粉煤灰对水工混凝土性能的影响

文摘 2024-12-11 07:03 河南

0　引言

电厂烧煤时产生的一种具有良好火山灰活性的灰色粉末状固体废物即为粉煤灰。该类材料在混凝土配制时适当取代水泥材料后，能够在不明显降低强度和耐久性能的基础上改善混凝土的工作性能，提高结构防水抗渗性能和密实程度，有利于降低混凝土造价、提高混凝土工程环境效益，因而具有广泛的应用价值。

农田水利标准化过程中经常采用混凝土U形渠作为农田水利工程的供水渠道，应用该结构可以有效提升水利工程管理水平和建设水平，能够推动农田水利基础设施标准化进程，为现代农业的安全稳步发展提供基础，改善农业生产条件。而U形渠混凝土的配合比设计效果会直接影响其应用效果。其中选用多少粉煤灰取代相同质量水泥，一方面会直接影响混凝土耐久性能、和易性和强度等参数指标，另一方面也能够合理地降低工程造价，因而有必要设计试验进行深入探究

基于此，本文中取粉煤灰掺量为10%、15%、20%和25%，分别制备U形渠混凝土，设计试验分析不同粉煤灰等级在不同掺量下制备所得水工混凝土的力学性能差异，以期为类似工程实践提供数据参考。

1　材料及方法

1.1　材料

（1）水泥为P·O42.5R普通硅酸盐水泥，各项主要性能指标见表1。

（2）粗、细骨料。粗骨料为当地石料厂的天然碎石，筛分粒径5～10mm颗粒和5～20mm颗粒；细骨料为当地的天然河砂。

（3）所用粉煤灰采购自当地电厂，类别包含Ⅰ级和Ⅱ级2种，粉煤灰测试结果如表2所示。

（4）外加剂为减水剂，类别为JSNJ-3型早强高效减水剂，该减水剂减水率为24%，各项性能水平均能够满足GB8076-2008《混凝土外加剂》中相关要求。

1.2　试验方法

取10%、15%、20%和25%作为粉煤灰掺量，在维持水胶比为固定值的条件下分别配制各组混凝土拌和料，检测拌和料坍落度，而后制备U形渠混凝土试件并测试各组混凝土试件的28d抗压强度。取抗渗性能、抗冻性能作为混凝土耐久性能指标，并对各组混凝土试件开展抗渗性能测试和抗冻性能测试。配制所得各组混凝土的配合比见表3。

2　结果及分析

2.1　坍落度

混凝土工程中通常采用和易性来表述混凝土的工作性能，其对应表征指标为坍落度。混凝土和易性良好则说明制备的混凝土拌和料施工方便、操作简单、可泵送性较强，成型的混凝土试件质地均匀且密实度较高。分别取粉煤灰掺量为10%、15%、20%、25%并分别配制U形渠混凝土拌和物，检测各组混凝土拌和料的坍落度，结果见表4。

由表4可知，混凝土拌和物坍落度随粉煤灰掺量增加而逐渐降低，这说明掺入适量粉煤灰有利于改善混凝土坍落度损失。其中粉煤灰掺量在15%以下时Ⅱ级粉煤灰坍落度相对较高，而掺量达到15%及以上时2种粉煤灰制备所得的混凝土拌和物之间没有明显的坍落度差异。

2.2　抗压强度

根据前文配合比制备各组混凝土拌和料，并制作U形渠混凝土试件，在振动台上振动成型后置于标准养护室中，养护28d后取出试件，测试各组混凝土试件抗压强度，结果如表5。

由表5可知，无论是Ⅰ级粉煤灰还是Ⅱ级粉煤灰，掺入粉煤灰后混凝土28d抗压强度水平均会有所下降，其中采用Ⅱ级粉煤灰制备所得混凝土抗压强度相对较低，而Ⅰ级粉煤灰制备所得混凝土试件明显具有更高的28d抗压强度。

2.3　抗冻性能及抗渗性能

测试混凝土抗渗性能和抗冻性能，结果见表6。

由表6可知，对于抗渗性能，无论是掺加Ⅰ级粉煤灰还是Ⅱ级粉煤灰，所制备的混凝土均能够达到W6级抗渗水平。抗渗试验中各组混凝土试件均未出现渗漏问题，可见调整粉煤灰掺量和等级后，制备所得U形渠混凝土并没有出现明显的抗渗性能下降问题，即使抗渗水平有所浮动也在一定范围内。

同时，Ⅰ级粉煤灰制备的混凝土试件的抗冻性能始终高于Ⅱ级粉煤灰制备的混凝土试件，混凝土抗冻性能随粉煤灰掺量的提升快速下降，掺加粉煤灰质量分数在15%以上时混凝土抗冻性能已不能满足GB50164-2011《混凝土质量控制标准》要求。

3　结语

（1）在相同掺量条件下，Ⅰ级及Ⅱ级粉煤灰制备所得的混凝土在抗渗性能和拌和料坍落度方面没有显著差异。

（2）粉煤灰等级相同时，若U形渠混凝土中粉煤灰用量增加，则抗冻、抗压及拌和物坍落度等性能随之降低。这表明掺入粉煤灰对混凝土和易性产生了负面影响，并且导致结构抗冻性能和抗压强度降低。当粉煤灰掺量在试验设计用量范围内时混凝土抗压强度均满足规范要求，掺量在15%以上时混凝土抗冻性能低于GB50164-2011《混凝土质量控制标准》要求。综合考虑，推荐采用Ⅰ级粉煤灰且粉煤灰掺量为15%左右时制备U形渠混凝土，此时混凝土性能良好且造价相对较低。

（3）采用适量粉煤灰取代相同质量水泥来制备U形渠混凝土时，混凝土拌和料和易性有所提升，且耐久性能和力学性能均满足GB50164-2011《混凝土质量控制标准》要求。采用粉煤灰替代部分水泥有利于降低混凝土结构造价，在具有良好经济效益的同时提高环保效益，具有推广应用价值。（来源：《上海建材》2024.05）

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