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广东建材２００７年第５期 水泥与混凝土 不同等级粉煤灰掺合料 对混凝土 能的影响 梁汝恒 （广东省第一建筑工程有限公司） 摘 要：粉煤灰是电厂排放的废弃物，优质粉煤灰目前已经大量应用于商品混凝土中，但品质低劣 的粉煤灰还未得到很好的处理和应用。提高不同质量粉煤灰的利用水平，是发展绿色高性能混凝土的 重要途径。本文通过对各种品质的粉煤灰作掺合料应用于混凝土中的水化硬化性能进行了考察，试验 表明优质粉煤灰可以提高混凝土的工作、力学和收缩性能，统灰的加入也可以适当的改善混凝土的水 化硬化性能，稍加处理也可以作为混凝土掺合料使用，粗灰的加入会劣化混凝土的性能，处理后的粗 灰也对混凝土的各方面性能不利，应该寻求其它处理方式。 关键词：粉煤灰；工作性能；强度；收缩 １引言 粉煤灰作为混合材的应用的历史较为悠久。大掺量 粉煤灰高性能混凝土的社会经济意义随着工业化的发 泥和粉煤灰的化学分析参照ＧＢ／Ｔｌ７６一ｌ９９７《水泥化学 分析方法》。混凝土拌合、养护和强度实验参照 ＧＢＪ８０—８５《普通混凝土拌合物性能试验方法》和 展，能源危机、环境污染、矿物资源枯竭等问题越来越突 出。以电力工业为例，我国发电以火电为主，目前，电厂 粉煤灰年排放量达９０００多万吨，占地３０多万亩，而且 排放量增长率剧增，已成为社会一大公害。另一方面，建 筑工业每生产１吨水泥熟料，排放１吨Ｃ０ 气体，耗煤 ０．２吨。按可持续发展战略，硅酸盐水泥和常规混凝土 ＧＢＪ８１—８５《普通混凝土力学性能试验方法》。 配比选用三种掺量，坍落度控制为２００４－２０ｒａｍ，固 表１水泥和粉煤灰的主要化学组成 原 料 ＳｉＯ２ Ａ１２０３ Ｆｅ２０３ ＣａＯ ＭｇＯ Ｓ０３ Ｋ２０ Ｎａ２０ ＴｉＯ２ Ｌｏｓｓ ＹＸ ２１．２ ５．４ ５．０３ ６４．８４ １．４５ １．０２ １．０６ ＧＩ ４８．５２ ３５．６３ ３．２２ ４．５６ ０．８２ １．６５ ０．７８ ０．２６ １．２１ ３．３５ ＧＩＩ ４９．０３ ３２．９９ ４．３３ ３．１９ ０．９１ １．６１ ０．９２ ０．４５ １．６６ ４．９１ ＺＩＩ ４８．９３ ３５．９９ ３．９５ ２．７２ １．０７ １．８２ ０．８９ ０．４４ １．５５ ２．６４ ＧＴ ４７．３４ ３１．３７ ４．２２ ２．０１ １．９７ １．３５ ０．８７ ０．３２ １．４２ ９．１３ ＺＴ ４６．３３ ３２．１１ ４．５ ２．５４ ０．８５ １．６８ ０．９４ ０．５２ １．７５ ８．７８ ＧＣ ４３．２２ ２８．１６ ６．５４ １．９８ ２．０８ １．９８ １．２ １．１１ １．０３ １２．７ 的生产必将受到越来越严格的［１］。 国内大量的学者都对粉煤灰进行了研究 ］，劣质 粉煤灰的研究是目前粉煤灰研究的热点问题，本文通过 将不同等级的粉煤灰作为掺合料加入到混凝土中，较为 系统地考察了各种粉煤灰的掺量和其他的各种性能指 标和混凝土的用水量、强度和收缩性能之间的规律。为 不同品质的粉煤灰正确应用于混凝土提供参考。 表２水泥的物理力学性能 品种ｌ标准稠度Ｉ凝结时间／ｍｉｎ１抗折强度／ＭＰａ 抗压强度／ＭＰａ ＰＩＩ ｌ用水量／％ 初凝 终凝ｌ ３ｄ ４２．５Ｒ ｌ ２６．５ ２００ ３２０ ｌ ５．２ ２８ｄ ７．６ ３ｄ ２８ｄ ２５．６ ５６．５ ２实验原材料和方法 ２．１实验原材料 水泥采用广州珠江水泥厂生产的ＰＩＩ４２．５Ｒ（ＹＸ）； 粉煤灰采用广州电厂Ｉ级灰（ＧＩ）、广州电厂ＩＩ级灰 （ＧＩＩ）、广州电厂统灰（ＧＴ）、广州电厂粗灰（ＧＣ）、珠江电 编号 粉煤灰 袁３粉煤灰的物理性能 密度 ／ｇ／ｍｌ 比表面积 烧失量 ／ｍ。／ｋｇ 容重 ／ｋｇ／１ ＧＩ 广电Ｉ级灰 ２．３４６ ＧＩＩ 广电ＩＩ级灰 ２．０８９ ＺＩＩ 珠电ＩＩ级灰 ２．２９２ ＧＴ 广电统灰 ＺＴ 珠电统灰 ＧＣ 广电粗灰 ２．０００ ２．１１８ １．９０４ ４１５ ４１２ ３９８ ３５４ ３４３ １０９ ２．６１ ８．４３ ２．６６ ３．１４ ２．４９ ３．７８ １．３１１ １．０２５ １．２４５ ０．８２７ １．２６２ ０．９６８ 厂ＩＩ级灰（ＧＩＩ）、珠江电厂统灰（ｚＴ）。水泥和粉煤灰的 化学成分见表ｌ。 ２．２买验方法 粉煤灰的进一步粉磨是通过实验室球磨机粉磨。比 强度等级 胶凝材料 ／ｋｇ／ｍ。 表面积测定参照ＧＢ／８０４１《水泥比表面积测定方法》；水 Ｃ３０ ３２０ 表４含矿渣基掺合料的混凝土配合比 砂 ／ｋｇ／ｍ。 ７９５ 石 ／ｋｇ／ｍ。 １０７５ 外加剂 ／ｋｇ／ｍ。 ４．２ 水 ／ｋｇ／ｍ。 １５０＋Ｘ 一２７— 维普资讯 http://www.cqvip.com
水泥与混凝土 定减水剂用量调节水灰比，砂率为４０％。配好符合要求 广东建材２００７年第５期 ５０ 的混凝土后，用４．７５ｒａｍ筛筛掉石子留砂浆装模。粉煤灰 掺量为２０％，３０％，４０％。自收缩试验采用千分表法。筛出 的砂浆置于砂浆收缩试模内，两端留有金属测头，经捣 套 嚣 ４０ 墨 ３０ 黑 蚓 ２０ 实，密封覆盖后放在２０℃环境中静停２４小时，拆模测 初始长度，然后置于标准干缩室中。不同龄期试件收缩 值采用立式收缩仪配相应千分表进行测试。 。 ｏ ｌ０ ０ ＹＸ Ｇｒ Ｇｒｒ Ｚｒｒ ＺＴ ＧＴ Ｇｃ ＹＸ Ｇｒ Ｇｒｒ Ｚｒｒ ＺＴ ＧＴ Ｇｃ ３粉煤灰掺合料对新拌混凝土用水量的 图２掺２０％粉煤灰 混凝土强度 图３掺３０％粉煤灰 混凝土强度 影响 图１是各种粉煤灰掺量分别为２０％、３０％及４０％时 对混凝土需水量比的影响。由图可见，Ｇ Ｉ、ＧＩＩ、ＺＩＩ和 ＺＴ掺入后的需水量要比纯水泥的需水量小。而且随着 粉煤灰掺量的增大Ｉ级灰的水灰比明显降低。ＩＩ级灰的 掺入也能增加新拌混凝土的流动性能，其中，ＩＩ级灰中 Ｚ ＩＩ的需水量小于ＧＩＩ。 １２Ｏ ｌ００ ８０ 。。 ４０ ２０ ０ 图１不同掺量的各种粉煤灰 对混凝土需水量比的影响 掺有品质较差的ＧＴ和ＧＣ的混凝土需水量均超过 了纯水泥混凝土，且随着粉煤灰掺量的增加，需水量呈 增大趋势，ＧＣ的需水量明显增大。 Ｇ Ｉ、ＧＩＩ、ＺＩＩ和ｚＴ的比表面积大，烧失量小，粉煤 灰的形态效应，微集料和滚珠轴承作用发挥的比较充 分。粉煤灰粒子均匀分散在混凝土中，不会大量吸水，不 但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级 配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密 度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝 土微结构更加均匀密实。ＧＴ和Ｇｃ，由于颗粒较粗，粉煤 灰的微集料效应发挥不明显，而且含碳量较大，吸附大 量的水，导致需水量较大。 ４粉煤灰掺合料对混凝土强度的影响 图２至图４是掺有２０％、３０％及４０％各种粉煤灰的混 凝土强度。当掺量为２０％时粉煤灰的混凝土，３天强度时 掺有各种粉煤灰的混凝土的强度均有下降，掺有ＧＴ、Ｇｃ 一２８一 ５。 ４０ ３０ 嚣 墨２０ ｌ。 ０ 图４掺４０％粉煤灰 混凝土强度 和ＺＴ的混凝土强度较Ｉ级灰和ＩＩ级灰的强度明显降 低，强度折损的很大，其中，加有Ｇｃ的混凝土早期强度 折损最大。２８天的强度中，ＧＩ级灰和珠电ｚＩＩ级灰的强 度已经明显超过水泥混凝土的强度。 优质灰由于其物理和化学性质较为优越，在一定范 围内能充分发挥其形态，微集料等效应的作用，在同一 坍落度下降低用水量，从而能减少由于水泥减少而导致 的强度下降。统灰和粗灰的细度较粗，烧失量较大，对外 加剂的吸附量较大，致使减水效果不明显，而且颗粒较 粗，微集料等效应不能很好的发挥，因而，混凝土的强度 下降。 ５粉煤灰对混凝土早期收缩性能的影响 图５至图１０是不同等级粉煤灰混凝土去除石头后 的砂浆干燥收缩规律。图５中可见，曲线的切线斜率代 表混凝土的收缩增长速率，加入ＧＩ后，混凝土的收缩值 降低，起点和终点都下降。其中以掺量为３０％时为最佳。 图６和图７是两种ＩＩ级灰的加入后的混凝土收缩 变化，图中明显看出ＩＩ级灰抑制混凝土收缩的效果十分 明显，无论早期还是后期的收缩都有大幅度的降低，ＧＩＩ ３０％掺量时抑制收缩效果最佳；ＺＩＩ则出现了随掺量增 加而抑制收缩的作用越加明显的规律。出现这种现象的 原因可能是由于ＩＩ级灰有良好的减水作用，且由于本试 维普资讯 http://www.cqvip.com
广东建材２００７年第５期 ：：器套焉＝： 甓 上 ．．孳 ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ 龄期／ｄ 龄期／ｄ 图５掺ＧＩ混凝土收缩 图６掺ＧＨ混凝土收缩 龄期／ｄ 龄期／ｄ 图７掺ＺＩ！混凝土收缩 图８掺ＧＴ混凝土收缩 ● ｆ－ 譬 一纯水 Ｂ—‘＿ＺＴ２嘶 ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ 龄期／ｄ 图９掺ｚＴ混凝土收缩 图１０掺Ｇｃ混凝土收缩 验是控制混凝土的塌落度来调整水灰比，ＩＩ级灰的密度 小于Ｉ级灰的密度，同质量掺加时，胶结材的体积掺量 明显超出Ｉ级灰所在系统中的胶结材体积，而ＩＩ级灰又 有良好的减水作用，相当混凝土中的水量减少，可蒸发 的水量降低，因而ＩＩ级灰的减水效果很明显。 图８和图９是两种品质不同的统灰不同掺量时， 混凝土的收缩变化情况。可见早期统灰的加入能明显降 低混凝土的收缩随混凝土龄期的增长混凝土的收缩值 逐渐超过纯水泥系统的收缩值。对于广电统灰而言，随 粉煤灰的掺量增加，抑制收缩的效果下降。十四天收缩 已超过纯水泥系统的收缩值，预计后期的收缩值应明显 增大。因而，广电统灰的加入，不利于混凝土系统的收缩 变形性能。珠电统灰却表现出与ＩＩ级灰相似的抑制收缩 的效果。由于广电统灰的烧失量较大，吸附的外加剂量 很大，其本身所起的减水作用不及对外加剂的吸附作 用，而使水灰比增大，干燥收缩值过大而产生了如图所 示的规律。珠电统灰品质接近ＩＩ级灰，产生的抑制收缩 效果也类似于ＩＩ级灰，最佳掺量也是出现在３０％时。 图１０是掺有不同量广电粗灰的混凝土的收缩变化 水泥与混凝土 情况。掺量较小时粉煤灰对抑制混凝土的收缩有利，随 着掺量的增大，混凝土的收缩值超过纯水泥混凝土的收 缩值而且有继续增大的趋势。粗灰的加入，恶化了混凝 土的变形能力，不利于混凝土制品的使用。 总之，Ｉ级灰在同一塌落度下抑制收缩变形的能力 不如ＩＩ级灰的抑制变形能力。这可能Ｉ级灰能够明显降 低新拌混凝土的用水量，在相同的流动性能下用水量可 以适当减少，从而抑制收缩性能的因素减弱。品质好的 统灰的掺入也能降低混凝土的收缩，但粗灰的加入则严 重降低混凝土的变形能力，不利于混凝土制品的性能。 ６结论 粉煤灰加入到混凝土中不仅可以降低水泥用量，减 少生产水泥时的能耗和污染，同时由于这种混凝土具有 更为密实的特点，使混凝土不仅具有良好的力学性能， 同时更耐久，因此发展大掺量粉煤灰混凝土符合吴中伟 院士提出的绿色高性能混凝土。 本文通过对六种代表性的粉煤灰加入到混凝土中 对混凝土性能的影响进行了考察，品质好的粉煤灰加入 到混凝土中，能够通过粉煤灰自身的形态效应、微集料 效应和活性效应降低混凝土的用水量，虽然早期强度有 所下降，但中期强度和后期强度发展很快，可以达到甚 至超过水泥混凝土的强度。粉煤灰加入到混凝土中，由 于粉煤灰等量替代水泥，可以明显的减少混凝土收缩给 混凝土带来的危害。所以可以通过提高粉煤灰本身的性 能，以加大粉煤灰的掺量，降低混凝土的生产成本。● 【参考文献】 （１）陈瑜，张大干，周士琼．大掺量粉煤灰高性能混凝土的应用 ［Ｊ］．粉煤灰．２００３，１１：３２—３５ （２）赵庆新，孙伟等．粉煤灰掺量对高性能混凝土徐变性能的影响 及其机理［Ｊ］．２００６．４（３４）：４４７—４５１ （３）吕鹏，翟建平．粉煤灰火山灰反应残渣的形貌及组成［Ｊ］．硅 酸盐学报．２００５，９：６２７—６２９ （４）周士琼，李益进等．超细粉煤灰的性能研究［Ｊ］．硅酸盐学报． ２００３．５：５１４—５１８ —２９—
