不同粉煤灰掺量对混凝土强度及碳化深度的影响

不同粉煤灰掺量对混凝土强度及碳化深度的影响

韦金海

珠海市振业混凝土有限公司

摘  要：本文在水灰比一致的条件下，在胶凝材料中分别掺入0%、10%、20%、30%、40%的二级粉煤灰进行试验，在标准养护室养护28天后做抗压强度并留一组试件烘干放入碳化养护箱养护28天后测其碳化深度。

关键词：混凝土；不同粉煤灰掺量；强度；碳化深度

1 概述

粉煤灰是煤炭燃烧并经过处理得到的一种粉质资源。混凝土中掺粉煤灰不但能减少电厂对环境的破坏，同时对于降低混凝土成本，降低混凝土水化热的产生，提高混凝土的耐久性有一定的帮助，对资源环境以及混凝土产品本身都有一定的好处。随着人民对混凝土耐久性越来越关心，外掺料对混凝土耐久性的影响也越发引人关注，本文通过试验对混凝土中掺不同用量的粉煤灰来验证不同掺量的粉煤灰对混凝土性能及抗碳化能力的影响。

混凝土碳化是因为空气中大二氧化碳与混凝土中的化学成分产生反应，使混凝土在水化过程中产生的水化硅酸钙与氢氧化钙被消耗掉，造成混凝土内部环境发生酸化等过程[1]。混凝土碳化在很大程度上会造成混凝土中的钢筋锈蚀，对建筑物耐久性产生极大危害[2]，

当前，我们生活环境的大气中CO2浓度约为0.035%，预测到2090年达到0.1%，因此，混凝土碳化是一个不可忽视的问题[3]。

本文通过在人工干扰条件下提高试验环境二氧化碳浓度的方法探究粉煤灰掺量对混凝土强度及碳化的影响，为提高公司混凝土耐久性质量提供参考。

2 原材料及混凝土配制

2.1 试验原材料

1) 水泥：本次试验所用水泥为天山P·Ⅱ42.5R型水泥，其各项性能指标见表1

表1 水泥的各项性能指标

2) 煤灰：本次试验用的为Ⅱ级粉煤灰灰，其各项性能见表2

表2 粉煤灰的各项性能指标

3) 粒化高炉矿渣粉：本次试验所用S95级粒化高炉矿渣粉，其各项性能见表3

表3 矿渣粉的各项性能指标

4) 细掺合料：细掺合料采用人工砂与天然砂各掺50%的用量，其各项性能见表4

表4砂的颗粒级配、细度模数

5) 粗骨料：其各项性能见表5

表5石灰岩的颗粒级配、细度模数

6) 减水剂：高性能具有低水胶比、强度高等特点，且要求坍落度较大，坍落度损失较小等，等过试验确定使用红墙公司的csp-9型号高效减水剂,含固量为10%。

7) 水：普通自来水。

2.2混凝土配制

本次试验根据本站生产用混凝土强度等级为C35级混凝土，并按照粉煤灰掺量不同共设计5个试验方案，分别为粉煤灰掺量为0%、10%、20%、30%、40。每个试验配比的工作性能如下表6

表6 混凝土性能试验记录

由表7可以看出，粉煤灰掺量越大，混凝土减水剂用量也越多，混凝土密度随着粉煤灰掺量增加而稍微降低。

2.3 试块的成型与养护

混凝土抗压强度采用100mm*100mm*100mm试模并于振动台上成型，每个试验分别留4组试块，在20±5℃的环境中静置24h后编号、拆模，然后立即将试块放入温度为（20±2）℃，湿度为95%以上的标准养护室养护至规定龄期。

混凝土抗压强度试验分别养护至7天、28天进行试验，混凝土碳化试验是在混凝土养护至26天时拿出，在60℃温度下烘48h后放入温度为（20±2）℃，湿度为（70±2）%，二氧化碳浓度为（20±1）%的碳化箱养护28天后测碳化值。

2.4 试验结果

2.4.1 混凝土强度试验结果

混凝土达到规定龄期后，通过测量尺寸，检查外观等方法以保证试块合格，使用液压万能试验机，将加载速度控制在（0.5~0.8）MPa,/s范围内，试验结果见表7

表7 混凝土抗压强度试验表

图1 不同掺量粉煤灰7天、28天强度值

2.4.2 混凝土碳化试验结果

试块在碳化养护箱养护够28天龄期后，用抗劈裂模具试块分成两半，把试块上粉尘用洗耳球吹掉，喷洒1%的酒精酚酞溶液，并用碳化尺测量其碳化深度。试验结果见表8

表8 混凝土碳化深度表

图2 不同掺量粉煤灰碳化深度值

3 试验结果分析

3.1 不同掺量粉煤灰对混凝土和易性的影响

由表6可以看出，粉煤灰掺量越大，混凝土减水剂用量也越多，混凝土密度随着粉煤灰掺量增加而稍微降低。

分析：由于粉煤灰细度比较大，接近Ⅲ级灰，粉煤灰需水量比较大，因此需要增减水剂用量来提高混凝土的和易性；粉煤灰的表观密度比水泥、矿粉稍小，使混凝土密度随粉煤灰掺量增加而降低。

3.2 不同掺量粉煤灰对混凝土强度的影响

由图1可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土7天、28强度也逐渐降低，但随着粉煤灰掺量的增加，混凝土后期强度增长程度也越大。

分析：由于水泥和粉煤灰在成分上有一定的差别，水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等为混凝土早期强度提供了很大帮助，而粉煤灰中的活性成分需要在后期通过一定的环境才能逐渐释放，因此造成了掺粉煤灰的混凝土早期强度偏低，后期强度逐渐增长的情况，并且粉煤灰掺量越高，这种情况越明显。

3.3 不同掺量粉煤灰对混凝土碳化的影响

从图2可以看出，粉煤灰掺量越大，混凝土碳化越深，且呈现出线性关系。

分析：当粉煤灰掺量越高，混凝土的早期强度越低，后期随着粉煤灰活性的发挥，混凝土强度增幅也逐渐增大，由于粉煤灰二次反应消耗掉大量Ca(OH)2,使混凝土中氢氧化钙含量降低，在此条件下，二氧化碳与水形成的酸更容易改变混凝土的碱性环境，也就导致了混凝土碳化深度的加大[4]。

4结论

（1）若使用的粉煤灰较差，在其它条件相同的调间隙，粉煤灰掺量增加会导致混凝土需水量增加（外加剂掺量增加）。

（2）掺入粉煤灰后混凝土早期强度会有所偏低，且粉煤灰掺量越大，混凝土早期强度越低，呈现出线性关系。掺粉煤灰混凝土后期强度增幅较大

（3）混凝土碳化深度与粉煤灰掺量呈现线性关系，粉煤灰掺量越高，混凝土抗碳化能力越差。

参考文献：
[1] 朱红英，杜应吉等. 粉煤不同掺量对混凝土碳化的影响[A].

[2] 杨华全，李文伟. 水工程混凝土研究与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2005

[3] 杜晋军，金祖权，蒋金翔. 粉煤灰混凝土的碳化研究[J].北京：粉煤灰，2005，（6）：9-11

[4] 朱红英，杜应吉等. 粉煤不同掺量对混凝土碳化的影响[A].

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