馮輝紅，潘海澤，譚超群，陳靜思，王 果

(1.西南石油大學土木工程與建筑學院，四川成都 610500;2.蘭州理工大學石油化工學院，甘肅蘭州 730000)

粉煤灰和硅灰曾一度被認為是工業(yè)廢料，不僅污染環(huán)境、危害健康，還堆積占地造成二次污染，但隨著研究的深入，粉煤灰和硅灰已被利用到建筑原材料中，起到了取代水泥和節(jié)約水泥的作用，現(xiàn)今更是發(fā)展到利用其改善新拌混凝土和硬化混凝土的多種性能。

本文研究不同摻量的粉煤灰和硅灰對普通低標號混凝土的工作性、強度和干縮性的影響及其規(guī)律性，為今后配制低標號特殊混凝土提供參考［1-2］。

1 實驗部分

1.1 材料

PO42.5級普通硅酸鹽水泥;甘肅省某電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰;嘉峪關巨大冶煉有限公司副產(chǎn)品硅灰;標準砂，石料為5～15 mm連續(xù)級配的花崗巖碎石;普通自來水［3］。

1.2 實驗方法

混凝土的設計強度為C20，配合比設計依據(jù)為《普通混凝土配合比設計技術規(guī)程》JGJ 55—2011。水膠比 0.5，膠凝材料總量 500 kg，砂112.2%，石227.8%，分別對水泥進行15%粉煤灰以及5%，10%硅灰等量取代［4］，共5組配合比，見表1。

表1 混凝土配合比一覽表Table1 List of concrete mix proportion

混凝土采用人工拌合，振動臺振動成型，24 h后脫模，在標準條件下養(yǎng)護至一定齡期后進行測試。抗壓強度試件70 mm×70 mm×70 mm;干縮試件40 mm×40 mm×160 mm。每組配合比按有關規(guī)范或標準進行坍落度、泌水率、抗壓強度、干縮性測試。

2 結果與討論

2.1 粉煤灰和硅灰對混凝土拌合物工作性能的影響

不同配比下混凝土的坍落度和泌水率見表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，基準混凝土的坍落度最大，隨著粉煤灰加入，坍落度減少，加入硅灰后，坍落度持續(xù)減少，雙摻硅灰與粉煤灰時坍落度最小;基準混凝土和粉煤灰混凝土，在坍落度試驗中，提起坍落筒后都有少量水分從底部析出，在泌水試驗中，都有一定的泌水量，而摻有硅灰的混凝土其泌水率為0。原因是:一方面，硅灰的比表面積大，其濕潤需要大量水分，硅灰顆粒能夠約束住新拌混凝土的大量自由水，使得混凝土內部很難有多余的水分溢出;另一方面，硅灰粒徑微小，堵塞了新拌混凝土的毛細孔。所以，在混凝土中摻入硅灰，提高了混凝土的粘聚性和保水性，但流動度大大降低，且流動度降低值隨著硅灰用量的增加而增大［5］。

2.2 粉煤灰和硅灰對混凝土力學性能的影響

不同配比下混凝土試樣不同齡期時的抗壓強度見表3。

表3 不同摻量混凝土抗壓強度Table3 Different concrete with compressive strength

由表3可知，3 d抗壓強度中，單摻和雙摻混凝土都小于基準混凝土;7 d抗壓強度中，只有雙摻混凝土的值超過基準混凝土;3 d與7 d抗壓強度相比，單摻粉煤灰時，強度增長較慢，單摻硅灰時變化趨勢與基準混凝土一致，雙摻時變化最明顯。

粉煤灰混凝土的早期強度低，是因為粉煤灰的火山灰活性較低，二次水化反應滯后，造成混凝土凝結較慢。據(jù)資料顯示:混凝土水膠比取0.5時，粉煤灰的水化反應程度在60 d齡期時也不會大于25%;單摻硅灰混凝土，由于硅灰的細小粒徑和微集料效應，使水泥石均勻性和密實性得到提高，同時硅灰的火山灰效應進一步增強了混凝土的密實度，提高了混凝土的強度;雙摻混凝土中，粉煤灰能夠降低用水量，減少水泥石中因用水量過大所造成的微裂縫，但短期內強度發(fā)展很慢，而硅灰需水量大，但其微集料作用和火山灰效應保證了短期內混凝土的強度［6］。

2.3 粉煤灰和硅灰對混凝土干縮性能的影響

不同齡期試件干縮長度和質量見表4。

表4 不同摻量混凝土干縮長度和質量Table4 Different concrete shrinkage length and weight

由表4可知，3 d和7 d干縮變化值中，單摻和雙摻混凝土變化不大，其中雙摻混凝土的干縮變化最小;28 d干縮變化值中，單摻粉煤灰的變化最小，摻入硅灰的變化明顯。3，7，28 d的質量改變值中，有硅灰摻入的混凝土質量減輕的最快，基準混凝土質量減少的最慢。

主要原因是混凝土中摻入硅灰后，隨著混凝土早期水化反應加快，混凝土的質量改變加快，干縮程度也較基準混凝土和單摻粉煤灰混凝土的大［7-8］。

3 結論

(1)在混凝土中單摻硅灰時，使得混凝土的流動性降低，對工作性造成不利的影響，同時也會使得混凝土發(fā)生早期收縮裂縫的機會較普通混凝土大大增多，但因硅灰混凝土的孔隙細小、結構致密、水分遷移困難、體積變化趨勢相對平緩等特點，后期其收縮量將與普通混凝土相近或減小。

(2)在混凝土中摻入粉煤灰和硅灰來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，大大減少泌水量和骨料的離析。

(3)粉煤灰與硅灰的活性不同使其對混凝土抗壓強度的表現(xiàn)上存在差異:粉煤灰混凝土早期抗壓強度較低，但隨著其二次水化反應的逐漸進行，后期強度將持續(xù)增長;硅灰混凝土早期抗壓強度較高，但隨著二次水化反應的結束，后期強度將趨于平緩;雙摻混凝土結合粉煤灰與硅灰的特性，早期即具有了較好的強度。

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