云南建投绿色高性能混凝土股份有限公司 昆明 650501
摘要：粉煤灰相对来说是一种新型建筑材料，并且具备一些显著优越性，有着非常大的使用范围，还能够很大程度降低混凝土生产成本。在这个领域有很多值得研究的问题与方向，除了大量粉煤灰掩埋物的处理问题外，对于粉煤灰在混凝土中的用量，以及如何更好的发挥其对于混凝土强度、硬度等的塑造功效等，这些都可以成为未来的研究与发展方向。本文对此进行了分析研究。
关键词：粉煤灰，混凝土，发展
一、前言
粉煤灰是现代混凝土中常用的矿物掺合料之一，它作为工业副产品，在混凝土中的应用不但起到了资源综合利用的作用，同时减小环境压力，由于它的价格相对低廉，在混凝土中取代水泥应用更能降低成本[1]。同时它在混凝土中还能起到改善抗冻性和抗渗性等耐久性指标的作用。通过对比试验证明，在C30混凝土中使用粉煤灰等量取代30%水泥的情况下可以明显提高混凝土抗冻性能。
二、粉煤灰混凝土的优点
混凝土是工程中最重要的建筑材料。随着人们对工程质量要求越来越高，对混凝土性能也有了更高的要求。混凝土的质量稳定性，混凝土结构的裂缝及耐久性等问题得到高度重视[2]。在北方严寒地区，耐久性更是混凝土各项性能的重中之重，工程中常通过向混凝土中掺如防腐阻锈类和引气型外加剂和，掺入粉煤灰、矿粉等矿物掺合料方法来提高混凝土的耐久性[3]。本文主要就粉煤灰对混凝土抗冻性的改善进行试验分析。
三、原材料及试验方法
3.1 原材料
1）水泥：蒙自瀛洲水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，P·O 42.5 水泥，其物理力学性能检测指标见表1。
3）集料：细集料采用细度模数2.8的河砂，经筛分检测为Ⅱ区中砂，含泥量1.0 %，压碎指标8.0%。粗集料采用粒径为4.75mm～26.5mm连续级配的碎石，含泥量0.5%，针片状含量4.2%，泥块含量0.15%，压碎指标0.5%。
4）高性能减水剂：上海三瑞聚羧酸高性能减水剂，减水率28.4%，固含量为12%。
5）水：生活饮用水。
3.2方案设计基本思路
使用以上原材料分别设计两组强度等级为C30的混凝土配合比，一组为完全使用水泥为胶凝材料的基准混凝土（J-C30），另一组粉煤灰混凝土（F-C30），用掺30%粉煤灰等量取代水泥。在本次试验搅拌和成型过程中，两种混凝土出试验结果如下表，表3所示。
由表4可以看出，掺粉煤灰的混凝土F-C30与基准混凝土J-C30在用水量和其它材料用量一致的条件下坍落度提升了10mm，同时试验过程中观察混凝土的粘聚性和保水性也都是F-C30要更好一些，这也侧面反应出本次试验使用的F类Ⅱ级粉煤灰起到了改善混凝土和易性的作用。强度和抗冻试验为尽量减少试验误差，本次试验两种混凝土的强度和冻融循环试样均采集了两组试样的数据进行分析。7d强度上F-C30与J-C30相比明显降低，降低比例达到24.5%，这说明在等量取代水泥情况下，由于粉煤灰早期反应速度较慢或几乎不发生反应，对混凝土强度的早期贡献较低，因此7d强度表现为明显降低。但随着混凝土中水化反应的深入，粉煤灰作用和水泥水化反应的相互促进，F-C30的28d强度增长幅度比较大，与J-C30相比只降低1MPa左右，说明粉煤灰在当前掺量下，对混凝土的后期强度无明显降低。
试验表明，在其他材料用量完全一致的情况下，F-C30的初始动弹性模量要略高于J-C30，提高比例为3.6%。当循环数达到125次时，J-C30的质量损失达到5.3%，并且停止试验，此时的弹性模量损失32.2%，虽然并未下降到初始值的60%以内，但也比较接近，J-C30的最终抗冻等级为F100。F-C30则明显好于J-C30，其质量损失3.0%，动弹性模量损失15.8%。最终F-C30在175次循环后质量损失超过5%，达到6.5%，动弹性模量损失36.0%，抗冻等级则达到F150。通过以上对比分析，发现掺粉煤灰的混凝土抗冻性能得到了明显提高，究其原因主要是由于粉煤灰中活性成分火山灰反应生产水化硅酸钙起到了微填充效应，基本上所有的毛细孔隙都被填充了。
四、粉煤灰在混凝土性能中的作用
4.1对于混凝土强度的影响
粉煤灰的使用首先会对于混凝土强度带来影响，不同品质的粉煤灰构成的影响规律也会产生差异。如果是I级优质粉煤灰，其掺入量控制在10%的范围内时，会让混凝土的强度有明显提升，且早期强度也不会产生下降。低比例的粉煤灰的使用对于混凝土的强度的影响十分直接，对于高掺量粉煤灰的影响则会相应下降。
如果是Ⅱ级粉煤灰，其使用对于混凝土强度的影响整体上和I级优质粉煤灰类似。相较之下早期带来的强度变化会比I级粉煤灰带来的影响小一点。同时，由于Ⅱ级粉煤灰和I级相比活性稍小，因此对于混凝土强度产生的贡献率也会相对较低。因此，在配合使用上通常会以超量取代的方法来保障混凝土强度。
Ⅲ级粉煤灰也会在工程中有所使用，但是一般主要用于强度要求较低的混凝土结构中，高强度结构基本不适用，其对于混凝土强度带来的变化也不太显著。
4.2对于混凝土耐久性的影响
国外相关研究表明，以下几种状况会产生粉煤灰混凝土的碳化深度比基准混凝土要大的现象，主要有：1）使用品质相对低的粉煤灰；2）粉煤灰在混凝土中掺入量过大，尤其在使用矿渣水泥的情况下，再大量掺入粉煤灰；3）在掺入粉煤灰的混凝土水胶比过大，混凝土设计等级较低的情况。这几种状况都会直接影响到混凝土的耐久性。具体工程实施过程而言，需要结合工程需求和各方面情况来合理控制粉煤灰的用量以及不同品质粉煤灰的选取，这样才能够既合理控制工程项目的成本，又保障项目的安全性、稳定性与耐久性。
五、混凝土掺入粉煤灰的生产应用分析
粉煤灰本身就是混凝土中一种重要的掺和成分，其对于混凝土强度的提升和耐久性的保障都能够带来非常好的效果。尤其是随着水泥价格的不断上升，利用合适的粉煤灰配比来取代混凝土中水泥的用量，这不仅可以实现相似甚至更为理想的混凝土配置效果，也能够极大的降低工程成本。随着对于混凝土配比和制备工艺技术的不断成熟，对于混凝土中粉煤灰掺入的比例、用量、工艺方式等的研究已经越来越丰富，对于这一技术的掌握也越来越稳固。当前大量的建筑工程及土木工程项目的各个部位中，无论是构件的预制还是现浇混凝土施工中，粉煤灰混凝土的使用都极为普遍。在今后的工业应用中，用粉煤灰一定程度取代水泥的趋势会越来越明显，对于相应的工艺流程和技术问题的研究也会越来越深入与透彻。
六、粉煤灰在混凝土中发展方向
随着我国对于可持续发展观念的大力推行，在建筑行业内混凝土施工中已经越来越多的将粉煤灰作为一种很有价值的资源。粉煤灰的使用不仅可以很大程度提升混凝土强度及耐久性能，这一原材料也是被验证的一种更为生态友好的材料类型，这也是在英国从1977年就开始了对于粉煤灰的研究的原因。但不得不提出的是，粉煤灰的使用也存在一些具体问题，比如随着粉煤灰使用量的日益增大，全球范围内粉煤灰掩埋吨位数也急剧攀升，尤其是在发展中国家，这个问题已经开始一定程度影响到生态环境，如何处理这个问题，很值得人们反思。
粉煤灰相对来说是一种新型建筑材料，并且具备一些显著优越性，有着非常大的使用范围，还能够很大程度降低成本开支。今后在这个领域仍然有很多值得研究的问题与方向，除了上面提到的大量粉煤灰掩埋物的处理问题外，对于粉煤灰在混凝土中的用量，以及如何更好的发挥其对于混凝土强度、硬度等的塑造功效等，这些都可以成为未来的研究与发展方向。
七、结束语
此文通过试验找出了粉煤灰混凝土的诸多优点，在同等抗压强度情况下，在混凝土中掺入粉煤灰，能极大改善混凝土的工作性及耐久性。在我国可持续发展的理念下，粉煤灰在工业方面已被大量引用，其以后的应用前景将会更加广阔。
参考文献
[1]黄鹏.大掺量混合材高强混凝土制备技术研究[D].中国矿业大学，2017.
[2]李赟.一般地表和酸性硫酸盐侵蚀环境高硫高钙粉煤灰混凝土及柱性能研究[D].中国矿业大学，2014.
[3]林锋挺.低品质粉煤灰混凝土材料与结构力学性能若干问题的研究[D].福州大学，2004.
论文作者:师建成,朱王尧
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/23
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 强度论文; 耐久性论文; 水泥论文; 用量论文; 弹性模量论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;