水膠比和粉煤灰摻入量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

陳征征

(宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

混凝土在工業(yè)生產(chǎn)中異常重要，可謂是工業(yè)革命的必需品，但其中所需的水泥卻為環(huán)境的殺手锏；粉煤灰是對(duì)環(huán)境存在一定污染的工業(yè)三大廢料之一。但若將粉煤灰加入到混凝土中替代一部分水泥，不僅可以減少水泥的產(chǎn)量，也可以消化掉一部分粉煤灰，對(duì)環(huán)境的保護(hù)而言可謂是一舉兩得；初期關(guān)于研究粉煤灰混凝土的學(xué)者，只是將粉煤灰視作為石灰的部分代替物，隨著研究的深化，可以將粉煤灰視作粘結(jié)劑作為原料加入到混凝土制品中，從而可以大大的提升粉煤灰的利用效率且減少了水泥的用量，進(jìn)而可以大大減少成本、減小粉煤灰和水泥對(duì)環(huán)境的污染，不僅如此，在混凝土加入粉煤灰對(duì)于混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐磨性、塌落度、抗侵蝕性能都有所提升〔1-6〕。

覃維祖〔7〕等研究認(rèn)為粉煤灰與水泥的特性不同，要將粉煤灰視為混凝土的原料，對(duì)粉煤灰充分研究，才能發(fā)揮出粉煤灰在混凝土中的最大作用；王松鶴〔8〕等在混凝土中加入大量粉煤灰發(fā)現(xiàn)混凝土的強(qiáng)度有一定提升；蔣林華〔9〕等發(fā)現(xiàn)若在混凝土中加入大量粉煤灰，混凝土的一強(qiáng)度會(huì)在后期逐漸提升，28 d的齡期并不能完美的表達(dá)出高摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度；汪瀟〔10〕等發(fā)現(xiàn)粉煤灰參量為50%～60%時(shí)，普通混凝土強(qiáng)度與粉煤灰混凝土相差不大。為了保證經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益最大化，所以研究在最大劑量(70%～90%)摻入粉煤灰后，對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)28 d以上的強(qiáng)度影響勢(shì)在必行。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 所采用的材料及其性能

所采用的粉煤灰來(lái)自安徽宿州匯源發(fā)電廠，I級(jí)粉煤灰，物理性能如表1所示，化學(xué)性能如表2所示。

表1 粉煤灰的物理性能

表2 粉煤灰的化學(xué)性能

水泥使用P·O42.5級(jí)，性能標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 水泥的性能

實(shí)驗(yàn)所采用的沙子性能如表4所示。

表4 沙子性能

粗骨料規(guī)格為5-30 mm連續(xù)級(jí)配的石子，性能如表5所示。

表5 粗骨料性能

減水劑為聚羧酸系高效減水劑。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)放在粉煤灰摻入量高達(dá)70%-90%時(shí)混凝土的強(qiáng)度情況，配合比設(shè)計(jì)如表6，編號(hào)前兩個(gè)數(shù)字為粉煤灰含量，后兩個(gè)數(shù)字為水膠比。

表6 配合比(Kg/m3)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 試件制備

圖1 試件制備與養(yǎng)護(hù)流程圖

1.3.2 抗壓實(shí)驗(yàn)

圖2 抗壓性能試驗(yàn)流程圖

1.3.3 坍落度

表7 混凝土水膠比與坍落度的關(guān)系

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)水膠比和粉煤灰摻入量與抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率的關(guān)系

表8 混凝土不同配合比與抗壓強(qiáng)度與增長(zhǎng)率的關(guān)系

由圖3可知粉煤灰在0.7-0.9范圍內(nèi)，粉煤灰慘入量越少，抗壓強(qiáng)度后期發(fā)展的增長(zhǎng)率越小；水膠比在0.35時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度都達(dá)到了增長(zhǎng)率最低值；高慘量粉煤灰混凝土在28 d后壓強(qiáng)依然在提升，最根本的原因是水泥的水化產(chǎn)物和SiO2都覆蓋了在粉煤灰上面，使粉煤灰無(wú)法與外界等物質(zhì)進(jìn)行接觸，從而無(wú)法進(jìn)行水化反應(yīng)，要想進(jìn)行水化反應(yīng)就必須打破阻隔物，但這是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程。所以粉煤灰在初始階段的反應(yīng)不快，當(dāng)跨過(guò)初始階段，反應(yīng)速率增加，膠凝物質(zhì)增多，混凝土的強(qiáng)度也會(huì)增加。并且粉煤灰的水化反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)填充混凝土中的空隙，使其更密實(shí)，強(qiáng)度相應(yīng)的也會(huì)增加；普通混凝土強(qiáng)度較低的原因之一是其中含有薄弱層—Ca(OH)2，而火山灰效應(yīng)恰恰會(huì)消耗很多Ca(OH)2，以上三個(gè)原因是在混凝土中加入大量粉煤灰后，后期抗壓強(qiáng)度增加的因素，所以實(shí)際應(yīng)用中將56 d強(qiáng)度值作為設(shè)計(jì)值。

圖3 水膠比和粉煤灰摻入量與抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率的關(guān)系圖

(2)水膠比和粉煤灰摻入量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，抗壓強(qiáng)度的比較選取養(yǎng)護(hù)56 d的最合適，下圖抗壓強(qiáng)度值均為相應(yīng)混凝土養(yǎng)護(hù)56 d下的強(qiáng)度值。

由圖4可知，當(dāng)水膠比=0.25的情況下，無(wú)論粉煤灰慘入量為多少，混凝土的抗壓強(qiáng)度都是最高峰值；在水膠比=0.45的情況下，抗壓強(qiáng)度都達(dá)到了最小值； 是因?yàn)樵诨炷林屑尤氪罅糠勖夯視r(shí)，密實(shí)度決定著混凝土的強(qiáng)度，而密實(shí)度又由水膠比控制著，也就出現(xiàn)了抗壓強(qiáng)度與水膠比成反比的狀態(tài)。但在應(yīng)用中不能只為了追求低水膠比，因?yàn)榉勖夯液退嗖⒉煌?，粉煤灰的顆粒半徑很小，單位方量相比水泥而言需水量更大，當(dāng)摻入很多粉煤灰時(shí)，為了保證混凝土的塌落度，混凝土的需水量必須增加，所以水膠比必須增加，為了降低水膠比，所以在實(shí)驗(yàn)中需要加入高效減水劑，而過(guò)多的減水劑會(huì)降低抗壓強(qiáng)度，所以在實(shí)驗(yàn)中加入了5%的高效減水劑。

圖4 水膠比和粉煤灰摻入量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖

由圖4可知，當(dāng)粉煤灰摻入量在0.7-0.9時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻入量的增加而減小，這是因?yàn)榛炷翉?qiáng)度取決于水泥化學(xué)反應(yīng)之后產(chǎn)生的物質(zhì)多少，當(dāng)粉煤灰摻量增加，相應(yīng)的水泥用量減少，直接導(dǎo)致了膠凝物質(zhì)的減少。

3 結(jié)論

(1)摻入大量粉煤灰時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度后期增長(zhǎng)率很高，56 d抗壓強(qiáng)度比28 d的抗壓強(qiáng)度高出一倍，所以當(dāng)往混凝土中加入大量粉煤灰時(shí)，更應(yīng)關(guān)注其后期的抗壓強(qiáng)度值，實(shí)踐中應(yīng)選取養(yǎng)護(hù)56 d情況下的抗壓強(qiáng)度值作為設(shè)計(jì)值；

(2)當(dāng)摻入粉煤灰占比越多，混凝土抗壓強(qiáng)度后期增長(zhǎng)率更大；

(3)水膠比在0.35時(shí)，雖然抗壓強(qiáng)度后期增長(zhǎng)率更大，但相比水膠比在0.25和0.45時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率最低；

(4)當(dāng)往混凝土中加入大量粉煤灰時(shí)，抗壓強(qiáng)度與水膠比成反比關(guān)系，但在實(shí)際應(yīng)用中，不能只為了高強(qiáng)度，而選取底水膠比，舍棄混凝土的和易性；

(5)當(dāng)往混凝土中加入大量粉煤灰時(shí)，抗壓強(qiáng)度與粉煤灰的摻入量成反比關(guān)系。