粉煤灰對不同強度等級混凝土力學性能影響研究

粉煤灰是大宗工業(yè)副產(chǎn)品，每年的排放量約6億噸，占用了大量的土地資源，且污染環(huán)境。近年來粉煤灰作為輔助性膠凝材料大量應(yīng)用于混凝土材料中，減少水泥用量、降低混凝土生產(chǎn)成本，同時還可以減少環(huán)境污染、節(jié)約土地資源，具有較大經(jīng)濟和社會效益。目前國內(nèi)學者對摻粉煤灰的混凝土性能的研究主要集中在工作性能和力學性能，在研究力學性能時，主要針對某一強度等級混凝土或某一項力學性能，并未對粉煤灰混凝土的力學性能進行全面分析。因此，為進一步探討粉煤灰對混凝土力學性能影響，本文以C30、C40和C50混凝土為研究對象，研究粉煤灰對不同強度等級混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度和彈性模量等力學性能的影響，為工程混凝土的生產(chǎn)應(yīng)用提供理論參考。1實驗1.1原材料水泥采用華潤（封開）P.O42.5水泥(C)，粉煤灰采用佛山市高明寶山II級粉煤灰(F1)和江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁電廠的I級粉煤灰(F2)，細骨料采用廣西西江中砂，細度模數(shù)為2.6，粗骨料采用佛山云浮5～25mm連續(xù)級配碎石，外加劑采用江蘇博特聚羧酸鹽高性能減水劑（減水率不低于25%）。1.2實驗方案實驗研究不同摻量粉煤灰（單摻）對C30、C40和C50強度等級混凝土力學性能的影響，其設(shè)計坍落度為180±20mm。各強度等級混凝土配合比參數(shù)見表1，其中a組、b組和c組分別為C30、C40和C50混凝土配合比參數(shù)。鑒于現(xiàn)工程在設(shè)計C30混凝土時，多采用II級粉煤灰，故在對比試驗中未選用I級粉煤灰。

1.3實驗方法及標準本實驗參考的規(guī)范標準是《水運工程混凝土施工規(guī)范》和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》。按照以上規(guī)范標準先進行原材料稱量、混凝土拌合、試件成型、養(yǎng)護，然后進行抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量等試驗。2實驗結(jié)果與分析2.1抗壓強度由圖1、圖2和圖3可知，隨著粉煤灰的摻入，混凝土的前中期強度發(fā)展緩慢，雖然后期強度增長速度有所提升，但最終強度較不摻加粉煤灰的混凝土低，且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的抗壓強度呈明顯的下降趨勢。圖3單摻粉煤灰C50混凝土抗壓強度柱圖

當C30混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d抗壓強度相對空白樣降低了7%，摻量達到30%時，混凝土56d抗壓強度降低了13%。當C40混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d抗壓強度相對空白樣降低了6%，當Ⅱ級粉煤灰摻量達到30%時，混凝土56d抗壓強度降低了9%；當Ⅰ級粉煤灰摻量達到30%時，其56d抗壓強度相對空白樣降低了6%，摻量達到50%時，混凝土56d抗壓強度降低了10%。當C50混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d抗壓強度相對空白樣降低了4%，摻量達到30%時，混凝土56d抗壓強度降低了7%；當Ⅰ級粉煤灰摻量達到30%時，其56d強度相對不摻加粉煤灰的降低了2%，摻量達到50%時，混凝土56d抗壓強度降低了8%。由此可知，粉煤灰的摻量越大，混凝土抗壓強度越低，且混凝土強度等級越低影響越大；粉煤灰的質(zhì)量等級越高對抗壓強度影響越小。2.2劈裂抗拉強度由從圖4、圖5和圖6可以看出，摻加粉煤灰后混凝土早齡期劈裂抗拉強度明顯降低。

當C30混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d劈裂抗拉強度相對空白樣降低了9%，摻量達到30%時，混凝土56d劈裂抗拉強度降低了15%；當C40混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d劈裂抗拉強度相對空白樣降低了8%，摻量達到30%時，混凝土56d劈裂抗拉強度降低了13%；當C40混凝土中Ⅰ級粉煤灰摻量達到30%時，其56d劈裂抗拉強度相對空白樣降低了6%，摻量達到50%時，混凝土56d劈裂抗拉強度降低了18%。當C50混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d劈裂抗拉強度相對空白樣降低了6%，摻量達到30%時，混凝土56d劈裂抗拉強度降低了10%；當Ⅰ級粉煤灰摻量達到30%時，其56d劈裂抗拉強度相對空白樣降低了3%，摻量達到50%時，混凝土56d劈裂抗拉強度降低了13%。由此可知，單摻粉煤灰情況下，粉煤灰對劈裂抗拉強度的影響規(guī)律和對抗壓強度的影響趨于一致。雖然前者在中長齡期劈裂抗拉強度有明顯增長，但其最終強度仍明顯低于后者。因此單摻粉煤灰摻量較大時，必須加強混凝土的前期養(yǎng)護，以降低混凝土早期開裂風險。2.3彈性模量從圖7、圖8和圖9可以看出，單摻粉煤灰情況下混凝土彈性模量隨其摻量的增加而降低，特別是混凝土早期彈性模量降低尤為明顯。

當C30混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d彈性模量相對空白樣彈性模量降低了6%，摻量達到30%時，混凝土56d彈性模量降低了14%。當C40混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d彈性模量相對空白樣強度降低了6%，摻量達到30%時，混凝土56d彈性模量降低了9%；當Ⅰ級粉煤灰摻量達到30%時，其56d彈性模量相對空白樣降低了4%，摻量達到50%時，混凝土56d彈性模量降低了11%。當C50混凝土中Ⅱ級粉煤灰摻量達到20%時，其56d彈性模量相對空白樣降低了3%，摻量達到30%時，混凝土56d彈性模量降低了6%；當Ⅰ級粉煤灰摻量達到30%時，其56d彈性模量相對空白樣降低了3%，摻量達到50%時，混凝土56d彈性模量降低了7%。隨著齡期的延長，摻粉煤灰的混凝土試件的彈性模量值將進一步提高，而普通混凝土提高的幅度較小，摻量越大影響越明顯，但彈性模量的最終值還是隨粉煤灰摻量的增加而降低。此外，由于Ⅰ級粉煤灰和Ⅱ級粉煤灰細度參數(shù)不同，摻入后對水化反應(yīng)速率影響程度不同，進而對硬化混凝土彈性模量影響也會不同，粉煤灰質(zhì)量等級越高，對混凝土力學性能影響越小。綜上可知，在單摻粉煤灰的情況下，粉煤灰對混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度和彈性模量影響的規(guī)律一致，隨著粉煤灰摻量的增加、粉煤灰質(zhì)量等級和混凝土強度等級的降低，混凝土的力學性能降低。3結(jié)論通過粉煤灰對C30、C40和C50混凝土力學性能的影響分析，得到如下結(jié)論：⑴單摻粉煤灰對混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度和彈性模量影響的規(guī)律一致，隨著粉煤灰摻量的增加、粉煤灰