作者：姚韋靖 龐建勇 編輯：雲南氟業

當今，作為土木工程用量最大的材料——混凝土，其中水泥作為其最主要的組成部分，用量之大不言而喻。随着社會的發展，自然資源開發日益加劇，更加要求土木行業能夠節約、合理利用資源，研究開發新的産品來替代建築材料。國内，由吳中偉院士首次提出“環保型膠凝材料”和“綠色高性能混凝土”的概念，即在保證混凝土性能的前提下，大量利用工業廢渣來代替水泥的建議，為“變廢為寶”指明了方向。

而本文使用的超細粉煤灰，是一種具有更細粒度的特殊粉煤灰，通過試驗，對比了兩種粉煤灰混凝土的綜合性能，超細粉煤灰比粉煤灰混凝土具有更大的優勢，更能有效降低水泥用量，滿足當前提出的綠色、環保、節約要求。

1 材料與增強機理概述

1.1 粉煤灰與超細粉煤灰

粉煤灰：煤燃燒後煙氣中收集的細灰，是燃煤電廠排出的工業廢料。

超細粉煤灰：是由粉煤灰經過分級、篩選而來，其細度介于普通矽酸鹽水泥和矽灰之間，本文使用的超細粉煤灰直徑小于32μm。

1.2 超細粉煤灰增強機理

超細粉煤灰作為優質的外加劑，理論上可以等量取代水泥，由于其直徑較水泥小，形成更好的顆粒級配，其增強機理如下：

(1)填料效應：超細顆粒有效填充于混凝土的空隙之中，孔隙率降低，密實度增加，提高混凝土強度。

(2)活化效應：粉煤灰中活性成分SiO2和Al2O3與水化過程中産生的Ca(OH)2反應，生成水化矽酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣晶體。

(3)減水效應：可以證明，膠凝材料顆粒越細，混凝土的初始流動速度越大，流動度相同時，水灰比可降低7%～9%。

具體作用過程為：首先，粉煤灰中的活性SiO2、Al2O3與水泥水化過程中産生的Ca(OH)2反應。生成的水化鋁酸鈣膠凝和水化鋁酸鈣晶體，具有膠凝性質，填充于骨料間使混凝土結構更加緊密;反應過程中消耗了Ca(OH)2，使混凝土堿度降低，更有利于水化鋁酸鹽的形成，形成火山灰效應，即後期強度增長明顯，甚至可以超過同級别混凝土強度;同時，産生微骨料效應，超細粉煤灰的超細顆粒一方面可以填充空隙裂縫，改善孔結構的同時亦提高了密實度，另一方面，未參與水化反應的顆粒分散于膠凝體中也起了骨架的作用;最後，具有形态效應，由于粉煤灰中存在大量球狀玻璃微珠，在水泥顆粒間起到潤滑的作用，混凝土的流動性因此提高。

2 試驗與試件制備

本文采用正交試驗方法，分别使用超細粉煤灰和粉煤灰，配制了三種不同強度的混凝土，即C25、C30、C35，測試其28d的抗壓、抗拉強度，經對比分析，驗證了超細粉煤灰具有更大的優勢，即在保證混凝土使用要求的前提下，不僅節約了水泥，還改善了混凝土的綜合性能。

2.1 試驗材料

水泥：42.5級普通矽酸鹽水泥。

粉煤灰：淮南某電廠生産的Ⅰ級粉煤類，其化學成分見表1。

超細粉煤灰：淮南某公司生産的超細粉煤灰，其直徑分布在32μm以下，其化學成分見表2。

砂：中砂，細度模數2.8，含泥量低于0.85%。

石子：碎石，粒徑為5-18mm。

減水劑：萘系高效減水劑，摻量是膠凝材料的0.75%。

2.2 試驗配合比設計

采用正交試驗方法設計，在一般混凝土配比基礎上，考慮超細粉煤灰和粉煤灰摻量2個因素作為試驗變量，具體分别為代替水泥用量的0、10%、20%、30%，設計混凝土強度等級為C25、C30、C35，分别采用水灰比為0.52、0.48、0.42，砂率為42%、41%、40%。分24組試驗，具體議案見表3。

2.3 試件制作與養護

先将石子、砂攪拌1.5min，再加入水泥、減水劑、超細粉煤灰(粉煤灰)攪拌1min，待攪拌均勻，然後加水，再攪拌2min，即可入模成型(模具規格為150mm◊150mm◊150mm)。靜置一晝夜，有一定強度後，方可拆模，在标準養護條件下養護28d，進行抗壓、抗拉強度測試。

3 試驗數據結果與分析

3.1 試驗結果

各配比的抗壓強度和抗拉強度數據見表3。

3.2 試驗結果分析

根據表3分别繪制出超細粉煤灰(粉煤灰)摻量相同時，C25、C30、C35混凝土28d抗壓強度對比圖，如圖1～圖3所示。

3 試驗數據結果與分析

3.1 試驗結果

各配比的抗壓強度和抗拉強度數據見表3。

3.2 試驗結果分析

根據表3分别繪制出超細粉煤灰(粉煤灰)摻量相同時，C25、C30、C35混凝土28d抗壓強度對比圖，如圖1～圖3所示。

由圖1～圖3可以看出，混凝土設計強度相同時，随着粉煤灰摻量的增加混凝土抗壓強度随之降低，可以看出，粉煤灰混凝土摻量在16%以下，而超細粉煤灰混凝土摻量在20%以下時，強度下降較緩，既可以保證混凝土抗壓要求，又能有效減少水泥用量。

對比數據及上圖，可以發現超細粉煤灰混凝土的曲線明顯在粉煤灰混凝土上方，且超細粉煤灰混凝土的強度變化幅度小于粉煤灰混凝土的強度變化幅度，這說明超細粉煤灰比粉煤灰在混凝土抗壓強度的影響上有更明顯的優勢，可以增大摻入量，更有效代替水泥，提高抗壓強度。究其原因，這是因為擁有更細小顆粒的超細粉煤灰，有更大的比表面積，和水泥中的Ca(OH)2反應更充分。而且更細的顆粒，使反應物中漿體的密實度和強度也更大，有利于提高混凝土強度。

根據表3分别繪制在超細粉煤灰(粉煤灰)摻量相同時，C25、C30、C35混凝土，28d抗拉強度對比圖，如圖4～圖6所示。

由圖4～圖6可以看出，混凝土設計強度相同時，與抗壓強度類似，随着粉煤灰摻量的增加

抗拉強度随之降低，可以看出，粉煤灰摻量在16%以下，超細粉煤灰摻量在20%以下時，強

度下降較緩，可以保證混凝土抗拉強度要求的同時，又能有效減少水泥用量。

對比數據及上圖，與抗壓強度曲線類似，超細粉煤灰混凝土的曲線依然在粉煤灰混凝土上方，且變化幅度較小，說明超細粉煤灰對于混凝土抗拉性能的影響優于粉煤灰。其原因與上述抗壓強度原因類似，在此不累述。

綜上，在抗壓、抗拉強度兩方面，超細粉煤灰均較粉煤灰具有更大的優勢，在試驗過程中還發現，超細粉煤灰混凝土的流動性明顯優于粉煤灰混凝土，可塑性和黏聚性也更好，能很好地入模成型，早期的拆模強度也較高，這是因為細小的顆粒水化反應更容易、更充分，不僅提高了流動性、可塑性和黏聚性，對于早期強度的提高也很有利。

3.3 經濟綜合性能分析

由上述強度對比，可以明顯看出超細粉煤灰在滿足同等強度條件下，可比粉煤灰多摻入5%左右，節約5%的熟料用量。同時，在生産實際中，超細粉煤灰也擁有明顯優勢，包括：工作性好，新拌混凝土坍落度高，保水性、可塑性好，泌水少;耐久性好，抗硫酸鹽腐蝕，抗萎縮，抗氯鹽滲析，抗海水侵蝕，抗碳化，抗堿集料反應;強度高，能顯著提高混凝土的後期強度，耐磨性好，與鋼筋結合力強;水化熱低，有益于防止大體積混凝土内部升溫引起的裂縫;同時，還具有節約水泥資源，減少二氧化碳排放的環境效益和改善混凝土外觀，使其顔色均勻一緻的美觀效果。

基于以上分析，超細粉煤灰應用于混凝土中，不僅明顯改善混凝土性能，還能有效節約資源，在價格上雖高于普通粉煤灰，但随着加工工藝的提升，建設環境友好型社會的需要，其經濟效益和綜合性能将愈加明顯可觀。

4 結論

(1)由試驗分析，得出超細粉煤灰和粉煤灰摻量對抗壓、抗拉強度的影響，皆随着摻量的增加而降低，合理摻量為粉煤灰混凝土摻量在16%以下，超細粉煤灰混凝土在20%以下時，強度下降速率較低，可以滿足使用要求。

(2)由數據對比，超細粉煤灰混凝土的抗壓、抗拉強度明顯優于粉煤灰混凝土，且流動性和早期強度也更好，可以在保證混凝土的使用要求時，摻入量更大，既提高混凝土的綜合性能，又有效減少水泥用量。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!