照GB/T50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，耐久性试验参照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能水减少，流动性变差。和耐久性能试验方法标准》。

2结果与讨论

2.1对砂浆和混凝土工作性能的影响

本试验测试了不同大掺量时长的粉煤灰以40%等质量替代水泥的大掺量粉煤灰砂浆和混凝土的初盘0min坍落度、30min坍落度、60min坍落度和坍落扩展度，分别对砂浆和混凝土的保水性和粘聚性进行观察评定。采用大掺量时长分别为0min、5min、10min、15min和20min的粉煤灰，分别采用不同大掺量时长的粉煤灰以40%掺量等质量替换水泥，制备大掺量粉煤灰砂浆和混凝土的坍落度得到明显改善，掺入不同大掺量时长的粉煤灰，大掺量粉煤灰砂浆和混凝土的坍落度均大于基准砂浆和混凝土。掺入不同大掺量时长粉煤灰的砂浆和混凝土试件，坍落度无明显的差值变化，其经时的坍落度损失均呈现合理的影响曲线，经时损失后的数值均在正常范围内。因此，不同大掺量时长的粉煤灰掺入砂浆和混凝土的坍落度没有明显变化。不同大掺量时长的粉煤灰对砂浆和混凝土的保水性、粘聚性表现良好，均未产生离析泌水现象。这是由于粉煤灰的密度相对水泥较小，胶凝材料的体积变大，需水量会有所上升。经过大掺量的粉煤灰颗粒变小，与水接触的表面积增大，能更有效填补砂浆和混凝土中的孔隙结构。所有砂浆和混凝土试件均表现出很好的粘聚性，表明大掺量粉煤灰对于减少泌水现象的发生效果更好。随粉煤灰掺量的增加，混凝土的收缩降低。粉煤灰掺量相同的条件下，钢渣掺量越大，混凝土的收缩越小。粉煤灰掺量为40%、钢渣掺量为30%的混凝土的60d收缩最小各组混凝土45d后的收缩变化均趋于平缓。

2.2对砂浆和混凝土力学性能的影响

取3个试件测得数据的平均值计算每组试件的强度值，故每组制作6个试件，共30个试块。不同大掺量时长的粉煤灰按40%掺量取代等质量水泥制备的大掺量粉煤灰砂浆和混凝土。不同大掺量时长的粉煤灰对砂浆和混凝土立方体抗压强度的影响分析，根据砂浆和混凝土立方体抗压强度的实验数据，可知大掺量后粉煤灰加入砂浆和混凝土后强度明显上升，尤其是H10大掺量10min的粉煤灰，7d强度相比未经大掺量的粉煤灰砂浆和混凝土增加15%，28d强度相比未经大掺量的粉煤灰砂浆和混凝土增加20%。但随着活化时间不断增加，颗粒之间反而出现二次团聚现象，致使比表面积下降，直接参与反应的面积减少，强度有所降低但仍比未大掺量时强度高。大掺量后的粉煤灰增加了粉煤灰的颗粒细度和反应面积，能更有效地参与水化反应，并有效填充砂浆和混凝土中的孔隙，提升砂浆和混凝土立方体抗压强度。随着期龄的增加，大掺量10min的粉煤灰砂浆和混凝土28d相对于7d的立方体抗压强度提升最为明显。粉煤灰大掺量的时长对其掺入砂浆和混凝土后的立方体试件抗压强度具有非常显著的影响，但从本次实验中得知大掺量粉煤灰砂浆和混凝土立方体抗压强度并不是随着粉煤灰大掺量的时间增长而增强。粉煤灰大掺量时间过长，导致粉煤灰出现的团聚现象会使粉煤灰产生团聚形成紧实的颗粒，从而降低粉煤灰参与水化反应的面积，使粉煤灰不能有效填充砂浆和混凝土中的孔隙。

2.32.5混凝土的抗渗性能

看出，渗水高度随粉煤灰和钢渣掺量的增加而降低。粉煤灰掺量为40%、钢渣掺量为30%的混凝土的渗水高度最小，为HC1组的9.3%，抗渗水性能大幅提高。粉煤灰的形态效应、活性效应和微集料效应提高了混凝土的抗渗能力。钢渣的掺入使混凝土更加密实，孔隙结构得到改善，减少了渗透通道；此外，钢渣颗粒较大，与重晶石细砂形成较好的级配组合，减小了毛细孔的表面张力，进而提高了混凝土的抗渗性能。相同粉煤灰掺量下，钢渣掺量越高，混凝土的抗冻能力越高。钢渣掺量为30%、粉煤灰掺量为40%的混凝土的相对动弹性模量降低最少，降低了12.26%，抗冻性能最好。掺加粉煤灰对混凝土的抗碳化性能不利，混凝土的28d碳化深度随粉煤灰掺量的增加而增加；而钢渣有利于提高混凝土的抗碳化能力。钢渣掺量相同时，混凝土的渗水高度随粉煤灰掺量的增加而降低；粉煤灰掺量相同时，混凝土的渗水高度随钢渣掺量的增加而降低。粉煤灰掺量为40%、钢渣掺量为30%的混凝土的渗水高度最小，为HC1组的9.3%，抗渗性能大幅提高。

3结论

大掺量后的粉煤灰掺入砂浆和混凝土后，坍落度得到改善，均大于基准砂浆和混凝土。不同大掺量时长的粉煤灰掺入砂浆和混凝土的坍落度没有明显变化。大掺量后的粉煤灰均能提高砂浆和混凝土的抗压强度，其中大掺量10min的粉煤灰对砂浆和混凝土的抗压强度影响最大；0~10min增加大掺量时间，砂浆和混凝土抗压强度增加；大掺量10min后的粉煤灰，继续增加大掺量时间砂浆和混凝土抗压强度将不再增加。

参考文献：

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