水利工程粉煤灰混凝土性能试验研究

(南丰县水利局，江西 南丰 344500)

1 概 述

近年来，粉煤灰的利用逐渐成为水利施工中的常见现象。粉煤灰大量掺入混凝土中对混凝土的各性能指标有何影响，并且与其所占比例是否有关系，是何种关系，均处于未知状态。研究粉煤灰混凝土的相关化学及物理特性，对于今后的水利工程建设乃至其他用到粉煤灰混凝土的土木工程建设都具有理论指导意义。

国内对粉煤灰混凝土的相关性能展开研究相对较晚，取得研究成果也比较少。赵庆新等人[1,3]依次就粉煤灰掺量、水胶比两个因素对高性能混凝土的徐变性能展开研究，设计试验方案，依据试验结果得到粉煤灰掺量、水胶比与其徐变性能的关系。陈波等人[2]针对大掺量粉煤灰混凝土的干燥收缩性能进行研究，分析其影响因素，提出相应的防范措施。韩冰等人[4]在持续载荷条件下研究粉煤灰混凝土冻融影响机理，设计了多种试验样本，依据室内试验结果结合实地工程结果得到两者之间的关系。周万良等人[5]主要针对掺入粉煤灰对水泥混凝土抗碳化性能的影响展开研究，最后得到粉煤灰、矿粉的掺入可以提升其抗碳化作用。胡晓鹏等人[6]研究粉煤灰混凝土早期黏结性能，设计多组试验样本进行试验，最后得到粉煤灰的掺入可提升混凝土的早期黏结性能。李辉等人[7]从粉煤灰的粒径大小着手，探究对砂浆及混凝土性能影响，设计试验样本，通过对比分析的方法，得到其影响作用。姚文杰等人[8]就粉煤灰混凝土的力学性能进行研究，主要研究其抗弯强度、抗压强度、抗剪应力等，借助试验数据做出相应的对比图。上述文献都就其一方面展开研究，并且试验样本对比性不大，说服力不强。

本文在前人研究的基础上对粉煤灰混凝土的相关性能展开研究。为保证试验的可重复性，首先对试验材料进行介绍，并对其化学成分及物理性能进行测定。在保证混凝土其他成分构成不变的情况下，改变粉煤灰所占比例，共设计7种具有可比性的试验样本进行试验。对试验结果进行对比分析，探究粉煤灰比例与混凝土后期强度关系、养护时间与粉煤灰混凝土收缩性能的关系，并通过图形可视化展示，直观得到各影响因素与粉煤灰混凝土性能变化关系。

2 试验样本及方案设计

为保证试验的可重复性，现对试验材料及相关数据参数进行简要介绍：粉煤灰选用电厂静电干排一级粉煤灰；水泥选用南方水泥厂生产的硅酸盐水泥；搅拌及养护用水选用当地自来水；水泥砂浆用砂选用两种，主要包含粗骨料和细骨料：粗骨料颗粒直径0.50～2cm，其级配应保持连续，其表观密度与堆积密度依次为2380kg/m3、4750kg/m3，压碎率为8%，含泥率为0.25%。细骨料表观密度与堆积密度依次为2600kg/m3、1500kg/m3，含泥率为1.50%，湿度为0.5%。减水剂减水率经实际测定为25%。激发剂硫酸盐符合型激发剂，经过仪器测定Na2SO4与工业石膏(CaO和Ca(OH)2) 的质量比大约为5∶1。

在进行试验样本设制前，对粉煤灰(F)的成分构成须检测清楚，具体情况见表1。

表1 F的化学成分构成

同理对试验水泥的化学组成及矿物组成通过仪器检测，得到各个成分的百分比，同时对其物理基本性能情况作大致了解，便于后期试验样本设制，具体概况见表2～表3。

表2 试验水泥构成概况

表3 试验水泥物理性能

设计其试验样本时固定其胶凝材料总量，始终保持在500kg/m3，固定其他组成部分含量不变，仅改变粉煤灰所占比例，构成7种试验样本，具体见表4。

表4 试验样本设计

3 试验数据分析

3.1 粉煤灰比例与混凝土后期强度关系

经过对试验样本的标准养护后，依次对于养护时间节点为30d、90d、180d、360d的粉煤灰混凝土抗压强度进行测定并记录整理，绘制出粉煤灰比例与粉煤灰混凝土后期强度关系变化图(见图1)。将龄期30d时粉煤灰混凝土的抗压强度作为基准数值，根据后续龄期的抗压强度与基准值的比值求出增长率(见图2)。

图1 粉煤灰比例与后期强度变化关系

图2 粉煤灰比例与后期强度增长率关系

分析图1不难看出，各个龄期的粉煤灰混土抗压强度均随着粉煤灰的含量增加先增长后降低，其变化趋势基本一致。其中在龄期为30d时，粉煤灰所占比例为0.2～0.6的区间内混凝土抗压强度均小于基准混凝土抗压强度(样本S0，下同)；对于龄期90d、180d、360d，粉煤灰所占比例为0.4时混凝土抗压强度与基准混凝土抗压强度持平，粉煤灰比例为0.5、0.6时混凝土抗压强度均低于基准混凝土抗压强度。综上所述，可以得到适量的粉煤灰掺入混凝土中可以提升其抗压强度，对于高性能粉煤灰混凝土的抗压强度达不到理想程度。

相关研究表明[5-9]，为提升混凝土的早期抗压强度，可以通过外掺激发剂、矿物料的方式实现。选用试验样本S0、S5、S6，并对试验样本S5、S6加入激发剂形成试验样本S5*、S6*，测定各试验样本抗压强度(见图3)。

图3 激发剂对粉煤灰混凝土后期抗压强度的影响

分析图3不难看出，在粉煤灰比例为0.5、0.6时混凝土后期(30d以后)抗压强度虽有增长，但增长缓慢且与基准混凝土抗压强度相差较多；当加入激发剂后，有效提升了混凝土后期抗压强度的增长速度，且其抗压强度与基准混凝土后期抗压强度相差不多。图3表明激发剂可以有效提升粉煤灰混凝土后期抗压强度的增长率。

综合分析图1～图3不难看出，适量掺入粉煤灰可以提升混凝土后期的抗压强度，间接增加了混凝土的耐久性，在加入激发剂后，这种增强作用更加显著。

3.2 养护时间与粉煤灰混凝土收缩性关系

为探究养护时间对粉煤灰混凝土收缩性能的影响，试验对各个试验样本均养护360d，对其各个样本的0d、10d、20d、30d、60d、90d、120d、180d、360d的各个养护时间节点的收缩值进行测量记录(见图4)。

图4 粉煤灰混凝土收缩值随养护龄期变化情况

分析图4可以看出，各试验样本混凝土的收缩值随着养护时间的变化其变化趋势大致一样，随养护时间延长其收缩值增大。其收缩值变化最快的时段集中在前30d，之后混凝土收缩值增长速度减缓。对照各粉煤灰比例的混凝土各个养护节点的收缩值，不难看出随着粉煤灰比例的增加粉煤灰混凝土收缩值依次递减。这表明粉煤灰混凝土收缩值与养护时间成正相关关系，同时粉煤灰可以有效降低混凝土的收缩量。

4 结 语

本文对粉煤灰混凝土的相关性能进行研究。介绍了试验材料及相关化学成分、物理性能等，在保证混凝土其他成分构成不变的情况下，改变粉煤灰所占比例，共设计7种具有可比性的试验样本进行试验。对试验结果进行对比分析，探究粉煤灰比例与混凝土后期强度关系、养护时间与粉煤灰混凝土收缩性能的关系，通过对比分析、图形可视化展示，得到两个结论：适量掺入粉煤灰可以提升混凝土后期的抗压强度，在加入激发剂后，其增强作用更加显著；粉煤灰混凝土收缩值与养护时间成正相关关系，粉煤灰可以有效降低混凝土的收缩量。