中铁四局集团市政工程有限公司 安徽合肥 230022
摘要：随着科技的快速发展，社会在不断的进步，基于粉煤灰陶粒轻质高强混凝土，通过混凝土力学性能试验、干表观密度试验及微观结构分析，研究了不同混合比例的超细粉煤灰和I级粉煤灰对混凝土性能的影响。试验结果表明：基准配合比下，当粉煤灰掺量为40%，其中超细粉煤灰和I级粉煤灰的比例为1∶1时，混凝土28d抗压强度值为58.2MPa，满足LC50的强度要求；增大粉煤灰掺量可以降低混凝土的干表观密度，但粉煤灰掺量过大时会导致混凝土强度降低，选取合适的粉煤灰掺量及超细粉煤灰与I级粉煤灰比例可有效改善混凝土性能；超细粉煤灰较之于I级粉煤灰可促使混凝土中水泥水化作用更彻底更均匀，较好地改善混凝土的微观性能。
关键词：轻质高强混凝土；烧陶粒；粉煤灰；力学性能；微观结构
引言
目前，高强混凝土发展速度很快已经被大家所公认。从发展的角度看，当混凝土自重占建筑物总荷载比重很大时，减少混凝土容重显得更加重要。随着大跨度、高层建筑物的增多，工程界希望未来的混凝土不但强度高，而且重量轻。轻质高强混凝土具有轻质、保温、隔热、强度高、高耐久性、抗震性能好、减少劳动强度等特点。轻质高强混凝土材料已经成为企业经济效益的增长点，因此，研究轻质高强混凝土非常具有现实意义。然而，设计轻质高强混凝土时受材料性能的限制，很难做到轻质而高强，因为一般来说强度与质量成正比例关系。本文主要阐述了关于轻质高强混凝土的配方优化设计及其性能研究。
1粉煤灰的资源化利用
目前世界上发达国家的粉煤灰利用率已经达到8090070，我国经过多年的发展，在沿海等发达城市粉煤灰的利用率已达到100070，但是由于我国幅员辽阔，地理位置复杂，经济发展不平衡，在西北、西南等地的粉煤灰利用率不容乐观，，我国粉煤灰综合利用率徘徊在70%左右。早在上世纪20年代，世界上一些发达国家就已经对粉煤灰的资源化利用进行了研究，开发出一系列资源化利用粉煤灰的技术，如法国的粉煤灰水泥，英国的粉煤灰陶粒，波兰的粉煤灰加气混凝土和苏联的粉煤灰烧结砖等，在综合利用粉煤灰方面已经取得了明显的经济效益。而且还节约了大量能源，因为早期排放的粉煤灰中含有一部分未燃碳，用于替代粘土烧制水泥或者生产烧结陶粒时可以节约燃料粉煤灰的利用方式，概括起来可以包括以下几个方面：建材行业（制备粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰砖、粉煤灰小型空心砌块和作为填筑材料用于道路工程），环境保护（用于废气处理、废水处理），农业应用（粉煤灰覆土造田、用粉煤灰改良土壤、用粉煤灰生产肥料），有用物质的提取（包括主要元素的提取、稀有元素的提取、微珠的提取）。还有其他方面，如矿井、工程、路堤的回填，制备性能优良的分子筛，用作塑料、橡胶等高分子材料的填充剂，制作粉煤灰壁画等。
2试验
2.1原材料性能
试验水泥为普通硅酸盐水泥，其化学成分及性能指标如表1、表2所示。粉煤灰为煤电厂提供的粒径大约在18μm的I级粉煤灰及研磨装置研磨后粒径大约在4μm的超细粉煤灰，粉煤灰的主要成分如表1所示。陶粒主要性能指标如表3所示。细骨料为普通中砂，减水剂采用聚羧酸高效减水剂，减水率30%，拌合水采用自来水，均符合相关规范要求。
表1 试验原料化学成分
2.3试验结果分析
由正交表结果可知，在考虑单独作用因素的条件下，矿粉掺量10%时，28d胶砂强度优于其他掺量；粉煤灰掺量10%时，28d胶砂强度优于其他掺量；固体增效剂掺量20%时，28d胶砂强度优于其他掺量。因此，综合考虑在矿粉与粉煤灰掺量10%、固体增效剂掺量20%时，28d胶砂强度最高。固体增效剂均值1<均值2<均值3，随着固体增效剂在胶凝材料中所占比例的增加，强度逐渐增大，且固体增效剂极差3.5333最大，这说明固体增效剂对胶砂强度影响较大，其他极差值较小；在设计因素水平内，粉煤灰与矿粉掺量对胶砂强度影响并不明显。因此，对28d胶砂强度影响最显著的是固体增效剂掺量，其次为粉煤灰掺量，最后是矿粉掺量。基于表3的试验方案所配制轻骨料混凝土的抗压强度试验结果如图1所示。
由图1可知，基准配合比下的混凝土试件7d抗压强度和28d抗压强度分别为53.2MPa和58.5MPa，满足LC50的强度等级。龄期为7d的情况下，除了试样B、试样C1外，其余所有混凝土试样的强度与不掺加粉煤灰的试样A相比均有不同程度的下降。龄期为28d的情况下，大部分掺有粉煤灰的混凝土试件与A试件相比抗压强度也出现了下降，但明显比龄期7d的混凝土强度下降趋势减缓，其中C1试件、D2试件、E1试件等超细粉煤灰含量较多的试件抗压强度接近或超过了A试件，这表明超细粉煤灰对混凝土的早期力学性能具有明显的改善作用。原因分析：超细粉煤灰在胶凝材料体系中具有微集料效应，即微集料的相对表面积较大，在水泥浆中参与水化反应更快；同时粉煤灰中的活性铝、活性硅在水泥水化物作用下形成的铝酸钙、硅酸钙进一步改善了混凝土的微观机构，强化了混凝土的力学性能。对于E组试件，从E1试件到E4试件，超细粉煤灰的掺量比例分别是75%、50%、25%、12.5%，混凝土的7d抗压强度呈现先增大后降低的趋势。
论文作者:葛威
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/21
标签：粉煤灰论文; 混凝土论文; 增效剂论文; 强度论文; 抗压强度论文; 轻质论文; 超细论文; 《防护工程》2018年第33期论文;