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摘要:粉煤灰混凝土是指掺加一定数量粉煤灰组分的粉煤灰普通混凝土。在这类混凝土中粉煤灰是作为混凝土的掺合料在混凝土搅拌前或搅拌过程中与其它组分一样直接加入，所以它不同于生产水泥时与熟料共同磨细的混合材料。粉煤灰掺入混凝土后不仅可以取代部分水泥而且能改善混凝土的一系列性能。本文主要介绍了优质粉煤灰不同掺量时的减水作用以及优质粉煤灰与外加剂的叠加效应对混凝土拌合物性能和硬化混凝土抗压强度的影响。
关键词:粉煤灰; 掺量;减水作用;与外加剂适应性;活性指数;混凝土抗压强度
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
[作者简介] 周会林,男，胶凝材料及制品专业，现任海南澄迈新丽鑫混凝土有限公司总工。
1、 前言
需水量是粉煤灰混凝土工程应用的一项非常重要的物理性能指标，粉煤灰的需水量越小，其减水作用就越大，粉煤灰的工程利用价值就越高。
减水剂分散粉煤灰颗粒比分散水泥颗粒效果更好，亦即粉煤灰与外加剂的适应性比水泥更好。
粉煤灰活性在混凝土中的发挥同粉煤灰的需水性以及粉煤灰与外加剂的适应性关系密切，但是，GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中评价粉煤灰活性时忽略了粉煤灰需水性对活性的影响。
本文旨在讨论粉煤灰的需水性以及粉煤灰与外加剂的适应性对粉煤灰混凝土拌合物性能和硬化混凝土抗压强度的影响。
2、试验研究及结果分析
2.1、试验用原材料性能
水泥。华润“海岛”P·O42.5R级水泥，技术指标见表1：
表1
细骨料。海南海角澄迈南渡江河砂，技术指标见表2：
表2
粗骨料。选用海南澄迈福山石场碎石，技术指标见表3：
表3
（4）粉煤灰。马村电厂F类Ⅱ级粉煤灰，技术指标见表4：
表4
减水剂。深圳五山N型缓凝高效减水剂，技术指标见表6：
表5
2.2、粉煤灰+水泥体系的复合胶凝材料试验及结果分析
将粉煤灰等量取代0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的水泥配制复合胶凝材料。
2.2.1按GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》规定的測试方法，分别检测粉煤灰不同掺量时的需水量比及28天活性指数，试验测定的复合胶凝材料胶砂强度数据如表6：
表6
由表6的试验结果不难看出，粉煤灰掺量为0～60%时，粉煤灰的减水作用随着掺量的增大而提高，胶砂水胶比随着掺量的增大而降低，这有利于粉煤灰火山灰活性的发挥。但不是所有的粉煤灰都具有减水作用，笔者在进行粉煤灰进厂质量验收时曾经遇到过这样的粉煤灰,按照 GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》测得其需水量比为128%，没有准许入库、作了退货处理。事后按GB/T1596-2005测得其活性指数为92%，大大超出了GB/T1596-2005所规定的70%的要求，但是用C30级泵送混凝土配合比进行试配验证时发现单方用水量要增加35kg才能满足坍落度要求,在保持胶凝材料组成及用量不变的条件下混凝土强度降幅明显。
而GB/T1596-2005所规定的活性指数试验方法，是在保持水胶比、用水量不变的条件下评价粉煤灰活性，忽略了粉煤灰需水性对强度的影响, 笔者以为这对于粉煤灰品质的评价有失公允，值得商榷。
2.2.2按GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》规定的测试方法，分别检测粉煤灰不同掺量时的标准稠度用水量、凝结时间、安定性，试验测定的复合胶凝材料性能数据如表7：
表7
表7的试验结果表明，粉煤灰掺量不大于60%时所复合的水泥粉煤灰体系，其凝结时间、安定性均满足要求，可以用于拌制混凝土。但是，水泥粉煤灰体系净浆的标准稠度用水量随着粉煤灰掺量的增大而升高，表现出与表6水泥粉煤灰体系胶砂相反的需水性。
2.2.3按GB/T8076-2008《混凝土外加剂》规定的测试方法，分别检测粉煤灰不同掺量时与外加剂的净浆流动度，试验测定的复合胶凝材料性能数据如表8：
表8
由表8的试验结果不难看出，粉煤灰掺量不大于60%时，使掺粉煤灰的净浆流动度达到纯水泥净浆流动度±5mm范围，外加剂掺量随着粉煤灰掺量的增大而呈下降趋势，表明粉煤灰与外加剂适应性比水泥更好。
2.3、混凝土配合比试验及结果分析
2.3.1 用第2.1条选定的原材料、将粉煤灰等量取代0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的水泥进行混凝土试验，试验配合比如表9所示(单位:kg/m3) ：
表9
从表11可以看出，粉煤灰掺量不大于60%时，在20℃的养护温度条件下，同一强度等级的混凝土，粉煤灰的掺入会降低早期强度，并且随着粉煤灰掺量的增加，60天之前强度呈现下降趋势，60天时多数接近甚至超过基准混凝土，而90天强度总体超过基准混凝土。
这也符合粉煤灰的水化属二次反应且水化反应缓慢的理论。理论上讲，粉煤灰的水化属二次反应，也就是，首先是水泥熟料矿物的水化，然后粉煤灰的玻璃体中的活性SiO2、Al2O3与熟料矿物水化所释放出的Ca(OH)2反应。但是，粉煤灰的球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化。在水泥水化7天后的粉煤灰颗粒表面，几乎没有变化，直到28天，刚能见到表面开始初步水化，略有凝胶状的水化物出现，在水化90天后，粉煤灰颗粒表面才开始生成大量的水化硅酸钙胶体，它们互相交叉连接，形成很好的粘接强度。
由于粉煤灰的减水作用和与外加剂的叠加效应，粉煤灰的掺入，降低了拌合水量，从而降低了水胶比，进而保证了28天强度满足配制强度的要求。
考虑到深圳常年的气温条件，低温时10℃左右，高温时30℃以上、但一般没有出现超过40℃的极端天气，试验中增加了10℃、30℃两种养护温度来养护第1号、第9号、第19号三个配合比拌制的试件。从表11的结果可以看出，不掺粉煤灰时，养护温度对28天之前的强度影响大，早期强度随着养护温度的升高而升高，但28天后的强度受养护温度影响小，同龄期不同养护温度下的试件强度非常接近；而掺有40%、50%的粉煤灰时，养护温度对各龄期强度的影响都大，强度随着养护温度的升高而升高，到了90天龄期仍保持着较大的增长幅度。由于粉煤灰水化缓慢，养护温度正影响着粉煤灰的水化速度，因此粉煤灰混凝土中后期强度仍然受温度影响大。
3、结束语
3.1、优质粉煤灰需水量小，随着掺量的增加表现出明显的减水作用，再者，优质粉煤灰与外加剂适应性好，利用优质粉煤灰与外加剂的叠加效应，可以有效提高粉煤灰混凝土的早期强度；
3.2、利用优质粉煤灰取代水泥，能降低水化热、延长凝结时间，适量提高粉煤灰掺量可以有效控制因水化热引起的温度裂缝,特别适合于大体积混凝土。如果条件许可，工程上能够利用60天或者90天的强度，对于提高工程质量、降低工程造价很有意义；
3.3、养护的温湿度对粉煤灰混凝土强度影响时间长，因此综合考虑环境条件有利于粉煤灰混凝土的工程应用及耐久性。
参考文献:
[1] GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[S]
[2] GBJ146-90《粉煤灰混凝土应用技术规范》[S]
[3] GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》[S]
[4] GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》[S]
[5] GB/T8076-2008《混凝土外加剂》[S]
[6] GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》[S]
[7] 钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M]. 北京：科学出版社,2002.
[8] 袁润章.胶凝材料学[M]. 武汉：武汉工业大学出版社,1989:165-166.
关键词:粉煤灰; 掺量;减水作用;与外加剂适应性;活性指数;混凝土抗压强度
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
[作者简介] 周会林,男，胶凝材料及制品专业，现任海南澄迈新丽鑫混凝土有限公司总工。
1、 前言
需水量是粉煤灰混凝土工程应用的一项非常重要的物理性能指标，粉煤灰的需水量越小，其减水作用就越大，粉煤灰的工程利用价值就越高。
减水剂分散粉煤灰颗粒比分散水泥颗粒效果更好，亦即粉煤灰与外加剂的适应性比水泥更好。
粉煤灰活性在混凝土中的发挥同粉煤灰的需水性以及粉煤灰与外加剂的适应性关系密切，但是，GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中评价粉煤灰活性时忽略了粉煤灰需水性对活性的影响。
本文旨在讨论粉煤灰的需水性以及粉煤灰与外加剂的适应性对粉煤灰混凝土拌合物性能和硬化混凝土抗压强度的影响。
2、试验研究及结果分析
2.1、试验用原材料性能
水泥。华润“海岛”P·O42.5R级水泥，技术指标见表1：
表1
细骨料。海南海角澄迈南渡江河砂，技术指标见表2：
表2
粗骨料。选用海南澄迈福山石场碎石，技术指标见表3：
表3
（4）粉煤灰。马村电厂F类Ⅱ级粉煤灰，技术指标见表4：
表4
减水剂。深圳五山N型缓凝高效减水剂，技术指标见表6：
表5
2.2、粉煤灰+水泥体系的复合胶凝材料试验及结果分析
将粉煤灰等量取代0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的水泥配制复合胶凝材料。
2.2.1按GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》规定的測试方法，分别检测粉煤灰不同掺量时的需水量比及28天活性指数，试验测定的复合胶凝材料胶砂强度数据如表6：
表6
由表6的试验结果不难看出，粉煤灰掺量为0～60%时，粉煤灰的减水作用随着掺量的增大而提高，胶砂水胶比随着掺量的增大而降低，这有利于粉煤灰火山灰活性的发挥。但不是所有的粉煤灰都具有减水作用，笔者在进行粉煤灰进厂质量验收时曾经遇到过这样的粉煤灰,按照 GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》测得其需水量比为128%，没有准许入库、作了退货处理。事后按GB/T1596-2005测得其活性指数为92%，大大超出了GB/T1596-2005所规定的70%的要求，但是用C30级泵送混凝土配合比进行试配验证时发现单方用水量要增加35kg才能满足坍落度要求,在保持胶凝材料组成及用量不变的条件下混凝土强度降幅明显。
而GB/T1596-2005所规定的活性指数试验方法，是在保持水胶比、用水量不变的条件下评价粉煤灰活性，忽略了粉煤灰需水性对强度的影响, 笔者以为这对于粉煤灰品质的评价有失公允，值得商榷。
2.2.2按GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》规定的测试方法，分别检测粉煤灰不同掺量时的标准稠度用水量、凝结时间、安定性，试验测定的复合胶凝材料性能数据如表7：
表7
表7的试验结果表明，粉煤灰掺量不大于60%时所复合的水泥粉煤灰体系，其凝结时间、安定性均满足要求，可以用于拌制混凝土。但是，水泥粉煤灰体系净浆的标准稠度用水量随着粉煤灰掺量的增大而升高，表现出与表6水泥粉煤灰体系胶砂相反的需水性。
2.2.3按GB/T8076-2008《混凝土外加剂》规定的测试方法，分别检测粉煤灰不同掺量时与外加剂的净浆流动度，试验测定的复合胶凝材料性能数据如表8：
表8
由表8的试验结果不难看出，粉煤灰掺量不大于60%时，使掺粉煤灰的净浆流动度达到纯水泥净浆流动度±5mm范围，外加剂掺量随着粉煤灰掺量的增大而呈下降趋势，表明粉煤灰与外加剂适应性比水泥更好。
2.3、混凝土配合比试验及结果分析
2.3.1 用第2.1条选定的原材料、将粉煤灰等量取代0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的水泥进行混凝土试验，试验配合比如表9所示(单位:kg/m3) ：
表9
从表11可以看出，粉煤灰掺量不大于60%时，在20℃的养护温度条件下，同一强度等级的混凝土，粉煤灰的掺入会降低早期强度，并且随着粉煤灰掺量的增加，60天之前强度呈现下降趋势，60天时多数接近甚至超过基准混凝土，而90天强度总体超过基准混凝土。
这也符合粉煤灰的水化属二次反应且水化反应缓慢的理论。理论上讲，粉煤灰的水化属二次反应，也就是，首先是水泥熟料矿物的水化，然后粉煤灰的玻璃体中的活性SiO2、Al2O3与熟料矿物水化所释放出的Ca(OH)2反应。但是，粉煤灰的球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化。在水泥水化7天后的粉煤灰颗粒表面，几乎没有变化，直到28天，刚能见到表面开始初步水化，略有凝胶状的水化物出现，在水化90天后，粉煤灰颗粒表面才开始生成大量的水化硅酸钙胶体，它们互相交叉连接，形成很好的粘接强度。
由于粉煤灰的减水作用和与外加剂的叠加效应，粉煤灰的掺入，降低了拌合水量，从而降低了水胶比，进而保证了28天强度满足配制强度的要求。
考虑到深圳常年的气温条件，低温时10℃左右，高温时30℃以上、但一般没有出现超过40℃的极端天气，试验中增加了10℃、30℃两种养护温度来养护第1号、第9号、第19号三个配合比拌制的试件。从表11的结果可以看出，不掺粉煤灰时，养护温度对28天之前的强度影响大，早期强度随着养护温度的升高而升高，但28天后的强度受养护温度影响小，同龄期不同养护温度下的试件强度非常接近；而掺有40%、50%的粉煤灰时，养护温度对各龄期强度的影响都大，强度随着养护温度的升高而升高，到了90天龄期仍保持着较大的增长幅度。由于粉煤灰水化缓慢，养护温度正影响着粉煤灰的水化速度，因此粉煤灰混凝土中后期强度仍然受温度影响大。
3、结束语
3.1、优质粉煤灰需水量小，随着掺量的增加表现出明显的减水作用，再者，优质粉煤灰与外加剂适应性好，利用优质粉煤灰与外加剂的叠加效应，可以有效提高粉煤灰混凝土的早期强度；
3.2、利用优质粉煤灰取代水泥，能降低水化热、延长凝结时间，适量提高粉煤灰掺量可以有效控制因水化热引起的温度裂缝,特别适合于大体积混凝土。如果条件许可，工程上能够利用60天或者90天的强度，对于提高工程质量、降低工程造价很有意义；
3.3、养护的温湿度对粉煤灰混凝土强度影响时间长，因此综合考虑环境条件有利于粉煤灰混凝土的工程应用及耐久性。
参考文献:
[1] GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[S]
[2] GBJ146-90《粉煤灰混凝土应用技术规范》[S]
[3] GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》[S]
[4] GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》[S]
[5] GB/T8076-2008《混凝土外加剂》[S]
[6] GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》[S]
[7] 钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M]. 北京：科学出版社,2002.
[8] 袁润章.胶凝材料学[M]. 武汉：武汉工业大学出版社,1989:165-166.