摘要：粉煤灰已经是我国投入量非常大的建筑材料，其可以使砼材料施工性能得以改善，降低由于水化热所造成的砼材料温升情况，从而使砼结构具有更高的强度，同时降低水泥用量，节省其造价。所以粉煤灰材料已经大量投入到砼材料中。另外粉煤灰是一种工业废渣，是废弃资源的再利用，可以起到非常显著的环保效益。本文结合济阳路工程项目先是对粉煤灰在砼材料中的基本效应进行了论述，之后探讨了粉煤灰在砼材料中运用试验要点。
关键词：粉煤灰；混凝土；试验；氢氧化钙
1、工程简介
济阳路（芦浦大桥-闵行区界）快速化改建工程北起芦浦大桥引桥（K2+412.712），南至闵行区界（K9+473.595），全程约7.1公里，道路规划红线45-70米。
2、粉煤灰概述
煤粉燃烧锅炉在燃烧阶段会生成一种粘土性状的火山灰质物质，也就是粉煤灰，其中含SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等。粉煤灰存在一定的吸附性，并属于可再生资源，可以和水泥产生水化反应，从而变成一种水硬性胶凝化合物，所以其可以作为活性细掺料，适当的掺加在砼材料中。有必要探究粉煤灰在砼材料中运用试验，以使粉煤灰材料可以更好的投入到砼材料中。
3、粉煤灰在砼材料中的基本效应
3.1、形态效应
粉煤灰材料的各种性态在砼结构中会产生不同的反应，比如说其表面粗糙情况、颗粒大小以及形态等。该类材料中所包含的微珠颗粒带有滑动作用，可以产生润滑的效果，将其加入到砼材料中，可以产生减少内摩擦力的功能，有利于增强砼材料的流动性。另外，因为优质粉煤灰材料只需投入少量的水，所以能够产生增强流动性及减少的效果，这是普通水泥材料所不能达到的。粉煤灰材料的优势远超过不同水泥材料，比如说密度较小，所以等量替代水泥材料后，能够提升浆体的体积，并且粗细骨料也会得到更好的润滑，砼材料也会具有更强的流动性，也可以使砼材料具有更强的保水性、均质性以及粘聚性。但是在选择粉煤灰材料时，一定要选择质量达标的材料，反之会由于其中包含未燃尽的碳，或者是存在多孔颗粒，造成粉煤灰材料的保水性能降低，并且需水量提升，整个砼材料的质量将会大打折扣。
3.2、火山灰效应
粉煤灰材料在和水泥材料发生水化反应之后，会生产氢氧化钙，氢氧化钙并与水出现水化反应，最终产生具有水硬性优势的水化硅酸钙以及水化铝酸钙物质，这些物质能够对砼材料的毛细孔隙进行添补。该水化反应尽管在28天以内相当较弱，尤其在7天内会发生较弱的反应，但是在28天以后这一反应会不断的上升。随着粉煤灰的颗粒不断的变小，其活性则会逐步提升，并且水化反应能力也会更加剧烈。并且在温度提升的情况下，水化反应能力也会更强，强度增长速度也会越快。但是在温度不超过5摄氏度的情况下，水化反应会逐渐降低乃至于基本停止，并且强度发展也会放缓。
火山灰效应能够增加砼材料28天以后的强度，并且28天以后的强度会超过没有使用粉煤灰材料的砼材料。所以对早期承载能力要求不高的工程可采用其56天、90天或180天时的强度指标作为评定依据。
4、粉煤灰在砼材料中运用试验要点
本项目以济阳路工程S20立交匝道桥C30灌注桩配合比设计展开探索。采用上海电厂的Ⅱ级粉煤灰为例探讨粉煤灰对砼材料工作性能及强度的作用机理和影响因素。该配合比采用江苏金峰牌P.O42.5水泥，共同配制C30灌注桩普通砼材料。设计：坍落度（200±20）mm、28天配制强度为38.2MPa。
4.1、原材料
粉煤灰：该电厂所生产的Ⅱ级粉煤灰。各项性能指标见表1。
水泥：选择江苏金峰牌P.O42.5水泥。各项性能指标见表2
所用的水泥、粉煤灰、黄砂：长江中砂，碎石：浙江湖州（5-25）mm连续级配，外加剂：JC-3江苏中凯各项技术指标均符合规范要求。
4.2掺加粉煤灰的砼材料配合比对比试验
在本次试验中，为了使砼材料强度在前期得以提升，粉煤灰掺量将会超量使用。通过试验可以得知，取代量在百分之二十是可以使砼材料的强度满足最佳状态，也可以使砼材料在早期阶段具有更高的强度，降低作业的难度。
根据配合比所制成的砼拌合物，见表3、表4
由于其坍落度可能会出现一定的耗费，并且砼拌合物在成型之后，会发生泌水问题；56天强度不会出现明显的正常；而将适当的粉煤灰掺加到砼材料中，其坍落度将会得以保障，不会发生过多的损耗，并且砼拌合物在成型之后不会发生泌水情况，早期与后期强度均会发生明显的增幅。水灰比一致的情况下通过超量取代后，七天、二十八天、五十六天强度较基准配合比高百分之十左右。（7d增加9.1%，28d增加10.8%，，56 d增加12.2%）
4.3涉及砼材料力学性能以及工作性能的各个影响因素
首先是砼材料工作性能有所关联的各个要素。在将适当的粉煤灰掺加到砼材料之后，其单位用水量会发生明显下降，优化了砼拌合物的工作性能。这是因为随着水泥强度等级的提升，其大小往往会更细，需水量也会持续上升。另外因为粉煤灰颗粒一般在0.002mm以下，其能够填补水泥以及细骨料之间的缝隙进行填充，让细颗粒的级配更加科学。超量取代一些粉煤灰，能够使砼材料中具有更多的大小在0.315mm以下的颗粒，大大减少了砂率，也使得砼材料整体颗粒级配更加的合理，并且相应比表面积也会所有降低，需水量得以减少。
另外因为粉煤灰颗粒会保持玻璃为珠形态，所以在使用粉煤灰颗粒填充细骨料以及粗骨料之间的空隙时，可以产生滑动作用，大大减少砼材料的粘聚力，砼材料也会具有更强的工作性能。
其次是会影响到砼材料的力学性能。通过适当应用粉煤灰材料，可以大大提升砼材料的强度。这是因为粉煤灰材料包含大量的Si02、Fe2O3和A12O3，以及少量的Ca0、S02，粉煤灰材料本身虽然没有胶凝性，然而在有水同时粉煤灰粒度较细的情况下，其能够和碱土金属、碱金属物质发生反应，从而产生一种胶凝性物质，另外由于水泥的水化产物又包含众多的氢氧化钙，其可以为粉煤灰材料间出现反应。
另外是在砼材料中的作用机理。这是由于在砼材料之中，粉煤灰可以产生两种激活方式，也就是碱性环境下激活以及机械激活。这两种途径均能够把粉煤灰材料的活性激活，其中使用机械方法主要是利用机械设备把粉煤灰材料粉碎成超细粉，然而因为其造价高，所以只有高强度等级的砼材料才会使用这一方法，普通砼材料主要应用碱性激活方式。砼材料在发生水化反应之后，会产生众多的氢氧化钙结晶，这些晶体会以层状形态存在于砼材料中，并且其在和硫化物相互反应之后，会形成钙钒石，但是在钙钒石生成期间其体积会发生膨胀，从而对砼结构产生破坏作用。除此之外，水泥材料在的水化阶段，会由于粉煤灰材料的加入，而和氢氧化钙材料发生反应，进一步生成胶凝性材料，这一过程会耗费众多的氢氧化钙，也使得造成砼材料质量下降的不利因素有所减少。随着氢氧化钙含量的不断降低，钙钒石会由于逆反应最终产生氢氧化钙，氢氧化钙继续和粉煤灰反应。由此可以降低影响砼材料质量的各个不利成分，保证了砼结构的强度。
最后是会影响到砼材料的结构性能。这是因为砼结构包含众多的骨料以及水泥浆体，并且其过渡区也是砼结构重要的构成部分，而这一过渡区对于砼结构的性能有着较大的影响。又由粉煤灰材料的特质来看，其可以减少过渡区中存在的钙钒石以及氢氧化钙，以避免过渡区质量影响到砼结构的强度。
5、结束语
将粉煤灰适当的掺加于砼材料中，可以使其颗粒级配得到优化，提升其密实度、保水性以及和易性，降低其坍落度损耗，使砼材料能够进行长距离运输，提高了砼材料的强度和耐久性。同时粉煤灰的使用也可以避免环境受到污染，并由于其可以代替部分水泥材料，为此施工成本也会有所降低，变废为宝；有效优化砼结构的和易性，保证了施工速度，使用了粉煤灰砼结构的部分也更加紧凑。所以有必要对粉煤灰材料在砼结构中的应用展开试验探究，以掌握粉煤灰材料对砼结构的影响。
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论文作者:钱亚峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/19
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