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摘要：粉煤灰是一种常用的混凝土掺合料，对混凝土的整体 具有十分重要的影响。本文通过试验，研究了两种粉煤灰对混凝土性能的影响，并进行了比较，分析其对混凝土性能的影响原理，旨在为有关需要提供参考。
关键词：粉煤灰；混凝土；性能影响;潜在活性;激发
引言
随着我国国民经济的快速发展以及建筑行业的不断进步，混凝土作为建筑施工中用量最大的施工材料，也得到了越来越多的应用。而粉煤灰作为混凝土制作过程中的一种掺合料，其品质直接影响到混凝土的整体性能。因此，研究粉煤灰对混凝土性能的影响具有十分重要的意义。
1.原材料和试验方法
1.1 原材料
试验选用P•O42.5R水泥，表观密度 3100kg/m3，28d 抗压强度 50.2MPa；S95 级矿粉，表观密度2920kg/m3，28d 活性指数 102%；细集料为河砂，表观密度 2610kg/m3，细度模数 2.6；粗集料为普通碎石，表观密度 2670kg/m3，粒径 5～20mm（石 1）和16～31.5mm（石 2）两种；外加剂采用聚羧酸高性能减水剂，减水率 30%；试验用水为自来水，满足现行行业标准 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的要求。
试验研究了某公司生产的黄色和灰白色两种颜色的粉煤灰，如图 1 和图 2 所示。两种粉煤灰的部分技术指标如表 1 所示。
图1 黄色粉煤灰
图2 灰白色粉煤灰
表1 粉煤灰技术指标
1.2 试验方法
粉煤灰的细度、需水量比按照 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行试验；混凝土坍落度按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试；混凝土的力学性能按照 GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性试验能方标准》进行测试。
1.3 试验方案
为了充分研究两种颜色的粉煤灰对混凝土性能的影响，分别用两种粉煤灰配制了 C40、C45、C50 三个强度等级的混凝土，并进行试验，具体配合比见表 2。试验时保持配合比不变，仅仅更换两种不同颜色的粉煤灰进行对比。
表2 强度等级 C40～C50 混凝土配合比 kg/m3
2.试验结果及数据分析
2.1 试验结果
根据表 2 的混凝土配合比，进行了试拌，试拌结果如表 3 所示。从表 3 中看出，强度等级 C40，用黄色粉煤灰拌制的混凝土坍落度 200mm，灰白色粉煤灰拌制的混凝土坍落度 150mm，黄色粉煤灰拌制的混凝土工作性明显比灰白色粉煤灰拌制的混凝土工作性好；其余两个强度等级，黄色粉煤灰拌制的混凝土坍落度也明显大于灰白色粉煤灰拌制的混凝土坍落度。提高外加剂的掺量，使得两种颜色粉煤灰拌制的混凝土工作性相同，成型 (150×150×150)mm3 标准立方体试块，标准养护，测得了 7d 和 28d 的抗压强度，如表 3 所示。
表3 强度等级 C40～C50 混凝土试拌结果
由表 3 可以看出，达到相同工作性时，外加剂的掺量对比。从图 1 中可以看出，各强度等级中，采用黄色粉煤灰拌制的混凝土需要的外加剂掺量较小，C40 和C45 的混凝土外加剂掺量差值 0.05%，C50 的混凝土外加剂掺量差值达到 0.1%，为研究产生成这种差值的原因，分别检测了两种粉煤灰的需水量比。检测结果：黄色粉煤灰的需水量比为 91%，而灰白色粉煤灰的需水量比为 99%，进而从侧面佐证了混凝土试拌结果。
图 1 两种颜色粉煤灰 7d 抗压强度对比
图 1 是两种颜色粉煤灰 7d 抗压强度对比，可以看出两种颜色的粉煤灰拌制的混凝土 7d 抗压强度相差无几。其中 C40 和 C50 两个强度等级，黄色粉煤灰拌制的混凝土比灰白色粉煤灰拌制混凝土 7d 抗压强度稍高；C45 强度等级，灰白色粉煤灰拌制的混凝土比黄色粉煤灰拌制混凝土 7d 抗压强度稍高。
图 2 是两种颜色粉煤灰 28d 抗压强度对比，可以看出两种颜色的粉煤灰拌制的混凝土 28d 抗压强度相差较大。3 个强度等级对比中，黄色粉煤灰拌制的混凝土比灰白色粉煤灰拌制的混凝土 28d 抗压强度低 5MPa 左右。两种颜色粉煤灰拌制的混凝土 28d 强度都能满足设计要求。
图 2 两种颜色粉煤灰 28d 抗压强度对比
2.2 数据分析
图3 是两种粉煤灰的 XRD 图像，f-1# 是黄色粉煤灰，f-2# 是灰白色粉煤灰。从图中可以看出，两种粉煤灰中都含有 Fe2O3，也就是意味着，粉煤灰呈现黄色并非因为含有 Fe2O3，而是其他原因。与黄色粉煤灰相比，灰白色粉煤灰中含有大量的莫来石。莫来石是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，莫来石是 Al2O3-SiO2 系中唯一稳定的二元化合物。两种粉煤灰中都含有大量的石英和碳。
图3 两种粉煤灰的 XRD 图像
表 4 给出了两种粉煤灰主要物质成分。从表中可以看出，两种颜色的粉煤灰中 Fe2O3 的含量在 15.5% 左右，直接证明粉煤灰显黄色，不是因为含有 Fe2O3；两种颜色的粉煤灰中 Al2O3 的含量，黄色粉煤灰比灰白色粉煤灰低 7.23%；两种颜色的粉煤灰中 SiO2的含量，黄色粉煤灰比灰白色粉煤灰低 6.63% ；两种颜色的粉煤灰中 CaO 的含量，黄色粉煤灰比灰白色粉煤灰高4.63%，这正是粉煤灰显黄色的原因，从资料得知，高钙粉煤灰显黄色。
粉煤灰化学成分中含有大量活性 SiO2 和 Al2O3，在潮湿的环境中与 Ca(OH)2 等碱性物质发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，是硬化强度的主要来源[7-8]。分析认为：黄色粉煤灰 28d 抗压强度偏低，是因为黄色粉煤灰中 Al2O3 和 SiO2 含量相比灰白色粉煤灰偏低 14%。
表4 主要物质成分 %
表5 激光粒度分析 %
从表 5 两种颜色粉煤灰激光粒度分析结果可以看出，黄色粉煤灰粒径小于 7.423μm 的颗粒体积含量占全部颗粒的 50%，灰白色粉煤灰粒径小于 17.564μm的颗粒体积含量占全部颗粒的 50%；黄色粉煤灰粒度＜3μm 含量占 28.844%，粒度＞65μm 含量占 0.049%，灰白色粉煤灰粒度＜3μm 含量占 11.956%，粒度＞65μm 含量占 6.659%，即黄色粉煤灰相对灰白色粉煤灰平均粒度要小。从资料得知：粉煤灰颗粒分布越偏向于细小颗粒，颗粒形状因子中圆度越大，则细小而密实的玻璃体含量越高，因而活性也越大，需水量就越小。解释了前面黄色粉煤灰需水量比较小的现象。
图 4 分别给出了两种颜色粉煤灰的 SEM 图像。从图像中可以看出，两种粉煤灰都含有大量的球形玻璃微珠，都是质量良好的粉煤灰。通过对比发现，黄色粉煤灰微型玻璃微珠（<3μm）含量更高，印证了激光粒度分析的测试结果。
图4 两种粉煤灰 SEM 图像
3.结论
综上所述，粉煤灰是燃煤电厂的主要固体排放废物，可以作为混凝土的掺合料来资源化利用，而不同的粉煤灰掺合料对混凝土的性能影响各不相同。本文对某公司生产的黄色和灰白色两种粉煤灰对混凝土性能影响进行了分析，结果表明黄色粉煤灰掺和混凝土和易性更好，但抗压强度低。
参考文献
[1]不同水胶比下粉煤灰掺量对混凝土抗渗性能的影响[J].郭小森.山西建筑.2016(12)
[2]不同掺量粉煤灰对混凝土力学性能影响的研究[J].杨斌,王珺卓,盛彬,方涛,罗义生,孙琳璘,贾艳敏.山西建筑.2016(08)
论文作者:吴文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/24
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