0 引言
水工混凝土通常体积结构较大，制作过程中容易出现内部结构与外界环境之间的明显温差，导致此类混凝土容易出现温度裂缝等问题。而掺入粉煤灰后水泥组分相对密度减小，由于粉煤灰的水化反应发生时间较晚，早期水化反应产生的热量显著减少，有利于改良水工混凝土常见的温度裂缝问题。而掺加粉煤灰后，混凝土结构早期抗压强度会由于部分水泥被粉煤灰取代而有所降低。养护龄期较长时，粉煤灰组分能够与水化反应产物发生进一步反应并形成铝酸钙，从而降低混凝土液相碱度，并形成黏结强度极高的水化硅酸纤维状晶体，改良混凝土力学性能，因而粉煤灰混凝土具有良好的应用前景。
目前，工程实践中粉煤灰混凝土已逐渐得到应用。实践表明，在混凝土中掺加适量粉煤灰后，结构耐久性、热学性能、变形性能、拌和料和易性等性质均能够得到有效提升；且粉煤灰作为热点工业废料，其取材便利、造价低廉，实现粉煤灰的有效应用能够提高工程的经济效益与环境效益。
结合工程规范要求，当前工程实践中所用的粉煤灰混凝土通常掺加含量在30%以下的粉煤灰，以改善混凝土应用性能。粉煤灰掺量较低，能避免强度等性能受到不利影响。但粉煤灰掺量进一步增加能够更加充分发挥粉煤灰性能并提高工程综合效益。限制粉煤灰掺量进一步提升的关键在其力学性能。本文对不同水灰比、不同粉煤灰掺量及不同养护龄期下水工混凝土的力学性能差异展开研究，以期推动粉煤灰混凝土的进一步应用。
1 试验材料及方法
1.1 试验材料
（1）水泥。水泥均为P·O42.5R级普通硅酸盐水泥，均采购自某水泥制品厂，水泥物理性能见表1。
（2）粗细骨料。粗骨料包含2种级配的石灰岩碎石，其中60%为粒径10～20mm的碎石颗粒，40%为粒径5～10mm的碎石颗粒；细骨料为当地河砂，测试其细度模数，结果为2.9。
（3）粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，主要性能见表2。
（4）减水剂。选用改进型FDN高效减水剂，建议用量为0.6%～2.5%，制备混凝土时，坍落度应控制在50～100mm。
1.2 试验方法
混凝土的水胶比为0.35、0.40，粉煤灰掺量分别取0、30%、40%、50%和60%，混凝土配合比见表3。
根据表3分别成型100mm×100mm×100mm标准立方体试件、150mm×150mm×150mm标准立方体试件和ϕ150×300mm圆柱体试件，分别用于抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验和抗压弹性模量试验。每组成型试件各3个，试件振动成型后放入养护室中进行标准养护。
2 结果及分析
2.1 抗压强度
比较不同粉煤灰掺量、不同水胶比、不同养护龄期条件下制备的粉煤灰混凝土立方体抗压强度及其差异，结果如图1所示。
根据图1可知，掺加粉煤灰后，混凝土立方体的抗压强度呈下降趋势。其中，7d时降低数值最大。在粉煤灰掺量的提升过程中这一降低幅度逐渐增加。养护龄期为28d条件下，粉煤灰掺量的提升也会导致混凝土抗压强度有所下降，但此时降低幅度已相对低于养护龄期7d时。延长养护龄期至90d，此时粉煤灰混凝土的抗压强度已经基本接近于未掺加粉煤灰的对照组混凝土，甚至有超出。养护龄期为180d条件下各组粉煤灰混凝土的强度发展规律近似于养护龄期为90d的粉煤灰混凝土，但相同粉煤灰掺量下强度提升幅度有所增加，其中掺加30%和40%粉煤灰的混凝土试件抗压强度已经明显高于未掺加粉煤灰的对照组混凝土试件。
2.2 劈裂抗拉强度
比较不同粉煤灰掺量、不同水胶比、不同养护龄期条件下制备的粉煤灰混凝土立方体劈裂抗拉强度，结果如图2所示。
根据图2可知：水胶比降低则混凝土劈裂抗拉强度有所提升；在水胶比固定不变的条件下，粉煤灰掺量增加时混凝土劈裂抗拉强度表现为前期增加、后期降低的发展趋势；粉煤灰掺量为30%左右时混凝土劈裂抗拉强度达到最高值，而后增加粉煤灰掺量，混凝土劈裂抗拉强度降低，但粉煤灰掺量为40%时制作的混凝土试件劈裂抗拉强度依旧高于未掺加粉煤灰的对照组混凝土试件劈裂抗拉强度。
2.3 抗压弹性模量
比较不同粉煤灰掺量、不同水胶比条件下制备的28d粉煤灰混凝土轴心抗压弹性模量，结果如图3所示。
根据图3可知：水胶比固定为0.40且掺加30%粉煤灰时，粉煤灰混凝土轴心抗压弹性模量相比未掺加粉煤灰的对照组混凝土试件提高约8.5%；而进一步提升粉煤灰掺量，混凝土抗压弹性模量反而有所下降，粉煤灰掺量为40%、50%和60%时制作的混凝土试件抗压弹性模量相对掺30%粉煤灰组的降低幅度分别为2.35%、7.54%和13.2%。降低水胶比至0.35，混凝土轴心抗压弹性模量发展趋势与水胶比为0.40时大致相同，但弹性模量有所下降，且粉煤灰掺量为40%及以上时抗压弹性模量降低幅度更加明显。其中掺加30%粉煤灰时，粉煤灰混凝土轴心抗压弹性模量相比未掺加粉煤灰的对照组混凝土试件提高约7.37%，粉煤灰掺量为40%、50%和60%时制作的混凝土试件抗压弹性模量相对掺30%粉煤灰组的降低幅度分别为2.030%、4.559%和7.110%。
综上所述，粉煤灰混凝土28d抗压弹性模量、劈裂抗拉强度会在粉煤灰掺量为30%附近出现明显拐点，进一步提高粉煤灰掺量会导致混凝土性能有所降低，因此建议粉煤灰掺量取30%左右。
2.4 机理分析
在粉煤灰的化学组成中，掺量较高的Al2O3和SiO2是粉煤灰表现出良好活性的主要原因所在，而水泥水化反应过程中粉煤灰在前期不会作为水化反应材料参与，而当养护龄期达到28d时水化反应已经进行了一部分，此时粉煤灰与水化反应中产生的部分产物发生二次水化反应，能够达到强化粉煤灰混凝土性能的效果。工程实践中可以通过掺加适当外加剂使粉煤灰结构外部玻璃体表面提前破坏，从而加快粉煤灰参与水化反应的进程。养护龄期达到90d以上时粉煤灰经二次水化反应形成黏结强度极高的水化硅酸纤维状晶体，这类晶体之间及其与混凝土基质之间相互黏结效果极强，能够显著提高粉煤灰混凝土的力学性能。
3 结语
（1）水胶比会对混凝土力学性能产生十分显著的影响，其中水胶比较小时制备的混凝土具有较高的弹性模量，劈裂抗拉强度和抗压强度也明显较高。
（2）粉煤灰掺量的改变会直接影响水工混凝土力学性能，通过调整外加剂、粉煤灰掺量，可以显著提升粉煤灰力学性能。其中，粉煤灰掺量为40%左右时的劈裂抗拉强度高于未掺粉煤灰的基准混凝土。
（3）养护龄期为90d时，粉煤灰掺量适宜的各组粉煤灰混凝土具有与基准混凝土大致相同的力学性能。而进一步延长养护龄期至180d时，多数粉煤灰混凝土试件强度已经高于基准组。其原因在于粉煤灰的掺入能够有效缓解混凝土水化反应导致的结构内部温度升高问题。（来源：《上海建材》2024.05）返回搜狐，查看更多
责任编辑：