張平，馬旭東，陳旭，韓世界，古龍龍

（中建西部建設(shè)新疆有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，對用量最大的建筑材料——混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能提出更嚴格的要求。目前一般使用硅灰和高性能減水劑配合生產(chǎn)高性能混凝土，由于硅灰和高性能減水劑價格比較昂貴，因此尋找價格低廉、資源豐富的替代品對混凝土行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。我國是一個用電大國，而且我國所使用的電絕大部分是火電，粉煤灰是燃煤火電廠生產(chǎn)過程中的附帶產(chǎn)物。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰排放量越來越大。粉煤灰若不及時處理就會產(chǎn)生揚塵，污染大氣；排入河流會造成河流淤塞，而其中的有毒物質(zhì)還會對人體和生物造成很大的危害。粉煤灰的價格遠低于水泥，當選用粉煤灰替代部分水泥制作混凝土?xí)r，不僅能降低混凝土的生產(chǎn)成本，同時可起到資源再利用的作用。粉煤灰混凝土在實際工程中得到了一定的應(yīng)用[1-4]。但是目前我國粉煤灰的綜合利率偏低，提高粉煤灰的利用率是一個重要的課題。采用粉磨技術(shù)降低粉煤灰細度和平均粒徑，增大比表面積，提高粉煤灰活性是提高粉煤灰綜合利用率的一種重要途徑。

超細粉煤灰一般是指平均粒徑低于 10μm、比表面積大于 600m2/kg的粉煤灰[5,6]。通常獲得超細粉煤灰的途徑主要有兩種：一是分選，二是機械粉磨。周敏[7]、孫濤[8]等對機械粉磨和分選技術(shù)所得的超細粉煤灰做了對比研究，結(jié)果表明機械粉磨制備的超細粉煤灰由大量碎屑和較小的顆粒構(gòu)成，表面結(jié)構(gòu)缺陷多，不飽和鍵和破碎面的斷鍵數(shù)量多，其性能優(yōu)于分選所制備的超細粉煤灰。叢樹民[9]等對磨細粉煤灰與原灰在高強混凝土中的作用進行了對比研究，結(jié)果表明摻入磨細粉煤灰的混凝土具有較好的粘聚性，既不離析，也不出現(xiàn)泌水，工作性能良好。本文主要研究不同細度的磨細粉煤灰對混凝土拌合物的工作性能和混凝土的力學(xué)性能、碳化性能以及抗凍性能的影響，為粉煤灰在混凝土中的綜合利用提供技術(shù)指導(dǎo)作用。

1 試驗

1.1 原料

水泥：烏魯木齊市天宇華鑫水泥廠提供的 P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其基本性能見表1。

表1 水泥的基本性能

粉煤灰原灰：試驗所用粉煤灰為烏魯木齊市紅雁池電廠提供的粉煤灰原灰，其化學(xué)成分見表2。

表2 粉煤灰的化學(xué)成分 %

試驗?zāi)MⅠ級灰到 Ⅲ 級灰的細度，將粉煤灰原灰粉磨 0min、10min、25min 和 50min，再篩分得到平均粒徑為 20μm、15μm、10μm 和 5μm 的粉煤灰。

砂子：試驗所用砂為烏魯木齊中建西部建設(shè)新疆有限公司的中砂，表觀密度為 2618kg/m3，堆積密度為1413kg/m3。

石子：試驗所用石子為烏魯木齊中建西部建設(shè)新疆有限公司提供的碎石，粒級為 5～20mm 連續(xù)級配。表觀密度為 2635kg/m3，堆積密度為 1415kg/m3，含泥量為 0.4%。

減水劑和水：減水劑采用新疆新材料公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，固含量為 40%。拌合和養(yǎng)護用水為自來水。

1.2 試驗檢驗方法

混凝土的工作性能：參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗標準》，力學(xué)性能：參照GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》，混凝土碳化性能和抗凍性：參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》。

1.3 混凝土試驗配合比

混凝土配合比見表3。

表3 混凝土配合比 kg/m3

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品的工作性能分析

對摻入不同細度的超細粉煤灰混凝土拌合物的工作性能進行測試，測試結(jié)果見表4。

表4 不同細度粉煤灰混凝土拌合物的工作性能

表4 為不同細度粉煤灰混凝土拌合物的工作性能。從表4 可以看出：隨著粉煤灰平均粒徑的減小，粉煤灰混凝土具有較好的流動性、黏聚性和保水性，表明磨細粉煤灰可以改善混凝土的工作性能。當粉煤灰磨細至 5μm（A4）時，粉煤灰混凝土的坍落度和擴展度達到最大，相比于 A1 組粉煤灰混凝土分別提高了 9.1%和 16.7%，這表明磨細粉煤灰可以改善混凝土的工作性能，而且細度越小改善作用越明顯。這是因為粉煤灰顆粒大多數(shù)為表面光滑的玻璃微珠，摻入混凝土中具有減水作用，提高混凝土拌合物的流動性。

2.2 樣品的力學(xué)性能分析

對摻入不同細度的超細粉煤灰制備的混凝土的力學(xué)性能進行測試，測試結(jié)果見表5 和圖1。

表5 不同細度粉煤灰對混凝土力學(xué)性能的影響

圖1 不同細度粉煤灰混凝土的力學(xué)性能

從表5 和圖1 可以看出，磨細粉煤灰可以提高混凝土的力學(xué)性能。隨著粉煤灰平均粒徑的減小，不同齡期的粉煤灰混凝土抗壓強度和抗折強度逐漸提高。當粉煤灰粉磨至 5μm 時，粉煤灰混凝土的力學(xué)性能達到最大，其 3d、7d 和 28d 的抗壓強度相比于 A1 組分別提高了 25.1%、29.0% 和 36.9%，而 3d、7d 和 28d 的抗折強度相比于 A1 組分別提高了 25.%、29.3% 和 38.6%。這表明磨細粉煤灰可以提高混凝土的力學(xué)性能。這主要是因為粉煤灰經(jīng)過磨細后，其比表面積增大，提高了粉煤灰的活性，增加與水泥水化產(chǎn)生的 Ca(OH)2的接觸面積，促進了粉煤灰活性硅鋁的溶出，不僅使粉煤灰混凝土的早期抗壓強度增加，同時增加了其后期抗壓強度。此外，粉煤灰磨至一定的細度之后，其可以物理填充一些空隙，提高混凝土的密實度，進一步提高粉煤灰混凝土的力學(xué)性能。

2.3 樣品的碳化深度分析

對摻入不同細度的超細粉煤灰制備的混凝土的碳化性能進行測試，測試結(jié)果見表6 和圖2。

表6 不同細度粉煤灰對混凝土碳化深度的影響 mm

圖2 不同細度粉煤灰混凝土的碳化深度

從表6 和圖2 可以看出：隨著粉煤灰平均粒徑的減小，不同齡期的粉煤灰混凝土碳化深度逐漸降低，表明磨細粉煤灰可以改善混凝土的抗碳化性能。當粉煤灰磨細至 5μm（A4）時，粉煤灰混凝土的碳化深度最低，相比于 A1 組粉煤灰混凝土分別降低了 60.0%、57.9%、61.3% 和 58.9%，這表明磨細粉煤灰可以改善混凝土的抗碳化性能，而且細度越小改善作用越明顯。這是因為磨細加速了粉煤灰的水化，生成了更多的水化硅酸鈣凝膠，填充了基體孔隙，優(yōu)化了水泥石的微觀結(jié)構(gòu)，提高了體系的致密度。

2.4 樣品的抗凍性能分析

（1）抗壓強度損失率

對摻入不同細度的超細粉煤灰制備的混凝土的凍融循環(huán)次數(shù)進行測試，抗壓強度損失率的測試結(jié)果見表7和圖3。

從表7 和圖3 可以看出：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增大，粉煤灰混凝土的抗壓強度損失率顯著增大。此外還發(fā)現(xiàn)，隨著粉煤灰平均粒徑的減小，相同凍融循環(huán)次數(shù)的粉煤灰混凝土抗壓強度損失率逐漸減小。當粉煤灰混凝土凍融循環(huán) 200 次時，A2 組、A3 組和 A4 組抗壓強度損失率相比于 A1 組分別降低了 6%、20.6% 和44.1%，表明磨細粉煤灰可以減小抗壓強度損失率，提高抗凍性能。

表7 凍融循環(huán)次數(shù)的混凝土抗壓強度損失率 %

圖3 凍融循環(huán)次數(shù)的混凝土抗壓強度損失率

（2）動彈模量

對摻入不同細度的超細粉煤灰制備的混凝土的凍融循環(huán)次數(shù)進行測試，其相對動彈模量的測試結(jié)果見表8和圖4。

從表8 和圖4 可以看出：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增大，粉煤灰混凝土的相對動彈模量顯著降低。此外還發(fā)現(xiàn)，隨著粉煤灰平均粒徑的減小，相同凍融循環(huán)次數(shù)的粉煤灰混凝土相對動彈模量逐漸增大。當粉煤灰混凝土凍融循環(huán) 200 次時，A2 組、A3 組和 A4 組相對動彈模量相比于 A1 組分別增加了 8.9%、23.2% 和 37.5%，表明磨細粉煤灰可以改善混凝土的抗凍性能。

圖4 不同凍融循環(huán)次數(shù)的混凝土相對動彈模量

表8 不同凍融循環(huán)次數(shù)的混凝土相對動彈模量

（3）質(zhì)量損失率

對摻入不同細度的超細粉煤灰制備的混凝土的凍融循環(huán)次數(shù)進行測試，其質(zhì)量損失率的測試結(jié)果見表9 和圖5。

圖5 不同凍融循環(huán)次數(shù)的混凝土質(zhì)量損失率

從表9 和圖5 可以看出：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增大，粉煤灰混凝土的質(zhì)量損失率顯著增大。并且隨著粉煤灰平均粒徑的減小，相同凍融循環(huán)次數(shù)的粉煤灰混凝土質(zhì)量損失率逐漸減小。當粉煤灰混凝土凍融循環(huán) 200次時，A2 組、A3 組和 A4 組質(zhì)量損失率相比于 A1 組分別降低了 11.1%、22.2% 和 36.1%，表明磨細粉煤灰可以減小混凝土的質(zhì)量損失率，提高抗凍性能。

3 結(jié)論

粉磨技術(shù)減小了粉煤灰的細度和平均粒徑，提高粉煤灰混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，改善混凝土的工作性能，平均粒徑為 5μm 的粉煤灰混凝土的最大坍落度和擴展度達到了 240mm 和 350mm。

磨細粉煤灰提高了混凝土的力學(xué)性能，隨著粉煤灰平均粒徑的減小，不同齡期的粉煤灰混凝土抗壓強度和抗折強度逐漸提高，與平均粒徑為 20μm 的粉煤灰混凝土相比，平均粒徑為 5μm 的粉煤灰混凝土的 28d 抗壓強度和抗折強度分別提高了 36.9% 和 38.6%。

隨著粉煤灰平均粒徑的減小，增大了粉煤灰的比表面積，促進了粉煤灰混凝土的水化，降低了碳化深度、抗壓強度損失率和質(zhì)量損失率，增大了相對彈性模量，改善了混凝土的抗碳化性能和抗凍性能，提高了混凝土的耐久性能。