粉煤灰对不同强度等级混凝土力学性能影响研究.pdf

粉煤灰是大宗工业副产品，每年的排放量约 6 亿 吨， 占用了大量的土地资源， 且污染环境1。近年来粉煤 灰作为辅助性胶凝材料大量应用于混凝土材料中， 减少 水泥用量、 降低混凝土生产成本， 同时还可以减少环境 污染、 节约土地资源， 具有较大经济和社会效益2-3。 目前国内学者对掺粉煤灰的混凝土性能的研究主 要集中在工作性能和力学性能，在研究力学性能时， 主 要针对某一强度等级混凝土或某一项力学性能， 并未对 粉煤灰混凝土的力学性能进行全面分析4-6。因此， 为进 一步探讨粉煤灰对混凝土力学性能影响，本文以 C30、 C40 和 C50 混凝土为研究对象， 研究粉煤灰对不同强度 等级混凝土的抗压强度、 劈裂抗拉强度和弹性模量等力 学性能的影响，为工程混凝土的生产应用提供理论参 考。 1 实验 1.1 原材料 水泥采用华润 （封开） P.O 42.5 水泥(C)， 粉煤灰采 用佛山市高明宝山 II 级粉煤灰(F1)和江苏省镇江市谏 壁电厂的 I 级粉煤灰(F2)， 细骨料采用广西西江中砂， 细度模数为 2.6， 粗骨料采用佛山云浮 525mm 连续级 配碎石，外加剂采用江苏博特聚羧酸盐高性能减水剂 （减水率不低于 25%） 。 1.2 实验方案 实验研究不同掺量粉煤灰（单掺）对 C30、 C40 和 C50 强度等级混凝土力学性能的影响， 其设计坍落度为 18020mm。各强度等级混凝土配合比参数见表 1， 其中 a 组、 b 组和 c 组分别为 C30、 C40 和 C50 混凝土配合比 参数。 鉴于现工程在设计 C30 混凝土时， 多采用 II 级粉 煤灰， 故在对比试验中未选用 I 级粉煤灰。 1.3 实验方法及标准 本实验参考的规范标准是 水运工程混凝土施工规 范 和 普通混凝土配合比设计规程 。按照以上规范标 准先进行原材料称量、 混凝土拌合、 试件成型、 养护， 然 后进行抗压强度、 劈裂抗拉强度、 弹性模量等试验。 粉煤灰对不同强度等级混凝土 力学性能影响研究 李红君 1 杨长城 2 高 凡 1 李顺凯 1 徐 勍 1 （1 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司； 2 中交城市投资控股有限公司） 【摘要】以粉煤灰掺量作为单一变量， 研究其对不同强度等级混凝土抗压强度、 劈裂抗拉强度和 弹性模量等力学性能的影响。结果表明： 粉煤灰掺量越小、 粉煤灰质量越好、 混凝土强度等级越高， 混 凝土的力学性能越好；配合比设计时， II 级粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的 20%， I 级粉煤灰掺量不 宜超过水泥用量的 30%； 粉煤灰掺量和质量对低强度等级混凝土力学性能的影响程度较大。 【关键词】粉煤灰； 掺量； 不同强度等级； 混凝土； 力学性能 表 1 混凝土配合比 编号 粉煤灰 比例 (%) 水胶比 水泥 （C） (kg) 粉煤灰 （F1） (kg) 粉煤灰 （F2） (kg) 碎石 (kg) 砂 (kg) aC00.404000-1056764 aCF11100.4036040-1056764 aCF12200.4032080-1056764 aCF13300.40280120-1056764 bC00.364400-1080720 bCF11100.3639644-1080720 bCF12200.3635288-1080720 bCF13300.36308132-1080720 bCF21100.36396-441080720 bCF22300.36308-1321080720 bCF23500.36220-2201080720 cC00.324800-1113682 cCF11100.3243248-1113682 cCF12200.3238496-1113682 cCF13300.32336144-1113682 cCF21100.32432-481113682 cCF22300.32336-1441113682 cCF23500.32240-2401113682 材料研究与应用 C MY K 万方数据 2 实验结果与分析 2.1 抗压强度 由图 1、 图 2 和图 3 可知， 随着粉煤灰的掺入， 混凝 土的前中期强度发展缓慢， 虽然后期强度增长速度有所 提升， 但最终强度较不掺加粉煤灰的混凝土低， 且随着 粉煤灰掺量的增加， 混凝土的抗压强度呈明显的下降趋 势。 当 C30 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 抗压强度相对空白样降低了 7%，掺量达到 30%时， 混凝土 56d 抗压强度降低了 13%。 当 C40 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 抗压强度相对空白样降低了 6%， 当级粉煤灰掺量 达到 30%时， 混凝土 56d 抗压强度降低了 9%； 当级粉 煤灰掺量达到 30%时， 其 56d 抗压强度相对空白样降低 了 6%，掺量达到 50%时，混凝土 56d 抗压强度降低了 10%。 当 C50 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 抗压强度相对空白样降低了 4%，掺量达到 30%时， 混凝土 56d 抗压强度降低了 7%；当级粉煤灰掺量达 到 30%时，其 56d 强度相对不掺加粉煤灰的降低了 2%， 掺量达到 50%时， 混凝土 56d 抗压强度降低了 8%。 由此可知， 粉煤灰的掺量越大， 混凝土抗压强度越 低， 且混凝土强度等级越低影响越大； 粉煤灰的质量等 级越高对抗压强度影响越小。 2.2 劈裂抗拉强度 由从图 4、 图 5 和图 6 可以看出， 掺加粉煤灰后混 凝土早龄期劈裂抗拉强度明显降低。 当 C30 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 劈裂抗拉强度相对空白样降低了 9%， 掺量达到 30% 时， 混凝土 56d 劈裂抗拉强度降低了 15%； 当 C40 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 劈裂抗拉强度相对空白样降低了 8%， 掺量达到 30% 时， 混凝土 56d 劈裂抗拉强度降低了 13%； 当 C40 混凝 土中级粉煤灰掺量达到 30%时， 其 56d 劈裂抗拉强度 相对空白样降低了 6%， 掺量达到 50%时， 混凝土 56d 劈 裂抗拉强度降低了 18%。 当 C50 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 劈裂抗拉强度相对空白样降低了 6%， 掺量达到 30% 图 4 单掺粉煤灰 C30 混凝土劈拉强度柱图 图 5 单掺粉煤灰 C40 混凝土劈拉强度柱图 图 6 单掺粉煤灰 C50 混凝土劈拉强度柱图 图 1 单掺粉煤灰 C30 混凝土抗压强度柱图 图 2 单掺粉煤灰 C40 混凝土抗压强度柱图 图 3 单掺粉煤灰 C50 混凝土抗压强度柱图 材料研究与应用 C MY K 万方数据 时， 混凝土 56d 劈裂抗拉强度降低了 10%； 当级粉煤 灰掺量达到 30%时， 其 56d 劈裂抗拉强度相对空白样降 低了 3%， 掺量达到 50%时， 混凝土 56d 劈裂抗拉强度降 低了 13%。 由此可知， 单掺粉煤灰情况下， 粉煤灰对劈裂抗拉 强度的影响规律和对抗压强度的影响趋于一致。 虽然前 者在中长龄期劈裂抗拉强度有明显增长， 但其最终强度 仍明显低于后者。因此单掺粉煤灰掺量较大时， 必须加 强混凝土的前期养护， 以降低混凝土早期开裂风险。 2.3 弹性模量 从图 7、 图 8 和图 9 可以看出， 单掺粉煤灰情况下 混凝土弹性模量随其掺量的增加而降低， 特别是混凝土 早期弹性模量降低尤为明显。 当 C30 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 弹性模量相对空白样弹性模量降低了 6%， 掺量达到 30%时， 混凝土 56d 弹性模量降低了 14%； 当 C40 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 弹性模量相对空白样强度降低了 6%， 掺量达到 30% 时， 混凝土 56d 弹性模量降低了 9%； 当级粉煤灰掺量 达到 30%时，其 56d 弹性模量相对空白样降低了 4%， 掺 量达到 50%时， 混凝土 56d 弹性模量降低了 11%。 当 C50 混凝土中级粉煤灰掺量达到 20%时， 其 56d 弹性模量相对空白样降低了 3%，掺量达到 30%时， 混凝土 56d 弹性模量降低了 6%；当级粉煤灰掺量达 到 30%时， 其 56d 弹性模量相对空白样降低了 3%， 掺量 达到 50%时， 混凝土 56d 弹性模量降低了 7%。 随着龄期的延长， 掺粉煤灰的混凝土试件的弹性模 量值将进一步提高，而普通混凝土提高的幅度较小， 掺 量越大影响越明显， 但弹性模量的最终值还是随粉煤灰 掺量的增加而降低。此外， 由于级粉煤灰和级粉煤 灰细度参数不同，掺入后对水化反应速率影响程度不 同， 进而对硬化混凝土弹性模量影响也会不同， 粉煤灰 质量等级越高， 对混凝土力学性能影响越小。 综上可知， 在单掺粉煤灰的情况下， 粉煤灰对混凝 土抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量影响的规律一 致， 随着粉煤灰掺量的增加、 粉煤灰质量等级和混凝土 强度等级的降低， 混凝土的力学性能降低。 3 结论 通过粉煤灰对 C30、 C40 和 C50 混凝土力学性能的 影响分析， 得到如下结论： 单掺粉煤灰对混凝土抗压强度、 劈裂抗拉强度和 弹性模量影响的规律一致，随着粉煤灰掺量的增加、 粉 煤灰质量等级和混凝土强度等级的降低， 混凝土的力学 性能降低。 II 级粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的 20%， I 级 粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的 30%。 粉煤灰掺量和质量对低标号混凝土力学性能的 影响程度较大。 大掺量粉煤灰时应特别注意粉煤灰材料的品质 稳定性和混凝土的早期养护。 【参考文献】 1 姜立萍,黄磊.粉煤灰的综合利用现状及发展趋势J. 煤化 工,2015,(02):64-68+63. 2 王书云.粉煤灰混凝土配合比研究D.山东大学,2005. 3 赵全胜.大掺量粉煤灰混凝土在工程中的应用研究D.河北 工业大学,2002. 4 侯炜,杨大可.不同掺量粉煤灰混凝土性能的研究J. 商品 混凝土,2017,(Z1):100-102. 5 杨斌,王珺卓,盛彬,方涛,