不同掺量粉煤灰混凝土的强度试验
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【摘要】强度指标是混凝土最重要的力学性能之一。粉煤灰的掺入对混凝土强度有很大的影响,其影响程度与粉煤灰性质、粉煤灰掺量、水泥材料的水胶比以及试验龄期等因素有关。本文通过试验主要研究了在其他条件相同情况下粉煤灰的掺入量对混凝土强度的影响。
【关键词】掺量;粉煤灰混凝土;配比设计;优化配比;喷射混凝土
中图分类号： TU522.3+5 文献标识码： A 文章编号：
一．前言
粉煤灰是发电厂发电过程中燃烧废弃物之一。粉煤灰掺入混凝土，在土木工程及道路建造中，应用的较为广泛。由于轻骨料的自身缺陷，如吸水率高，强度低，容重变化大等缺点，粉煤灰在掺入混凝土过程中，对轻骨料的包裹性, 可以减少用水量, 从而在一定程度增加混凝土的强度、和易性和耐久性, 并且也可用提高混凝土的抗冻性, 对北方严寒地区, 尤其是常年处于水中的桥梁墩台的粉煤灰混凝土的使用具有一定的参考价值和意义。
二．试验材料与试验方案
本文试验案例，根据混凝土标准规范，以及混凝土耐久性试验, 并应用CH-5压力试验机，对混凝土立方体试件单轴抗压强度进行试验。其抗压强度试件的尺寸为100mm×100mm×100mm 立方体，放入养护箱进行养护试验，并且测得3d、7d,、14d、 21d,、28 d、 90 d的抗压强度; 抗冻性试件采用了尺寸为100mm×100mm ×100mm的试件。混凝土的冻融循环试验按照GB /T50082-2009的普通混凝土长期性、耐久性试验方法标准进行, 在试验前，要将试件浸泡4日,直到内部饱水状态以后才可以开始进行冻融循环,每进行25次冻融循环以后取出试件，做一次抗压强度测定、及强度损失率。
1. 试验材料
(一)水泥: 冀东P. O42. 5普通硅酸盐水泥。
(二)粗骨料: 浮石集料。
(三)细骨料: 天然河沙，颗粒级配良好。其细度模数为2. 56，,含泥量百分之二，堆积密度为每立方米为1465 kg，表观密度每立方米为2645 kg，其含水率为1. 987%。
(四)粉煤灰；
(五)减水剂: RSD-8型高效减水剂,。主要成分是萘酸钠甲醛高缩聚物。掺量为百分之三，减水率可达百分之二十，并且对钢筋没有锈蚀作用。
(六)水: 普通的自来水。
2 .试验方案
通过对混凝土的性能的试验研究, 试验内容为粉煤灰混凝土抗压、抗冻能力方面的试验;
选择LC40强度等级混凝土作为本实验的基准混凝土,增加粉煤灰的掺量作为试验组。粉煤灰的掺量按水泥质量的百分比计算，分别为百分之十五( FA组) , 百分之二十(FB组),百分之三十(FC组),百分之四十五(F组),百分之六十(FE组)。
三.试验结果与分析
1.混凝土强度特征分析
不同掺量的粉煤灰，它的作用也不同，并且，它的抗压强度增长规律也不尽相同。例如，粉煤灰的含量在百分之二十以内时,尤其是在含量超过百分之十五，接近百分之二十的时候，早期强度和不掺粉煤灰的混凝土的强度相差不大,这是因为粉煤灰在取代部分水泥的时候,它只是降低了水泥的密度,在施工中减缓了水泥前期的水化强度;粉煤灰水化反应一般在14d左右，它和水泥的水化产物CH产生二次水化反应, 使混凝土在水化过程中趋于均衡、平稳,并且粉煤灰还可以把混凝土中的轻骨料包裹起来，粉煤灰中活性成分反应生成的水化硅酸钙CSH 凝胶,它能够把轻骨料中的孔隙填满,并且还能增强混凝土的密实度,使其后期强度增大,这时,粉煤灰混凝土会随着掺量和龄期的增加,其抗压强度也趋于对数关系。
粉煤灰掺量大于百分之二十，在百分之三十到六时的时候，随着粉煤灰掺量的增加,其抗压强度反而降低了,这是由于粉煤灰的掺量过大,并且超过了混凝土的包裹量, 在二次水化作用后, 多余的粉煤灰颗粒形成一层界面覆盖在浆体周围, 造成混凝土内部产生多层界面, 使得内部稳定性变差, 直接影响了混凝土的强度, 造成掺量与强度成反比, 并且使得后期抗压强度增长相对百分之十五以上，接近百分之二十的掺量来看，其强降低减小,强度发育比较平缓, 呈现非线性的二次多项式。
2.混凝土抗压强度的回归分析
根据表5(混凝土试验结果)和图1(混凝土的抗压强度与龄期的关系)的曲线, 利用数学模型进行回归分析, 得到各个掺量的拟合方程。
掺量百分之零、百分之十五、百分之二十的方程为: fn = A ln( d ) + B ;
掺量在百分之三十、百分之四十五、百分之六十时的方程为:f n=-Cd2+Dd+E；式中: fn-n天龄期的混凝土的强度/MPa；
d-代表养护龄期;
R-代表相关系数;
3.冻融后抗压强度试验分析
粉煤灰混凝土试块的强度值随着冻融循环次数的增加抗压强度都在逐渐减小。粉煤灰掺量为百分之二十的混凝土试块在不同的冻融循环次数后的抗压强度值始终保持最大, 并且通过冻融前后抗压强度的对比, 掺量百分之二十的损失率最低。
从总体上来看,由于在负温度的条件下,水容易结成冰并且造成体积的膨胀,这和混凝土在反复冻融后的强度降低的特征非常相似。掺入不同量的粉煤灰对混凝土的抗冻性能会有不同的影响, 当掺入百分之十五至百分之三十时, 在反复冻融后混凝土的强度大于不掺粉煤灰的强度, 可以分两方面解释: 一是在混凝土中用粉煤灰部分代替水泥, 能吸收水泥水化生成的氢氧化钙而改善界面结构, 使之不致与因浸析而扩大冰冻产生过多的裂缝; 二是粉煤灰的二次水化作用产生的填充效应, 可以使截留空气量和泌水量减少, 改善混凝土的孔结构, 降低混凝土的孔隙率, 从而增加了密实度。当粉煤灰掺量超过百分之三十时, 粉煤灰代替水泥的量增加, 粉煤灰过多使得混凝土产生多层界面造成稳定性较差, 再加上轻骨料自身强度也不高, 经过多次冻融后, 混凝土孔隙逐渐增多, 裂缝逐渐扩大, 密实度越来越低, 所以混凝土的强度随着掺量的增加而减少。
4.混凝土100次冻融前后的应力-应变关系曲线
通过试验得出各组应力应变曲线, 取出QA、FB、FD、FE组作为代表组, 对混凝土冻融前后的应力应变进行对比分析。
( 1)冻融前后混凝土应力-应变全曲线相似, 由上升段和下降段组成, 并含有比例极限点、临界应力点、峰值点、反弯点和收敛点;
( 2)不同掺量粉煤灰混凝土的应力应变曲线形状类似, 上升段接近直线, 当到达峰值应力时, 曲线斜率减小为零, 但没有水平段, 随后曲线下降, 下降段比较陡, 当应力为峰值的百分之二十 左右时,曲线趋于水平;
( 3) 冻融后的应力-应变曲线的上升段较平缓, 趋于抛物线形式; 当到达峰值应力时, 曲率减小为零, 随后下降, 下降段也较平缓, 最后趋于直线;
( 4)掺量小于百分之二十时,曲线的斜率变大,下降段变陡,这是由于一定掺量的粉煤灰发生的水化反应一定程度的增加了混凝土的弹性模量; 随粉煤灰的增加掺量大于百分之二十时,曲线上升段的斜率较小,下降段变得越缓。
五.结束语
粉煤灰混凝土不仅能节约水泥，还减少了细骨料用量，从而降低了混凝土成本，同时充分利用粉煤灰，可减少占地面积，可改善环境污染，具有一定社会效益.因此，加强粉煤灰混凝土性能研究，促进粉煤灰混凝土的应用，对于我国经济与社会和谐发展具有重要意义。
参考文献：
[1] 刘爱亮《粉煤灰在混凝土中的作用》 内蒙古科技与经济. 2007(03)
[2] 周大勇,张光辉《粉煤灰在预拌混凝土中的研究和应用》 辽宁建材. 2007(01)