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復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響論文
摘 要：混凝土的性能受多種因素的影響，摻入粉煤灰和硅灰，混凝土的性能會(huì)有明顯的改善。對(duì)單摻粉煤灰、硅灰和復(fù)摻粉煤灰、硅灰對(duì)混凝土力學(xué)性能影響的研究，并展望了復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)混凝土性能的研究前景。
關(guān)鍵詞：混凝土；粉煤灰；硅灰；力學(xué)性能
混凝土是當(dāng)前用途最廣、用量最大的人造土木工程材料，也是單位質(zhì)量產(chǎn)品能耗最低的材料之一，并主要用于工程結(jié)構(gòu)。眾多研究表明，在混凝土中摻入礦物摻合料既能減少水泥用量也能改善混凝土的力學(xué)性能，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料，不但能取代水泥、節(jié)約能源以及減少環(huán)境污染，也被譽(yù)為混凝土的“第六組分”。例如粉煤灰是一種具有火山灰活性的礦物摻合料，在混凝土中摻入粉煤灰，將有利于其后期強(qiáng)度的發(fā)展。但單一的礦物摻合料對(duì)混凝土性能會(huì)產(chǎn)生一些不利影響，例如新拌混凝土的泌水量會(huì)變大、和易性變差、早期強(qiáng)度降低等，使它在工程應(yīng)用中受到一些限制。如果將兩種甚至多種礦物摻合料復(fù)合使用，可能會(huì)產(chǎn)生復(fù)合交互效應(yīng)，不失為改善混凝土綜合性能的有效途徑。已有研究表明同時(shí)在混凝土中摻粉煤灰和礦粉，比單摻粉煤灰或礦粉具有更好的效果。
在我國，硅灰通常是作為摻合料用于混凝土產(chǎn)業(yè)中，不僅可節(jié)約水泥熟料，降低成本，還能減少環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境，此外硅灰具有很好的活性，能夠很好的改善混凝土的性能。
由此，本文對(duì)不同齡期，不同水膠比，單摻和復(fù)摻粉煤灰、硅灰混凝土的抗壓和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
1 試驗(yàn)原材料與方案
1.1 試驗(yàn)原材料
1.1.1 膠凝材料
水泥：試驗(yàn)采用杭州海獅水泥有限公司產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，其化學(xué)成分及物理力學(xué)性能如表1所示。
1.1.2 其它材料
試驗(yàn)所用的砂為天然河砂，屬于Ⅱ級(jí)中砂，孔隙率40.2%，細(xì)度模數(shù)2.6，堆積密度1630kg/m3，表觀密度2.56g/cm3；石子為5mm-25mm的碎石，堆積密度為1465kg/m3；減水劑為萘系高效減水劑，減水效率20%；水為自來水。
1.2 試驗(yàn)方案
①在水膠比為0.5的情況下，取砂率為34%。用粉煤灰替代0%、15%、30%以及45%的水泥，對(duì)不同粉煤灰摻量的混凝土抗拉、抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗拉、壓強(qiáng)度的影響；
�、谠谠囼�(yàn)①的基礎(chǔ)上，摻入硅灰，分析復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度的影響；
�、墼谠囼�(yàn)①、②的基礎(chǔ)上，分別取水膠比0.4和0.6，對(duì)混凝土抗拉、抗壓強(qiáng)度進(jìn)行研究，分析水膠比對(duì)復(fù)摻粉煤灰和硅灰的混凝土抗拉、抗壓強(qiáng)度的影響；
為了所拌制的混凝土能滿足施工泵送要求，調(diào)配外加劑的摻量，使混凝土的坍落度處于160mm-180mm內(nèi)�；炷恋木唧w配合比如表4所示。
混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度的試件尺寸為150mm×150mm× 150mm，并按規(guī)范要求制作、養(yǎng)護(hù)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到3d、7d、28d時(shí)分別測(cè)試不同配合比的混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。
2 試驗(yàn)結(jié)果和分析
2.1 粉煤灰摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
從圖1、圖2可知，混凝土的強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的變化而變化，摻入粉煤灰使混凝土的前期抗壓強(qiáng)度均有所下降，其中FA30（0.5）和FA45（0.5）這兩組降幅較明顯。此外，7d齡期前摻粉煤灰的混凝土的抗壓強(qiáng)度發(fā)展比未摻粉煤灰的慢，且摻量越大，強(qiáng)度增長越緩慢。但在后期，粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度增長較快。在28d齡期時(shí)，F(xiàn)A15（0.5）的抗壓強(qiáng)度甚至要大于FA0（0.5），而FA30（0.5）和FA45（0.5）的抗壓強(qiáng)度雖增長較快，但仍舊比FA0（0.5）的低。
在劈裂抗拉強(qiáng)度方面，早期摻粉煤灰混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，F(xiàn)A45（0.5）的尤其明顯。后期摻粉煤灰混凝土的抗拉強(qiáng)度有所提高，但仍然比FA0（0.5）的要低。由此可見，劈裂抗拉強(qiáng)度可能是限制摻粉煤灰混凝土綜合性能的一個(gè)指標(biāo)。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，分析混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系（如圖3），得式2-1：
由此可知，本次試驗(yàn)所擬合的公式和現(xiàn)有已知公式雖大致相同，但還存在差異，考慮試驗(yàn)組數(shù)有限，系統(tǒng)誤差得不到完全檢定和校正。
2.2 單摻硅灰及復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
根據(jù)以上分析結(jié)果，認(rèn)為粉煤灰摻量的相對(duì)最佳值約為30%，因此以下試驗(yàn)均以粉煤灰摻量30%為試驗(yàn)參數(shù)。從圖4，圖5可知，在3d齡期，F(xiàn)A0S（0.5）的抗壓強(qiáng)度要比FA0（0.5）的低，且FA30S（0.5）的抗壓強(qiáng)度比FA30（0.5）的要低。但到了7d齡期，F(xiàn)A0S（0.5）的抗壓強(qiáng)度有明顯的增長且比FA0（0.5）的要高。到28d齡期時(shí)，F(xiàn)A0S（0.5）的抗壓強(qiáng)度雖然比FA0（0.5）的要高，但是相差不大。FA30S（0.5）的抗壓強(qiáng)度在3d，7d齡期時(shí)雖然都比FA30（0.5）的要低，但是增長速度比FA30（0.5）的要快，到了28d齡期時(shí)，F(xiàn)A30S（0.5）的抗壓強(qiáng)度就比FA30（0.5）的要高�？梢姽杌沂强梢蕴岣呋炷猎缙趶�(qiáng)度的。
在劈裂抗拉強(qiáng)度方面，早期FA0S（0.5）的抗拉強(qiáng)度比FA0（0.5）的要低，F(xiàn)A30S（0.5）的抗拉強(qiáng)度也要低于FA30（0.5）的抗拉強(qiáng)度。在7d齡期和28d齡期時(shí)，F(xiàn)A0S（0.5）的抗拉強(qiáng)度比FA0（0.5）和FA30（0.5）的抗拉強(qiáng)度均有較大的提升，而FA30S（0.5）的抗拉強(qiáng)度比FA30（0.5）的抗拉強(qiáng)度要低。
綜上所述，單摻硅灰可以提高混凝土早期的抗壓和抗拉強(qiáng)度。在此次試驗(yàn)中硅灰對(duì)強(qiáng)度的提高不能彌補(bǔ)粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的減少，可能它們之間存在一個(gè)最優(yōu)配比，既能提高混凝土的強(qiáng)度也能彌補(bǔ)單摻粉煤灰混凝土在前期抗拉強(qiáng)度的不足。
2.3 水膠比對(duì)復(fù)摻粉煤灰和硅灰混凝土強(qiáng)度的影響
從圖6，圖7分析可知，在混凝土其它配比不變，養(yǎng)護(hù)條件相同的情況下，F(xiàn)A30S（0.4）的抗壓強(qiáng)度在3d齡期雖然是最小，但增幅最大。到28d齡期時(shí)，F(xiàn)A30S（0.4）抗壓強(qiáng)度最大，F(xiàn)A30S（0.6）的抗壓強(qiáng)度最小，F(xiàn)A30S（0.5）則居中。
在抗拉強(qiáng)度方面，3d齡期時(shí)，三者的抗拉強(qiáng)度相差不大，到了28d齡期，F(xiàn)A30S（0.4）抗拉強(qiáng)度最大，F(xiàn)A30S（0.6）的抗拉強(qiáng)度最小，F(xiàn)A30S（0.5）居中。
可見，復(fù)摻粉煤灰和硅灰的混凝土抗壓，抗拉強(qiáng)度與普通混凝土一樣，在一定范圍內(nèi)隨著水膠比的增大而減小。
3 結(jié)語
混凝土在摻入粉煤灰后，若量較少則對(duì)混凝土前期的強(qiáng)度影響不大，摻量過大則強(qiáng)度會(huì)有明顯的降低。在中后期摻粉煤灰的混凝土的強(qiáng)度增長較快。當(dāng)摻量在15%和30%之間時(shí)，28d齡期的抗壓強(qiáng)度會(huì)比未摻粉煤灰的混凝土高。但粉煤灰對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度增幅較小。
單摻硅灰會(huì)提高早期混凝土的抗壓，抗拉強(qiáng)度。復(fù)摻粉煤灰和硅灰時(shí)，它們之間應(yīng)該存在一個(gè)最優(yōu)配比，既能提高混凝土的強(qiáng)度也能彌補(bǔ)單摻粉煤灰混凝土在早期抗拉強(qiáng)度的不足。
在混凝土其它配比不變，養(yǎng)護(hù)條件相同的情況下�；炷镣g期的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著水膠比的減小而逐漸提高�？梢姡z比是影響混凝土強(qiáng)度的不能忽視的重要因素。
混凝土的強(qiáng)度會(huì)隨著齡期的延長而增大。
在進(jìn)行公路，橋梁，機(jī)場(chǎng)等道面混凝土施工時(shí)，不妨在混凝土中復(fù)摻粉煤灰和硅灰，并用高效減水劑控制好坍落度，這樣不僅混凝土早期強(qiáng)度得到提高，而且后期強(qiáng)度的增長也有了保證，混凝土的性能和結(jié)構(gòu)得以改善。
4 展望
本研究中硅灰摻量只有5%一種，且只與30%摻量的粉煤灰復(fù)摻。復(fù)摻其它量的硅灰和粉煤灰對(duì)于混凝土力學(xué)性能的影響還有待研究。
本研究中混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)齡期為3d，7d，28d，對(duì)于后期粉煤灰和硅灰對(duì)混凝土的力學(xué)性能的影響無法準(zhǔn)確得知，還有待于延長齡期進(jìn)行觀察試驗(yàn)。
本研究中，混凝土試塊是在20℃恒溫養(yǎng)護(hù)條件下測(cè)試混凝土的力學(xué)性能，而實(shí)際應(yīng)用中環(huán)境溫度變化會(huì)可能會(huì)導(dǎo)致其性能變化，因此不同溫度養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的性能有待研究。
本研究只研究了粉煤灰和硅灰對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，而實(shí)際應(yīng)用中還可能要考慮到混凝土的抗凍性，抗?jié)B性，耐久性等性能。所以粉煤灰和硅灰對(duì)混凝土其它性能的影響還有待研究。
確定一個(gè)改進(jìn)混凝土綜合性能的最優(yōu)粉煤灰、硅灰替代比并將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。既能減少水泥用量，改善混凝土性能，又科學(xué)環(huán)保符合可持續(xù)發(fā)展的主題。隨著我國的建筑不斷向高層化、大型化、現(xiàn)代化發(fā)展，高性能混凝土必將越來越受到人們的重視。
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