载丨大掺量粉煤灰混凝土早期强度影响因素研究（1）

粉煤灰是燃煤火力发电厂排出的主要固体废物，且随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，已经成为我国当前排量较大的工业废渣之一。2 000年我国粉煤灰排放量约1.5亿t，2010年达到3亿t，2022年达到5.07亿t，而粉煤灰利用率仅在60%左右。粉煤灰利用不足导致大量粉煤灰成为工业废料，如何处理和利用粉煤灰已成为研究热点。

大掺量粉煤灰混凝土通过粉煤灰取代混凝土中的部分水泥，能够减少环境污染，节约成本，且可以减少用水量、改善工作性能。大掺量粉煤灰混凝土的使用可有效提高粉煤灰的使用率，研究大掺量粉煤灰混凝土对于粉煤灰废料处理具有重要的意义。

目前，对大掺量粉煤灰混凝土使用性能已经开展了大量的研究工作。杨忠波等研究养护方式对大掺量粉煤灰混凝土抗压强度的影响，发现不同养护条件下，粉煤灰混凝土的后期抗压强度随着粉煤灰掺量的增长而降低；金明山等通过50%、70%两组掺量在养护3d、7d和14d的早期强度的试验，分析了大掺量粉煤灰混凝土早期抗压强度变化规律；杜森针对大掺量粉煤灰混凝土早期强度低和抗冻性不佳的缺点进行了深入研究，从大掺量粉煤灰混凝土中粉煤灰的水化特性及混凝土抗冻性的改性机理层面探讨了混凝土抗冻性提升的措施。

本研究以粉煤灰掺量、砂子细度、养护温度为试验参数，研究不同因素在不同龄期对大掺量粉煤灰混凝土抗压强度的影响规律，同时探究粉煤灰掺量对混凝土工作性能的影响。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

水泥采用某公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥，初凝时间165min，终凝时间254min，标准稠度用水量（P）27.5%，安定性合格，3d抗压强度27.2MPa，抗折强度6.3MPa，28d抗压强度47.5MPa，抗折强度8.7MPa。

粉煤灰采用某公司生产的II 级粉煤灰，细度（45μm筛筛余）17.1%，需水量比97%，烧失量4.12%。

砂子采用机制砂，细度模数分别为1.8、2.2、2.6，石粉含量2.1%，压碎值6.8%，亚甲蓝MB值0.85%。粗骨料采用公称粒径5~25mm的碎石，含泥量0.2%，压碎值7.6%。

1.2 试验设计

本次试验以粉煤灰掺量、砂子细度、养护温度为变量因素，每个因素选取3个水平（表1），采用正交试验设计方法，有9组试验组合，加1组对照实验组（粉煤灰掺量为0，砂子细度为1.8，常温20℃养护条件），共10组试验组合，见表2。

表1 正交试验设计各因素的水平取值

表2 正交试验组合

注：试块养护是指试块在水温为特定温度的条件下，养护8h后转标准养护至规定龄期的养护模式。

1.3 配合比设计

根据正交试验设计，加1组对照组，本实验共有10组不同试验组合，砂子采用细度模数1.8、2.2、2.6这3种，粉煤灰分别以20%、40%、60%的掺量替代水泥，其他材料在试验中保持不变，配合比见表3。

表3 各试验组的配合比kg/m³

1.4 试验内容

1.4.1 坍落度试验

新拌混凝土的坍落度试验用于评估所有混凝土混合料的工作性能，操作程序按GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，混凝土坍落度试验如图1所示。

图1 混凝土坍落度试验

1.4.2 抗压强度试验

根据GB/T50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行抗压强度试验，试验采用100mm×100mm×100mm的混凝土立方体试块，本次养护龄期为1d、3d、7d、28d，每组试验制作3个试件，混凝土试件在万能试验机上进行试验，如图2所示。

图2 混凝土试件制备

2 结果分析与讨论

2.1 工作性能分析

通过10组试验，测试了每组混凝土的坍落度，结果见表4。

表4 坍落度试验结果

从表4中的k值以及对照组试验结果可以发现，粉煤灰掺量的适量增加（0%~40%）能提高混凝土的工作性能，但是当掺量过高（60%），反而会降低混凝土的工作性能，这是因为在混凝土中加入适量粉煤灰，可以起到滚珠效应，释放被水泥包裹的游离水，降低浆体粘度，使混凝土浆体流变性提高，但当粉煤灰用量进一步提高，由于粉煤灰比表面积大于水泥，需要更多的水分包裹，从而需要更多的水，降低混凝土的工作性能。

从表4中R值可以发现，混凝土中砂子细度对工作性能影响比粉煤灰掺量影响更大，因为砂子细度模数越大，比表面积越小，用水量就越少。在用水量一定的情况下，砂子细度增大，导致混凝土用水量降低，使混凝土的和易性提高。