粉煤灰對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土力學(xué)性能影響研究

粉煤灰是大宗工業(yè)副產(chǎn)品，每年的排放量約6億噸，占用了大量的土地資源，且污染環(huán)境。近年來粉煤灰作為輔助性膠凝材料大量應(yīng)用于混凝土材料中，減少水泥用量、降低混凝土生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以減少環(huán)境污染、節(jié)約土地資源，具有較大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)摻粉煤灰的混凝土性能的研究主要集中在工作性能和力學(xué)性能，在研究力學(xué)性能時(shí)，主要針對(duì)某一強(qiáng)度等級(jí)混凝土或某一項(xiàng)力學(xué)性能，并未對(duì)粉煤灰混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行全面分析。因此，為進(jìn)一步探討粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能影響，本文以C30、C40和C50混凝土為研究對(duì)象，研究粉煤灰對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能的影響，為工程混凝土的生產(chǎn)應(yīng)用提供理論參考。1實(shí)驗(yàn)1.1原材料水泥采用華潤(rùn)（封開）P.O42.5水泥(C)，粉煤灰采用佛山市高明寶山II級(jí)粉煤灰(F1)和江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁電廠的I級(jí)粉煤灰(F2)，細(xì)骨料采用廣西西江中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，粗骨料采用佛山云浮5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石，外加劑采用江蘇博特聚羧酸鹽高性能減水劑（減水率不低于25%）。1.2實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)研究不同摻量粉煤灰（單摻）對(duì)C30、C40和C50強(qiáng)度等級(jí)混凝土力學(xué)性能的影響，其設(shè)計(jì)坍落度為180±20mm。各強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比參數(shù)見表1，其中a組、b組和c組分別為C30、C40和C50混凝土配合比參數(shù)。鑒于現(xiàn)工程在設(shè)計(jì)C30混凝土?xí)r，多采用II級(jí)粉煤灰，故在對(duì)比試驗(yàn)中未選用I級(jí)粉煤灰。

1.3實(shí)驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)本實(shí)驗(yàn)參考的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》和《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》。按照以上規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)行原材料稱量、混凝土拌合、試件成型、養(yǎng)護(hù)，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量等試驗(yàn)。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.1抗壓強(qiáng)度由圖1、圖2和圖3可知，隨著粉煤灰的摻入，混凝土的前中期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，雖然后期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度有所提升，但最終強(qiáng)度較不摻加粉煤灰的混凝土低，且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈明顯的下降趨勢(shì)。圖3單摻粉煤灰C50混凝土抗壓強(qiáng)度柱圖

當(dāng)C30混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d抗壓強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了7%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d抗壓強(qiáng)度降低了13%。當(dāng)C40混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d抗壓強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了6%，當(dāng)Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d抗壓強(qiáng)度降低了9%；當(dāng)Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，其56d抗壓強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了6%，摻量達(dá)到50%時(shí)，混凝土56d抗壓強(qiáng)度降低了10%。當(dāng)C50混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d抗壓強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了4%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d抗壓強(qiáng)度降低了7%；當(dāng)Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，其56d強(qiáng)度相對(duì)不摻加粉煤灰的降低了2%，摻量達(dá)到50%時(shí)，混凝土56d抗壓強(qiáng)度降低了8%。由此可知，粉煤灰的摻量越大，混凝土抗壓強(qiáng)度越低，且混凝土強(qiáng)度等級(jí)越低影響越大；粉煤灰的質(zhì)量等級(jí)越高對(duì)抗壓強(qiáng)度影響越小。2.2劈裂抗拉強(qiáng)度由從圖4、圖5和圖6可以看出，摻加粉煤灰后混凝土早齡期劈裂抗拉強(qiáng)度明顯降低。

當(dāng)C30混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了9%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d劈裂抗拉強(qiáng)度降低了15%；當(dāng)C40混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了8%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d劈裂抗拉強(qiáng)度降低了13%；當(dāng)C40混凝土中Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，其56d劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了6%，摻量達(dá)到50%時(shí)，混凝土56d劈裂抗拉強(qiáng)度降低了18%。當(dāng)C50混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了6%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d劈裂抗拉強(qiáng)度降低了10%；當(dāng)Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，其56d劈裂抗拉強(qiáng)度相對(duì)空白樣降低了3%，摻量達(dá)到50%時(shí)，混凝土56d劈裂抗拉強(qiáng)度降低了13%。由此可知，單摻粉煤灰情況下，粉煤灰對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律和對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響趨于一致。雖然前者在中長(zhǎng)齡期劈裂抗拉強(qiáng)度有明顯增長(zhǎng)，但其最終強(qiáng)度仍明顯低于后者。因此單摻粉煤灰摻量較大時(shí)，必須加強(qiáng)混凝土的前期養(yǎng)護(hù)，以降低混凝土早期開裂風(fēng)險(xiǎn)。2.3彈性模量從圖7、圖8和圖9可以看出，單摻粉煤灰情況下混凝土彈性模量隨其摻量的增加而降低，特別是混凝土早期彈性模量降低尤為明顯。

當(dāng)C30混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d彈性模量相對(duì)空白樣彈性模量降低了6%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d彈性模量降低了14%。當(dāng)C40混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d彈性模量相對(duì)空白樣強(qiáng)度降低了6%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d彈性模量降低了9%；當(dāng)Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，其56d彈性模量相對(duì)空白樣降低了4%，摻量達(dá)到50%時(shí)，混凝土56d彈性模量降低了11%。當(dāng)C50混凝土中Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，其56d彈性模量相對(duì)空白樣降低了3%，摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土56d彈性模量降低了6%；當(dāng)Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，其56d彈性模量相對(duì)空白樣降低了3%，摻量達(dá)到50%時(shí)，混凝土56d彈性模量降低了7%。隨著齡期的延長(zhǎng)，摻粉煤灰的混凝土試件的彈性模量值將進(jìn)一步提高，而普通混凝土提高的幅度較小，摻量越大影響越明顯，但彈性模量的最終值還是隨粉煤灰摻量的增加而降低。此外，由于Ⅰ級(jí)粉煤灰和Ⅱ級(jí)粉煤灰細(xì)度參數(shù)不同，摻入后對(duì)水化反應(yīng)速率影響程度不同，進(jìn)而對(duì)硬化混凝土彈性模量影響也會(huì)不同，粉煤灰質(zhì)量等級(jí)越高，對(duì)混凝土力學(xué)性能影響越小。綜上可知，在單摻粉煤灰的情況下，粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性模量影響的規(guī)律一致，隨著粉煤灰摻量的增加、粉煤灰質(zhì)量等級(jí)和混凝土強(qiáng)度等級(jí)的降低，混凝土的力學(xué)性能降低。3結(jié)論通過粉煤灰對(duì)C30、C40和C50混凝土力學(xué)性能的影響分析，得到如下結(jié)論：⑴單摻粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性模量影響的規(guī)律一致，隨著粉煤灰摻量的增加、粉煤灰