粉煤灰对水泥混凝土性能的影响

摘要：将10%、15%、20%、25%的粉煤灰加入到混凝土中，研究了粉煤灰掺量变化对混凝土工作性、强度、耐久性的影响。结果表明，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土塌落度逐渐增加，同时塌落度损失逐渐缩小；混凝土早期强度减弱，后期强度逐渐增加；冻融循环后强度损失率逐渐减小，说明粉煤灰可以改善混凝土的工作性及耐久性。

关键词：粉煤灰；混凝土；塌落度；抗压强度；耐久性

粉煤灰是火力发电厂燃煤后收集起来的工业废弃物，在日常堆放中不仅难以管理，而且对环境造成一定的破坏[1]，特别是对周边农作物和生态环境产生严重的污染。在中央三令五申强调环境保护的时刻，粉煤灰的管理和存放经受到了严峻的考验，有必要寻找新的方法解决此问题。目前，粉煤灰在综合利用方面取得了一定的成效，制作成免烧砖、粉煤灰砌块等建筑材料[2]。特别是近年来粉煤灰在水泥混凝土中的应用越来越广泛，利用粉煤灰的“火山灰效应”，粉煤灰可以取代部分水泥，既减少了水泥用量，产生一定的经济价值，同时又加快了工业废弃物粉煤灰再利用，获得了一定的环境效应。

将粉煤灰掺入水泥混凝土中近年来应用已经越来越广泛，特别是在大体积混凝土、泵送混凝土、高性能混凝土中应用很多[3]。利用粉煤灰的“火山灰效应”、“滚珠效应”、“颗粒形态效应”和“微骨料效应”，不仅可以降低混凝土的用水量，同时可以改善混凝土的和易性[4—6]，但对掺粉煤灰混凝土的耐久性及强度的影响研究较少。为研究粉煤灰对混凝土性能的影响，分别配制了10%、15%、20%、25%的粉煤灰掺量（替代同质量水泥）混凝土，研究了工作性、塌落度损失、强度和耐久性的影响规律。 1 原材料

水泥：秦岭牌PO32.5 普通硅酸盐水泥，陕西秦岭水泥有限责任公司生产，基本性能见表1。

表1 水泥基本性能

水：自来水，符合规范要求

减水剂：聚羧酸高效减水剂，山东莱阳市宏祥建筑外加剂厂

骨料：普通骨料，西安市长安区永强碎石场生产，技术指标如表2所示： 表2 骨料技术指标

粉煤灰：普通粉煤灰技术指标如表3所示 表3 粉煤灰技术指标

2 研究方法

分别配制10%、15%、20%、25%粉煤灰掺量（替代同质量水泥）的水泥混凝土进行实验，根据拌合混凝土的和易性、溺水性等性能，得到符合实验需要的合理水胶比，并计算出每组材料用量（如表4所示），制作

150mm×150mm×150mm的试件，进行标准化养护，按照《普通混凝土拌合物性能方法实验标准》（GB/T50080—2016）规定的试件制作及实验方法对工作性进行测定，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081—2016）进行抗压强度测试。按照《普通混凝土力长期性能和耐久性能试验方法标准》

（GB/T50082—2009）进行耐久性测试。分别测定新拌混凝土的和易性、塌落度损失，测定14d、28d、60d、90d、120d不同龄期的抗压强度，并对混凝土的耐久性进行实验。

表4 混凝土配合比设计

3 实验结果与分析

混凝土的各项性能指标主要取决于原材料的组成和养护及实验方法，在养护和实验方法一致的前提下，则取决于各种原材的组成，通过10%、15%、20%、25%的粉煤灰掺量（替代同质量水泥）进行了各项指标测定。严格按照《普通混凝土拌合物性能方法实验标准》、《普通混凝土力学性能试验方法标准》和《普通混凝土力长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的方法进行。 3.1粉煤灰对混凝土工作性的影响

对不同粉煤灰掺量的新拌混凝土进行了工作性试验，测定了塌落度和1.5h后的塌落度损失，进行综合评判粉煤灰对混凝土工作性的影响。具体实验数据如表5所示：

表5混凝土塌落度测定表

由表5可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的塌落度也不断增加。粉煤灰掺量从0%到10%变化时，塌落度从148mm增加到154mm，增加了6mm，说明混凝土中加入粉煤灰可以增加混凝土的塌落度；随着粉煤灰含量的增加，塌落度的增加量也在逐渐增大。粉煤灰含量从20%增加到25%时，塌落度由178mm增加到198mm，增加了整整20mm。同时，随着粉煤灰的加入，塌落度损失也在不断减少。粉煤灰掺量为0%时，1.5h后塌落度变为112mm，塌落度损失为36mm；当粉煤灰掺量为25%时，塌落度损失减小为10mm，说明粉煤灰可以有效抑制混凝土的塌落度损失。这在混凝土施工中有特别重要的意义，可以有效延长混凝土的工作时间，提高混凝土的泵送性，减少离析和泌水现象。 3.2粉煤灰对混凝土强度的影响

将10%、15%、20%、25%的粉煤灰掺量的混凝土制作标准试件，标准养护后，测定不同龄期的抗压强度，具体实验数据如表6所示： 表6 混凝土强度测定表

由表6可以看出随着粉煤灰掺量的增加，混凝土早期强度逐渐下降，14d时，粉煤灰掺量从0%增加到25%，抗压强度从60.2MPa减小到40.2MPa，减小了33.2%，说明随着混凝土中粉煤灰掺量的增加，早期抗压强度逐渐减小；但是在28d时，相同的粉煤灰掺量，抗压强度下降了14.0%，比14d时下降速率减小了57.8%，说明随着龄期的增加，抗压强度减小量逐渐缩小，到120d时，混凝土抗压强度不仅没有减小，反而有所增加，由79.3MPa增加到82.6MPa，增加了3.3MPa，说明了随着时间的推移，掺粉煤灰混凝土抗压强度逐渐增加。 3.3粉煤灰对混凝土耐久性的影响

用冻融循环来测定混凝土的耐久性，首先将混凝土试块标准养护28d，然后进行冻融循环实验，将混凝土试块在5%的硫酸钠溶液中浸泡3h，再放置于-25℃的冰柜中冷冻24h，保证硫酸钠溶液的充分结晶，取出试件常温放置24h，此为一个循环，共测定了50个循环，然后进行强度实验，与普通混凝土进行强度比较，计算强度损失率，具体实验数据如表7所示： 表7 冻融循环混凝土强度测定表

由表7可以观察出，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的耐久性也不断增

加。粉煤灰掺量为0%时，强度损失率为18.0%，粉煤灰掺量为10%时，强度损失率降低到13.5%，下降了4.5%，随着粉煤灰掺量的增加，强度损失率逐渐缩小，掺量为25%时，强度损失率降低到7.9%，说明随着粉煤灰掺量的增加，可以提高混凝土的耐久性。 4 结论

通过以上实验数据可以得出以下结论：（1）随着粉煤灰掺量的增加，混凝土塌落度逐渐增加，同时塌落度损失逐渐缩小；说明粉煤灰可以有效改善混凝土的工作性；（2）随着粉煤灰掺量的增加，早期混凝土的强度减小，但是随着时间的推移，混凝土强度逐渐增加，到90d时，两者强度基本持平，120d时，掺粉煤灰混凝土强度超过普通混凝土，且粉煤灰掺量越大，强度增加越大；（3）随着粉煤灰掺量的增加，冻融循环后强度损失率逐渐减小，说明粉煤灰可以改善混凝土的耐久性。 参考文献：

[1]鲁丽华，潘桂生，陈四利等．不同掺量粉煤灰混凝土强度实验[J]．沈阳工业大学学报，2009，31（1）：107—111．

[2] 胡普华，潘桂生，张高展．高掺量粉煤灰轻质节能免烧砖的研制[J]．硅酸盐通报，2012，31（4）：984—987．

[3] 戴丽娜．粉煤灰掺量对混凝土抗压强度与凝结时间的影响[J]．交通世界，2017（35）：143—144．

[4] 赵蕴林，吴磊，杨霞．粉煤灰对混凝土早期强度影响初探[J]．四川理工学院学报，2008，21（2）：118—119．

[5] 姜涵，肖保怀．大掺量粉煤灰水泥混凝土性能研究[J]．重庆建筑，2002（2）：46—48．

[6] 袁承斌，高文达．粉煤灰掺量对混凝土性能的影响[J]．扬州大学学报（自然科学版），2010，13（1）：62—65． 作者简介：

沈龙运（1981年生），男，河南新乡人，工程师，主要从事铁路工程建设管理工作。