水胶比对粉煤灰混凝土坍落度和抗压强度的影响

摘 要：研究粉煤灰混凝土物理力学性质—坍落度、抗压强度随水胶比的变化规律，并对抗压强度曲线进行回归分析。结果表明：（1）坍落度与水胶比不是简单的线性关系，而是呈波动变化，最大值为24mm，最小值为22mm；（2）粉煤灰混凝土7天的抗压强度最大值为55.4MPa，最小值为48.3MPa；而养护28天抗压强度最大值、最小值为62.3MPa、53.5MPa；（3）7天与28天的抗压强度值相差不大。

关键词：水胶比；粉煤灰混凝土；坍落度；抗压强度

1 引言

目前我国主要是火力发电，燃烧煤炭后，将产生大量的粉末状废弃物—粉煤灰，并且随着经济的发展，排放量越来越大。将粉煤灰作为一种混凝土掺合料，减少水泥的使用量已广泛应用于农业等相关行业中。如何更加有效合理的利用粉煤灰，走可持续发展道路，变废为宝，已成为同行研究的热点问题之一。

高风岭、钱觉时等研究了不同掺量、不同品质的粉煤灰对混凝土强度、和易性等性能的影响，但没有考虑固定掺量粉煤灰，混凝土强度、坍落度等随水胶比的变化。本文主要研究粉煤灰掺量一定时，水胶比对粉煤灰混凝土的坍落度、强度等的影响，揭示坍落度、强度随水胶比的变化规律，为合理制备混凝土、提高混凝土的利用提供参考依据。

2 实验

2.1 原材料

P.O 42.5普通硅酸盐水泥，水泥密度3.0g/cm3；泰安干河砂，最大粒径5mm，级配良好，堆积密度1668kg/m3；济南港沟碎石，最大粒径25mm，级配较差，堆积密度1550 kg/m3；济南黄台电厂Ⅰ级粉煤灰，密度2.5g/cm3。

2.2 配合比

通过掺加粉煤灰制备了四组工业废渣混凝土材料，粉煤灰约为水泥质量的16.6%。

2.3 实验方法

2.3.1 流动性能测试。采用标准坍落度桶，即上桶口圆心半径50mm，下桶口半径100mm，桶高为300mm。每次装填100mm，并围绕着外桶壁敲击，以使混凝土密实均匀，直至填满，最后清除桶口的多余混凝土。拔起坍落度桶，使混凝土自由下沉，测定起始高度与剩余高度的差值即为坍落度。

2.3.2 力学性能测试。试件为150mm的标准立方体，按照《混凝土结构设计规范》进行养护，达到7d和28d时，参考 GB17671-1999，测定抗压强度。

3 实验结果分析

3.1 坍落度分析

根据实验结构，坍落度最大值为24cm，对应的水胶比分别为0.32和0.36，最小值为22cm，对应的水胶比为0.30。粉煤灰坍落度—水胶比曲线可以明显的分为三个阶段，在仅考虑生产成本，应选择水胶比为0.36，此时粉煤灰混凝土有较好的流动性，且混凝土用量较少。

3.2 抗压强度分析

不同水灰比对粉煤灰混凝土7d、28d的抗压强度影响结果：粉煤灰混凝土的抗压强度随水胶比的增大而较小，近似线性关系。7d-28d粉煤灰混凝土的抗压强度差值曲线分为两个阶段，当水胶比在0.30-0.32范围内变化时，强度差值曲线迅速减小且减小速率为-75，当水胶比从0.32以每次增加0.02的增量增大到0.36时，强度差值曲线变化较平缓且平均减小速率为-10，曲线趋于收敛，且出现明显的拐点。说明由于粉煤灰的添加，7d与28d粉煤灰混凝土的抗压强度差值不大，即能迅速达到较高强度，利用工程的施工。

3.3 配合比回归性分析

由抗压强度随水胶比的变化曲线，对其进行回归分析，设所制备的粉煤灰混凝土7d和28d强度方程如下：

fc7=a1+b1（W/B） （1）

fc28=a2+b2（W/B）（2）

式中：a1、b1等均为系数，W为水的质量，B为水泥和粉煤灰的质量之和。

经计算可得：

b1=-113.0673； b2=-140.374

a1=88.91； a1=103.53

r1=-0.9837；r2=-0.9689

所以，所配制的粉煤灰混凝土的强度方程为：

fc7=88.91-113.0673（W/B）（3）

fc28=103.53-140.374（W/B）（4）

4 结论

4.1 坍落度与水胶比不是简单的线性关系，而是呈波动变化，最大值为24mm，最小值为22mm；且坍落度随水胶比在0.32-0.34的变化曲线与0.34到0.36的变化曲线关于水胶比等于0.34的直线对称。

4.2 粉煤灰混凝土的7d、28d抗压强度在水胶比最小时取得最大值；在水胶比最大值时，取得最小值。

4.3 7d与28d的抗压强度值相差不大，最大差值仅为6.9MPa，在水胶比为0.30时取得，说明粉煤灰混凝土硬化较快，可以较早的达到预定强度。

参考文献

[1] 胡家国.电厂粉煤灰矿山充填胶凝机理研究及水化反应动力学特性[D].中南大学，2004.

[2] 吴建华.高强高性能大掺量粉煤灰混凝土研究[D].重庆大学，2004.

[3] 钱觉时.粉煤粉特性与粉煤灰混凝土[M].科学出版社，2002.

[4] 高风岭.超细灰风选工艺及应用效果[J].粉煤灰综合利用，1998（1）.

[5] 钱觉时，肖保怀，袁江等.粉煤灰—石灰—硫酸盐系统[J].新型建筑材料，1998（3）.

作者简介：毛江培（1973- ），男，高级工程师，研究方向：新型建筑节能及其应用；秦志斌（1975- ），男，高级工程师，研究方向：工程施工与管理。