摻用粉煤灰和硅粉對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

趙 晉

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

0 引言

粉煤灰是我國(guó)燃煤電廠排放量最大的灰色粉狀工業(yè)廢棄物之一，有關(guān)資料顯示，到2020年我國(guó)粉煤灰的年總排放量將會(huì)達(dá)到30多億t，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。利用粉煤灰作為摻和料以取代水泥配制混凝土，可以節(jié)約大量的水泥和細(xì)骨料，不僅使粉煤灰變廢為寶，減少污染，顯著地改善了混凝土的和易性，在滿足要求基礎(chǔ)上可降低水化熱，減少混凝土徐變，達(dá)到改善混凝土性能、降低成本和工程造價(jià)的目的。

硅粉是冶煉金屬時(shí)高純度的石英與焦碳發(fā)生還原反應(yīng)生成的一種副產(chǎn)品，其顆粒尺寸比水泥顆粒尺寸小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，用硅粉代替部分水泥，可以降低水泥漿中水泥顆粒間的空隙，大大改善了水泥石的孔狀結(jié)構(gòu)，提高了密實(shí)度，同時(shí)提高了強(qiáng)度和抗沖磨性能。

本試驗(yàn)圍繞摻加不同摻量的粉煤灰和硅粉后對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗沖磨強(qiáng)度的影響展開(kāi)。

1 原材料檢驗(yàn)

1.1 水泥

依據(jù)《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007對(duì)試驗(yàn)用水泥指標(biāo)進(jìn)行了結(jié)果判定，該P(yáng)O42.5水泥物理力學(xué)性能及化學(xué)成分分析符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，滿足試驗(yàn)要求，具體檢測(cè)結(jié)果這里不再詳述。

1.2 骨料

試驗(yàn)用細(xì)骨料、粗骨料（二級(jí)配）的物理性能指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001的要求，具體檢測(cè)結(jié)果略。

1.3 粉煤灰

粉煤灰物理性能及化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1、表2，粉煤灰物理性能及化學(xué)成分中的SO3含量（Ⅰ級(jí)≤3.0）符合國(guó)家Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1 粉煤灰物理性能指標(biāo)

表2 粉煤灰化學(xué)成分表

1.4 硅粉

硅粉的物理性能及化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 硅粉物理性能指標(biāo)

表4 硅粉化學(xué)成分表

2 摻粉煤灰的試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在相同原材料，相同水膠比情況下，成型混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d后檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度值，結(jié)果表明混凝土28 d抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而降低，具體見(jiàn)表5及圖1。

表5 摻粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度表

圖1 粉煤灰摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

2.2 粉煤灰對(duì)混凝土抗沖磨強(qiáng)度的影響

在相同原材料，相同水膠比情況下，按照混凝土抗沖磨試驗(yàn)圓環(huán)法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明混凝土28 d抗沖磨強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而降低，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6及圖2。

表6 摻粉煤灰混凝土抗沖磨強(qiáng)度表

圖2 粉煤灰摻量與抗沖磨強(qiáng)度關(guān)系曲線

3 摻硅粉的試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 硅粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

此系列配合比摻加河北省混凝土外劑廠生產(chǎn)的DH9引氣劑，在相同水膠比，相同骨料情況下，隨硅粉摻量的增大混凝土抗壓強(qiáng)度增大，當(dāng)硅粉摻量由0%增加到4%時(shí)混凝土28 d強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大，摻量由4%增加到8%時(shí)混凝土28 d強(qiáng)度增長(zhǎng)約0.05%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7及圖3。

3.2 硅粉對(duì)混凝土抗沖磨強(qiáng)度的影響

在相同水膠比，相同骨料情況下，硅粉摻量由0%增加到4%時(shí)混凝土28 d抗沖磨強(qiáng)度增長(zhǎng)了3.2%，當(dāng)硅粉摻量由4%增加到8%時(shí)混凝土28 d抗沖磨強(qiáng)度變化不大。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8及圖4。

表7 硅粉摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度

圖3 硅粉摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

圖4 硅粉摻量與抗沖磨強(qiáng)度關(guān)系曲線

表8 摻硅粉混凝土抗沖磨強(qiáng)度表

4 結(jié)論

粉煤灰是混凝土膠凝材料繼水泥之后第二膠凝材料，根據(jù)《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》DL/T5055-2007規(guī)定，抗沖磨混凝土采用普通硅酸鹽水泥時(shí)，其F類(lèi)粉煤灰最大摻量為20%，摻入15%～20%時(shí)粉煤灰對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗沖磨強(qiáng)度影響較小，同時(shí)能明顯降低混凝土的干縮變形，所以在實(shí)際應(yīng)用中建議選擇優(yōu)質(zhì)的Ⅰ級(jí)粉煤灰（最低不能低于Ⅱ級(jí)），摻量15%。

摻入硅粉有利于提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗沖磨強(qiáng)度，當(dāng)摻量為4%和8%時(shí)，混凝土的抗沖磨強(qiáng)度變化不大，但是硅粉混凝土由于早期強(qiáng)度發(fā)展快，中后期強(qiáng)度增長(zhǎng)微小，水化熱集中釋放，干縮和自干燥收縮大，極易產(chǎn)生裂縫，因此摻量選小值，在我省范圍內(nèi)建議摻量為4%，并應(yīng)加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。