粉煤灰/硅灰对低标号混凝土性能的影响

冯辉红，潘海泽，谭超群，陈静思，王 果

(1.西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都 610500;2.兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州 730000)

粉煤灰和硅灰曾一度被认为是工业废料，不仅污染环境、危害健康，还堆积占地造成二次污染，但随着研究的深入，粉煤灰和硅灰已被利用到建筑原材料中，起到了取代水泥和节约水泥的作用，现今更是发展到利用其改善新拌混凝土和硬化混凝土的多种性能。

本文研究不同掺量的粉煤灰和硅灰对普通低标号混凝土的工作性、强度和干缩性的影响及其规律性，为今后配制低标号特殊混凝土提供参考［1-2］。

1 实验部分

1.1 材料

PO42.5级普通硅酸盐水泥;甘肃省某电厂生产的Ⅱ级粉煤灰;嘉峪关巨大冶炼有限公司副产品硅灰;标准砂，石料为5～15 mm连续级配的花岗岩碎石;普通自来水［3］。

1.2 实验方法

混凝土的设计强度为C20，配合比设计依据为《普通混凝土配合比设计技术规程》JGJ 55—2011。水胶比 0.5，胶凝材料总量 500 kg，砂112.2%，石227.8%，分别对水泥进行15%粉煤灰以及5%，10%硅灰等量取代［4］，共5组配合比，见表1。

表1 混凝土配合比一览表Table1 List of concrete mix proportion

混凝土采用人工拌合，振动台振动成型，24 h后脱模，在标准条件下养护至一定龄期后进行测试。抗压强度试件70 mm×70 mm×70 mm;干缩试件40 mm×40 mm×160 mm。每组配合比按有关规范或标准进行坍落度、泌水率、抗压强度、干缩性测试。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰和硅灰对混凝土拌合物工作性能的影响

不同配比下混凝土的坍落度和泌水率见表2。

表2 不同配比下混凝土坍落度和泌水率Table2 Concrete slump and bleeding rate of different proportions

由表2可知，基准混凝土的坍落度最大，随着粉煤灰加入，坍落度减少，加入硅灰后，坍落度持续减少，双掺硅灰与粉煤灰时坍落度最小;基准混凝土和粉煤灰混凝土，在坍落度试验中，提起坍落筒后都有少量水分从底部析出，在泌水试验中，都有一定的泌水量，而掺有硅灰的混凝土其泌水率为0。原因是:一方面，硅灰的比表面积大，其湿润需要大量水分，硅灰颗粒能够约束住新拌混凝土的大量自由水，使得混凝土内部很难有多余的水分溢出;另一方面，硅灰粒径微小，堵塞了新拌混凝土的毛细孔。所以，在混凝土中掺入硅灰，提高了混凝土的粘聚性和保水性，但流动度大大降低，且流动度降低值随着硅灰用量的增加而增大［5］。

2.2 粉煤灰和硅灰对混凝土力学性能的影响

不同配比下混凝土试样不同龄期时的抗压强度见表3。

表3 不同掺量混凝土抗压强度Table3 Different concrete with compressive strength

由表3可知，3 d抗压强度中，单掺和双掺混凝土都小于基准混凝土;7 d抗压强度中，只有双掺混凝土的值超过基准混凝土;3 d与7 d抗压强度相比，单掺粉煤灰时，强度增长较慢，单掺硅灰时变化趋势与基准混凝土一致，双掺时变化最明显。

粉煤灰混凝土的早期强度低，是因为粉煤灰的火山灰活性较低，二次水化反应滞后，造成混凝土凝结较慢。据资料显示:混凝土水胶比取0.5时，粉煤灰的水化反应程度在60 d龄期时也不会大于25%;单掺硅灰混凝土，由于硅灰的细小粒径和微集料效应，使水泥石均匀性和密实性得到提高，同时硅灰的火山灰效应进一步增强了混凝土的密实度，提高了混凝土的强度;双掺混凝土中，粉煤灰能够降低用水量，减少水泥石中因用水量过大所造成的微裂缝，但短期内强度发展很慢，而硅灰需水量大，但其微集料作用和火山灰效应保证了短期内混凝土的强度［6］。

2.3 粉煤灰和硅灰对混凝土干缩性能的影响

不同龄期试件干缩长度和质量见表4。

表4 不同掺量混凝土干缩长度和质量Table4 Different concrete shrinkage length and weight

由表4可知，3 d和7 d干缩变化值中，单掺和双掺混凝土变化不大，其中双掺混凝土的干缩变化最小;28 d干缩变化值中，单掺粉煤灰的变化最小，掺入硅灰的变化明显。3，7，28 d的质量改变值中，有硅灰掺入的混凝土质量减轻的最快，基准混凝土质量减少的最慢。

主要原因是混凝土中掺入硅灰后，随着混凝土早期水化反应加快，混凝土的质量改变加快，干缩程度也较基准混凝土和单掺粉煤灰混凝土的大［7-8］。

3 结论

(1)在混凝土中单掺硅灰时，使得混凝土的流动性降低，对工作性造成不利的影响，同时也会使得混凝土发生早期收缩裂缝的机会较普通混凝土大大增多，但因硅灰混凝土的孔隙细小、结构致密、水分迁移困难、体积变化趋势相对平缓等特点，后期其收缩量将与普通混凝土相近或减小。

(2)在混凝土中掺入粉煤灰和硅灰来等量取代部分水泥可以改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土的和易性。尤其是硅灰能很好的增加混凝土黏聚性，大大减少泌水量和骨料的离析。

(3)粉煤灰与硅灰的活性不同使其对混凝土抗压强度的表现上存在差异:粉煤灰混凝土早期抗压强度较低，但随着其二次水化反应的逐渐进行，后期强度将持续增长;硅灰混凝土早期抗压强度较高，但随着二次水化反应的结束，后期强度将趋于平缓;双掺混凝土结合粉煤灰与硅灰的特性，早期即具有了较好的强度。

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