第一篇：粉煤灰在混凝土中的研究綜述

粉煤灰在混凝土中的研究綜述

一、引言

早在2000多年前的古羅馬時(shí)期，人類(lèi)就用火山灰與石灰混合作為膠凝材料，建造了許多雄偉的建筑物，例如萬(wàn)神殿，其直徑為44m的半球形穹頂就使用了12000噸這種膠凝材料和凝灰?guī)r輕骨料拌合而成的混凝土；還有聞名于世的圓形劇場(chǎng)等，這些建筑現(xiàn)在仍然安然無(wú)恙，2000年還有報(bào)道意大利人正在翻修圓形劇場(chǎng)，準(zhǔn)備在那里面舉行盛大的演出。今天在混凝土中摻用的粉煤灰，也是一種火山灰材料，大量的實(shí)踐證明：摻用粉煤灰的混凝土，其長(zhǎng)期性能得到大幅度的改善，對(duì)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物的使用壽命有重要意義。

二、粉煤灰的有關(guān)信息

粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細(xì)顆粒粉末，是工業(yè)“三廢”之一，目前，我國(guó)年排放粉煤灰約11000萬(wàn)噸，利用率為42%，主要應(yīng)用在建材、建工、筑路、回填方面。隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應(yīng)用粉煤灰不僅能節(jié)約土地和能源，而且能保護(hù)和治理環(huán)境。粉煤灰作為一種人工 火山灰質(zhì)材料，在混凝土中作為摻和料，可以改善性能，節(jié)約水泥，提高工程質(zhì)量和降低成本，為了更好地應(yīng)用粉煤灰混凝土，現(xiàn)將粉煤灰混凝土的性能及應(yīng)用試驗(yàn)研究成果綜述如下。

三、粉煤灰在混凝土中產(chǎn)生的效應(yīng)

（一）和易性效應(yīng)?；炷梁鸵仔灾饕軡{體的體積、水灰比、配合比設(shè)計(jì)、骨料的級(jí)配、形狀、孔隙率等因素影響，其中粉煤灰是影響混凝土和易性的重要因素。由于粉煤灰在混凝土中特性之一是增大漿體的體積（相同質(zhì)量粉煤灰的體積要比水泥約大30%）。如果我們?cè)诨炷林休^好的利用粉煤灰特性，用粉煤灰取代等重量的水泥（根據(jù)強(qiáng)度要求按重量比大于1：1用粉煤灰取代水泥時(shí)，又稱(chēng)超量取代），多加的粉煤灰增大了細(xì)屑含量，因此增大了漿體－-骨料比。大量的漿體填充了骨料間的孔隙，包裹并潤(rùn)滑了骨料顆粒，從而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料顆粒可以減少漿體－-骨料間的界面磨擦，在骨料的接觸點(diǎn)起滾珠軸承效果，從而改善了混凝土的和易性。

（二）泌水效應(yīng)。粉煤灰的摻入可以補(bǔ)償細(xì)骨料中的細(xì)屑不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續(xù)性。同時(shí)，粉煤灰作為水泥的取代材料在同樣的稠度下，會(huì)使混凝土的用水量有不同程度的降低。因而，摻用粉煤灰對(duì)防止混凝土的泌水是有利的。

（三）拌和物引氣作用效應(yīng)?；炷恋目諝夂恳话阍冢常ヒ?xún)?nèi)，與水泥的細(xì)度、骨料形狀、級(jí)配以及震搗密實(shí)的程度等有關(guān)。當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰時(shí)，由于細(xì)屑組分的影響會(huì)使混凝土的空氣含量減少１％左右。對(duì)燒失量超過(guò)６％的粉煤灰，由于碳顆粒在冷卻過(guò)程中變成了封閉的玻璃態(tài)，因而防止了對(duì)引氣劑的吸附，保持了混凝土拌和物的原有含氣量。

（四）凝結(jié)時(shí)間效應(yīng)。摻粉煤灰的混凝土雖然初凝、終凝一般都能滿(mǎn)足規(guī)范要求，但由于受其摻量、細(xì)度、化學(xué)成分等因素影響，混凝土?xí)霈F(xiàn)凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致出現(xiàn)緩凝現(xiàn)象。然而，與水泥性能、用水量、環(huán)境溫度、濕度等因素相比，粉

煤灰對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響是極小的。

（五）抗壓強(qiáng)度效應(yīng)?；炷恋目箟簭?qiáng)度主要取決于水灰比，對(duì)摻與不摻粉煤灰的混凝土，如果二者的早期強(qiáng)度相同，則粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度將高于不摻的，粉煤灰對(duì)混凝土有三重影響：減少用水量、增大膠結(jié)料含量和通過(guò)長(zhǎng)期火山灰反應(yīng)提高強(qiáng)度。

當(dāng)原材料和環(huán)境條件一定時(shí)，摻粉煤灰混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)主要決定于粉煤灰的火山灰效應(yīng)，即粉煤灰中玻璃態(tài)的活性氧化硅、氧化鋁與混凝土的水泥漿體中的Ca(OH)2作用生成堿度較小的二次水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣。一些研究認(rèn)為：粉煤灰在混凝土中，當(dāng)Ca(OH)2薄膜覆蓋在粉煤灰顆粒表面上時(shí)，就開(kāi)始發(fā)生火山灰效應(yīng)。但由于在Ca(OH)2薄膜與粉煤灰顆粒之間存在著水解層，鈣離子要通過(guò)水解層與粉煤灰的活性成分反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在層內(nèi)逐漸聚集，水解層未被火山灰反應(yīng)產(chǎn)物充滿(mǎn)到某種程度時(shí)，不會(huì)使強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)。隨著水解層被反應(yīng)產(chǎn)物充滿(mǎn)，粉煤灰顆粒和水泥水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、不透水性和耐磨性的增長(zhǎng)，這就是摻粉煤灰的混凝土早齡期強(qiáng)度較低，后齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)較多的主要原因。

（六）水化熱效應(yīng)?；炷林兴嗟乃磻?yīng)是放熱反應(yīng)。在混凝土中摻入粉煤灰可以降低水化熱，原因是減少了水泥的用量。水化放熱的多少和速度取決于水泥的物理、化學(xué)性能和摻入粉煤灰的量。

由于近年來(lái)大型、超大型混凝土結(jié)構(gòu)的建造，構(gòu)件斷面尺寸相應(yīng)增大；混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)提高，使所用水泥等級(jí)提高，單位用量增大；又由于實(shí)行水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，使早強(qiáng)礦物硅酸三鈣含量提高，粉磨細(xì)度加大，這些因素的疊加，導(dǎo)致混凝土硬化過(guò)程溫升明顯加劇，溫峰升高。在達(dá)到溫峰后的降溫期間，混凝土產(chǎn)生溫度收縮（也稱(chēng)熱收縮）引起彈性拉應(yīng)力；另一方面混凝土的水灰比（水膠比）降低，早期水化加快，混凝土的彈性模量隨強(qiáng)度提高而增大，進(jìn)一步加劇彈性拉應(yīng)力增長(zhǎng)。這是導(dǎo)致近些年來(lái)許多結(jié)構(gòu)物在施工期間，模板剛拆除時(shí)就發(fā)現(xiàn)大量裂縫的原因。這種硬化混凝土早期出現(xiàn)的裂縫往往深而長(zhǎng)，為了防止可見(jiàn)裂縫的出現(xiàn)，通常采取外包保溫的方法，以減少內(nèi)外溫差，因而被認(rèn)為是有效措施得到迅速推廣。但卻忽略了，由于外保溫阻礙了混凝土水化熱的散發(fā)，進(jìn)一步加劇體內(nèi)的溫升，使混凝土體內(nèi)溫度繼續(xù)升高，水泥水化加速，早期強(qiáng)度發(fā)展更加迅速，因此也更容易出現(xiàn)裂縫，只是由于鋼筋的約束和對(duì)應(yīng)力的分散作用，使少量寬而長(zhǎng)的可見(jiàn)裂縫轉(zhuǎn)化為大量分散的不可見(jiàn)裂縫，它們將為侵蝕性介質(zhì)提供通道，影響結(jié)構(gòu)的使用功能。

與純水泥混凝土一樣，摻粉煤灰的混凝土由于水泥的水化隨本體溫度升高而加快，強(qiáng)度發(fā)展也因此加快。這使得粉煤灰混凝土，包括大摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度發(fā)展在低水膠比的條件下，很快通過(guò)最初的緩慢凝結(jié)與硬化期，強(qiáng)度的發(fā)展迅速加快。有研究資料表明摻適當(dāng)比例的粉煤灰后，不僅溫升可以降低，使混凝土因溫度收縮和開(kāi)裂的危險(xiǎn)減少，同時(shí)由于溫升相同，其抗壓強(qiáng)度在3d之前就超過(guò)了不摻粉煤灰類(lèi)混凝土。

（七）凍融耐久性效應(yīng)。當(dāng)粉煤灰質(zhì)量較差、粗顆粒多、含碳量高時(shí)，都會(huì)對(duì)混凝土抗凍融性有不利影響。質(zhì)量差的粉煤灰隨摻量的增加，其抗凍融耐久性劇烈降低。但當(dāng)摻用質(zhì)量較好的粉煤灰同時(shí)適當(dāng)降低水灰比，則可以收到改善抗凍融耐久性的效果。試驗(yàn)資料表明，摻粉煤灰的混凝土水灰比在0.50以下，粉煤灰摻量在30%以?xún)?nèi)，混凝土抗凍融耐久性降低較少。此外，摻粉煤灰的混凝土只要抗壓強(qiáng)度與含氣量與不摻粉煤灰的混凝土相同，即在等強(qiáng)度、等含氣量條件下，摻粉煤灰混凝土與不摻粉煤灰混凝土具有相等的抗凍融耐久性。關(guān)鍵在于混凝土引氣后硬化混凝土中存在均勻分布的微氣孔，這些微氣孔在混凝土受凍時(shí)可容納水結(jié)冰時(shí)所增大的部分體積。使混凝土免于因冰脹作用而破壞。

（八）炭化和鋼筋阻銹效應(yīng)。通過(guò)長(zhǎng)期研究和工程實(shí)踐，尤其是近年來(lái)的工程調(diào)研資料表明，防止摻粉煤灰混凝土炭化，首要因素是確保粉煤灰混凝土的密實(shí)度。密實(shí)度差的不摻粉煤灰的混凝土同樣有碳化問(wèn)題。研究和調(diào)查結(jié)果表明，當(dāng)用礦渣水泥摻15%粉煤灰，普通水泥摻20%粉煤灰，硅酸鹽水泥摻25%粉煤灰時(shí)，采用超量取代法設(shè)計(jì)混凝土配合比，滿(mǎn)足等稠度和等強(qiáng)度的要求時(shí)，摻粉煤灰的混凝土抗碳化性能、鋼筋銹蝕性能與不摻粉煤灰混凝土相比均明顯增大。

過(guò)去曾有人提出，粉煤灰含硫是否會(huì)使粉煤灰混凝土中的鋼筋銹蝕加重問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者認(rèn)為：

1、只要混凝土里面的石灰不被溶出，保持堿性環(huán)境，鋼筋周?chē)湍鼙３忠粚託溲趸F保護(hù)膜，阻止與氧氣滲入到鋼筋表面，保護(hù)鋼筋不致銹蝕?；炷林袚接玫姆勖夯覍?shí)質(zhì)上沒(méi)有改變這種堿性環(huán)境。

2、混凝土中摻用的粉煤灰，因產(chǎn)生火山灰-石灰反應(yīng)而提高了混凝土的抗?jié)B性?；鹕交夷z還可以減少混凝土中的石灰溶出量。

（九）粉煤灰與堿-骨料反應(yīng)產(chǎn)生的效應(yīng)。堿-骨料反應(yīng)是骨料中的活性氧化硅和水泥中的堿發(fā)生反應(yīng)生水化硅酸鈣凝膠體，體積增大，導(dǎo)致混凝土的膨脹和開(kāi)裂。當(dāng)向混凝土中摻入粉煤灰后，粉煤灰和水泥中的堿反應(yīng)，能夠防止這種過(guò)度的膨脹?？梢?jiàn)，粉煤灰對(duì)抑制混凝土中的堿-骨料反應(yīng)是有利的。

四、大摻量粉煤灰混凝土的概述

（一）大摻量粉煤灰混凝土定義 將粉煤灰看著一個(gè)獨(dú)立組分，而不是水泥的替代品，以工程設(shè)計(jì)與施工及環(huán)境的要求為基準(zhǔn)，而不是以不摻粉煤灰的混凝土為基準(zhǔn)，進(jìn)行混凝土設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、澆筑和養(yǎng)護(hù)。

（二）、粉煤灰在混凝土中的適用環(huán)境和作用

1、水膠比：當(dāng)采用合適的材料與良好的水膠比時(shí)。以水泥用量為300-350kg/m3，水灰比0.45-0.55范圍，可以制備出28天抗壓強(qiáng)度為35-40MPa(即目前最常用的C30

級(jí))，在大多數(shù)環(huán)境條件下呈現(xiàn)足夠低的滲透性和良好耐久性的混凝土。如果膠凝材料再少、W/C再大，則會(huì)出現(xiàn)孔隙率大、抗?jié)B性不良等問(wèn)題。

2、溫度：摻有大量粉煤灰的混凝土，不僅溫度收縮因溫度升降可以明顯減小，而且粉煤灰的初期水化緩慢，可以使低水膠比混凝土開(kāi)始硬化時(shí)的實(shí)際水灰比增大，使水泥以及膨脹劑具有良好的水化環(huán)境。同時(shí)，與純水泥混凝土一樣，摻粉煤灰的混凝土由于水泥的水化隨本體溫度的升高而加快，因此強(qiáng)度發(fā)展也要加快。大摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度發(fā)展在低水膠比的條件下，很快通過(guò)最初的緩慢凝結(jié)與硬化期，強(qiáng)度的發(fā)展迅速加快。試驗(yàn)表明：與實(shí)際結(jié)構(gòu)物澆筑的硅酸鹽水泥混凝土相比，摻30%粉煤灰后，不僅溫升可以降低近10度，使溫度收縮和開(kāi)裂的危險(xiǎn)減小，同時(shí)由于溫升的作用，其抗壓強(qiáng)度在3天前早已超過(guò)了硅酸鹽水泥混凝土。

3、濕度：與普通水泥混凝土不同，摻粉煤灰混凝土，尤其是大摻量粉煤灰混凝土的水灰比足夠大，即混凝土體內(nèi)有充足的水分供水泥與粉煤灰水化，所以對(duì)這種混凝土的養(yǎng)護(hù)，需要有別于普通混凝土：不要濕養(yǎng)護(hù)，尤其不要早期澆水或浸水，否則會(huì)使表層混凝土的水灰比增大，對(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B透、耐磨耗等性能帶來(lái)十分不利的影響。大摻量粉煤灰混凝土需要在澆搗后及時(shí)覆蓋，避免其因水化較緩慢，向外界蒸發(fā)水分的時(shí)間較長(zhǎng)、蒸發(fā)量也大，造成表面疏松、強(qiáng)度和抗?jié)B透性下降。

4、稠度：粉煤灰混凝土，尤其是大摻量粉煤灰混凝土的外觀十分粘稠，使其在運(yùn)輸和澆筑過(guò)程不易離析，對(duì)改善均勻性有明顯好處。由于粉煤灰的滾珠效應(yīng)，摻粉煤灰混凝土有較大的有效振搗半徑，易于振搗密實(shí)。

通過(guò)以上分析得出：較低的水膠比、較高的溫度，以及及時(shí)地覆蓋而不是濕養(yǎng)護(hù)，是粉煤灰在混凝土中的適用環(huán)境。要獲得這樣的環(huán)境，必須采用大摻量粉煤灰混凝土。大摻量粉煤灰混凝土的抗裂性能優(yōu)異無(wú)可懷疑，但現(xiàn)行規(guī)范的摻量限制不利于發(fā)揮粉煤灰的作用。

（三）、現(xiàn)行規(guī)范摻量的限制

一定范圍里，是混凝土的水膠比，而不是粉煤灰的摻量決定使用效果。目前許多規(guī)范中規(guī)定的鋼筋混凝土中粉煤灰摻量限制(例如25%以?xún)?nèi))，對(duì)配制中低強(qiáng)度的混凝土來(lái)說(shuō)，恰恰是最不利于發(fā)揮粉煤灰作用的粉煤灰范圍。因?yàn)榉勖夯宜徛晌锷?，粉煤灰混凝土適宜的水膠比在0.4以下；普通混凝土常用的0.5左右水灰比條件下?lián)?0-20%粉煤灰，即使同時(shí)摻有高效減水劑，一般水膠比仍需維持在0.4以上。但是如果繼續(xù)增大粉煤灰摻量，由于粉煤灰表觀密度約只有水泥的2/3，拌合物漿體含量的增大就可以產(chǎn)生降低水膠比的作用。

（四）、大摻量粉煤灰混凝土的局限性

1、煤灰-水泥-化學(xué)外加劑的相容性，表現(xiàn)為混凝土水膠比能否有效地降低，一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)水膠比只能在0.4以上時(shí)，在中等強(qiáng)度混凝土中使用的效果就可能成問(wèn)題；

2、大摻量粉煤灰混凝土的水泥用量少，由于起激發(fā)作用的氫氧化鈣含量減少，使粉煤灰的水化條件劣化，所以在不同條件下存在一最佳粉煤灰摻量，并非越大越好；

3、摻粉煤灰混凝土比普通混凝土對(duì)溫度更為敏感，在氣溫較低時(shí)制備的摻粉煤灰混凝土，強(qiáng)度發(fā)展較為緩慢。

（五）、使用大摻量粉煤灰混凝土注意問(wèn)題

1、配制混凝土的骨料級(jí)配良好，以減小空隙率，利于水膠比降低，保證使用效果；

2、必須采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌合大摻量粉煤灰混凝土；

3、混凝土澆筑后，要及時(shí)噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋外露表面，但無(wú)需噴霧或澆水養(yǎng)護(hù)；

4、氣溫過(guò)低時(shí)，要采用保溫養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土硬化和強(qiáng)度發(fā)展?jié)M足施工要求。

五、粉煤灰在混凝土中的可持續(xù)發(fā)展

混凝土材料是當(dāng)今用量最大、用途最廣泛的建筑材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全世界的耗用量接近100億噸。如此巨大的用量，伴隨著生產(chǎn)、使用過(guò)程帶來(lái)礦石資源、能源的消耗，以及對(duì)大氣和環(huán)境造成的污染，引起全世界業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

我國(guó)的水泥產(chǎn)量多年來(lái)居世界首位，占三分之一以上。同時(shí)我國(guó)粉煤灰的年排量也是居世界首位。由于發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，有關(guān)部門(mén)仍在計(jì)劃投資建設(shè)更多的水泥廠(chǎng)。過(guò)去在混凝土里摻入粉煤灰，是為了節(jié)約水泥、降低工程材料費(fèi)用，今天對(duì)混凝土摻入粉煤灰的認(rèn)識(shí)、應(yīng)該提高到保護(hù)環(huán)境、保護(hù)資源、使混凝土材料可長(zhǎng)期的持續(xù)應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的高度上來(lái)認(rèn)識(shí)。

大摻量粉煤灰混凝土不僅可以改善混凝土的各項(xiàng)性能、延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)可以大幅度減小耗費(fèi)能源多、污染環(huán)境嚴(yán)重的硅酸鹽水泥用量，因此也是一種綠色混凝土。從這個(gè)角度出發(fā)，推廣大摻量粉煤灰混凝土在我國(guó)土木建筑工程中的應(yīng)用，是一件利國(guó)利民有顯著效益的事業(yè)，必定有著強(qiáng)大的生命力，有著廣闊的發(fā)展前景。(完)

研究人：賀倫

韓云

顏可維

組數(shù)：五組

第二篇：粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用

三、粉煤灰在混凝土中的作用

了解混凝土的微結(jié)構(gòu)的特性及其對(duì)性能的影響后，就可以更好地認(rèn)識(shí)粉煤灰在混凝土中的作用。粉煤灰的主要作用可以包括以下幾方面：

1）填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層，由于粉煤灰的容重（表觀密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好（質(zhì)量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密實(shí)，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。

2）對(duì)水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻。當(dāng)混凝土水膠比較低時(shí)，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。

3）粉煤灰和富集在骨料顆粒周?chē)臍溲趸}結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng)，不僅生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物（與水泥中硅酸鹽的水化產(chǎn)物相同），而且加強(qiáng)了薄弱的過(guò)渡區(qū)，對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用。

4）粉煤灰延緩了水化速度，減小混凝土因水化熱引起的溫升，對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。

下面對(duì)粉煤灰在混凝土中的作用及其機(jī)理做一些具體地分析。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在混凝土中常摻有一定量粉煤灰，但作為水泥的替代材料，絕大多數(shù)情況下是以如下三種方式應(yīng)用的：在早期強(qiáng)度要求很低，長(zhǎng)期強(qiáng)度大約在25~35MPa的大體積水工混凝土中，大摻量地替代水泥使用；在結(jié)構(gòu)混凝土里較少量地替代水泥（10~25%）；在強(qiáng)度要求很低的回填或道路基層里大量摻用。

對(duì)于粉煤灰的作用機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)，多年來(lái)進(jìn)行了大量的研究工作，取得了不少進(jìn)展，這些進(jìn)展對(duì)粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用起了一定的推動(dòng)作用。如摻用的方法從等量替代水泥，發(fā)展到超摻法、代砂法以及與化學(xué)外加劑同時(shí)使用的雙摻法。對(duì)于粉煤灰的作用機(jī)理，從主要是火山灰質(zhì)材料特性的作用（消耗了水泥水化時(shí)生成薄弱的，而且往往富集在過(guò)渡區(qū)的氫氧化鈣片狀結(jié)晶，由于水化緩慢，只在后期才生成少量C-S-H凝膠，填充于水泥水化生成物的間隙，使其更加密實(shí)），逐步發(fā)展到分析它還具有形態(tài)效應(yīng)、填充效應(yīng)和微集料效應(yīng)等。但無(wú)論哪一方面的研究成果，似乎都改變不了這樣一個(gè)事實(shí)：在混凝土中摻粉煤灰要降低混凝土的強(qiáng)度，包括28天齡期以后一段時(shí)間里的強(qiáng)度，其他性能當(dāng)然也相應(yīng)受到不同程度的影響，而且這些影響要隨著摻量的增大而加劇。這個(gè)事實(shí)始終禁錮著粉煤灰在混凝土中，尤其是結(jié)構(gòu)混凝土中的摻量，而且似乎形成了這樣一種成見(jiàn)：摻用粉煤灰是以犧牲結(jié)構(gòu)混凝土的品質(zhì)為代價(jià)的。

事實(shí)上，如前所述，由于高效減水劑的應(yīng)用，使混凝土的水膠比可以大幅度降低，從而使摻用粉煤灰的效果大為改善，使大摻量粉煤灰混凝土的性能能夠大幅度地提高。

1）水膠比的影響 水膠比的上述變化為什么影響這么大呢？在高水膠比的水泥漿里，水泥顆粒被水分隔開(kāi)（水所占體積約為水泥的兩倍），水化環(huán)境優(yōu)異，可以迅速地生成表面積增大1000倍的水化物，有良好地填充漿體內(nèi)空隙的能力。粉煤灰雖然從顆粒形狀來(lái)說(shuō)，易于堆積得較為密實(shí)，但是它水化緩慢，生成的凝膠量少，難以填充密實(shí)顆粒周?chē)目障叮該椒勖夯宜酀{的強(qiáng)度和其他性能總是隨摻量增大（水泥用量減少）呈下降趨勢(shì)（當(dāng)然在早齡期就更加顯著）。

在低水膠比的水泥漿里情況就不一樣了。不摻粉煤灰時(shí)，高活性的水泥因水化環(huán)境較差，即缺水而不能充分水化，所以隨水灰比下降，未水化水泥的內(nèi)芯增大，生成產(chǎn)物量下降，但由于顆粒間的距離減小，要填充的空隙也同時(shí)減小，因此混凝土強(qiáng)度得到迅速提高。這種情況下用粉煤灰代替部分水泥，在低水膠比條件下（例如0.3左右），水泥的水化條件相對(duì)改善，因?yàn)榉勖夯宜徛?，使混凝土?shí)際的“水灰比”增大，水泥的水化因而加快，這種作用機(jī)理隨著粉煤灰的摻量增大愈加明顯（例如摻量為50%左右，初期實(shí)際水灰比則接近0.6），水泥水化程度的改善，則有利于粉煤灰作用的發(fā)揮，然而與此同時(shí)，需要粉煤灰水化產(chǎn)物填充的空隙已經(jīng)大大減小，所以其水化能力差的弱點(diǎn)在低水膠比條件下被掩蓋，而它降低溫升等其它優(yōu)點(diǎn)則依然起著有利于混凝土性能的作用。以上所述低水膠比下粉煤灰作用的變化，我們可以用一個(gè)“動(dòng)態(tài)堆積”的概念來(lái)認(rèn)識(shí)，這是相對(duì)于長(zhǎng)期以來(lái)沿用的靜態(tài)堆積而言的。即通常在選擇原材料和配合比時(shí)，是以各種原材料在加水之前的堆積盡量密實(shí)為依據(jù)的，但是當(dāng)加水?dāng)嚢韬?，特別是在低水膠比條件下，如何通過(guò)粉狀顆粒水化的交叉進(jìn)行，使初始水膠比盡量降低，混凝土單位用水量盡量減少，配制出的混凝土在密實(shí)成型的前提下，經(jīng)過(guò)水化硬化過(guò)程，形成的微結(jié)構(gòu)應(yīng)該是更為密實(shí)的。上述大摻量粉煤灰混凝土的例子中，每方混凝土的用水量?jī)H100kg左右，要比目前配制普通混凝土少幾十公斤，就是明顯的證據(jù)。有人曾進(jìn)行過(guò)低水灰比（水膠比）摻/不摻粉煤灰凈漿的結(jié)合水測(cè)定試驗(yàn)[6]：摻有30%粉煤灰，水膠比為0.24的凈漿，要比水灰比為0.24的純水泥漿在28d時(shí)的結(jié)合水還多，證實(shí)上述摻粉煤灰后改善了水泥在低水灰比條件下水化程度的說(shuō)法。因此低水膠比條件下，大摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度發(fā)展與空白混凝土接近，而后期仍有一定幅度的增長(zhǎng)，在一定范圍內(nèi)隨摻量變化的影響不大。當(dāng)然，粉煤灰代替水泥用量大了，由于起激發(fā)作用的氫氧化鈣含量減少，使粉煤灰的水化條件劣化，所以在不同條件下存在一最佳粉煤灰摻量，并不是越大越好。

2）溫度的影響 眾所周知，溫度升高時(shí)水泥水化的速率會(huì)顯著加快。研究表明：與20℃相比，30℃時(shí)硅酸鹽水泥的水化速率要加快一倍。由于近些年來(lái)大型、超大型混凝土結(jié)構(gòu)物的建造，構(gòu)件斷面尺寸相應(yīng)增大；混凝設(shè)計(jì)土強(qiáng)度等級(jí)的提高，使所用水泥標(biāo)號(hào)提高、單位用量增大；又由于水泥生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展，使其所含水化迅速的早強(qiáng)礦物硅酸三鈣含量提高、粉磨細(xì)度加大，這些因素的疊加，導(dǎo)致混凝土硬化時(shí)產(chǎn)生的溫升明顯加劇，溫峰升高。舉一個(gè)典型的例子：97年北京一棟建筑物底層斷面為1.6m×1.6m的柱子，模板采用9層膠合板材料，施工季節(jié)為夏季，混凝土澆筑后柱芯的溫峰達(dá)到110℃。

在達(dá)到溫峰后的降溫期間，混凝土產(chǎn)生溫度收縮（也稱(chēng)熱收縮）引起彈性拉應(yīng)力；另一方面，混凝土水膠比的降低，又會(huì)使因水泥水化產(chǎn)生的自身收縮增大，同樣產(chǎn)生彈性拉應(yīng)力；而混凝土的水灰比（水膠比）降低，早期水化加快，混凝土的彈性模量隨強(qiáng)度的提高而增大，進(jìn)一步加劇了彈性拉應(yīng)力增長(zhǎng)；與此同時(shí)，混凝土的粘彈性，即對(duì)于彈性拉應(yīng)力的松弛作用卻顯著地減小，這一切，都導(dǎo)致近些年來(lái)許多結(jié)構(gòu)物在施工期間，模板剛拆除或以后不久就發(fā)現(xiàn)表面大量裂縫。除了凝固前的塑性裂縫以外，硬化混凝土早期出現(xiàn)的裂縫往往深而長(zhǎng)（實(shí)際上不可見(jiàn)裂縫的長(zhǎng)度和深度，要遠(yuǎn)比可見(jiàn)裂縫大得多）。為了防止可見(jiàn)裂縫的出現(xiàn)，目前常采取外包保溫措施，以減小內(nèi)外溫差，這種做法被認(rèn)為是有效措施而迅速地得到推廣。但是沒(méi)有注意到：由于外保溫阻礙了混凝土水化熱的散發(fā)，加劇了體內(nèi)的溫升，混凝土體溫度升高，使水泥水化加速，早期強(qiáng)度發(fā)展更加迅速，因此也更容易出現(xiàn)裂縫，只是由于鋼筋的約束和對(duì)應(yīng)力的分散作用，使少量寬而長(zhǎng)的可見(jiàn)裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅糠稚⒌牟豢梢?jiàn)裂縫，它們將為侵蝕性介質(zhì)提供通道，影響結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性。同時(shí)較大的彈性拉應(yīng)力還可能引起鋼筋達(dá)到屈服點(diǎn)而滑移，從而可能影響結(jié)構(gòu)的使用功能。

與水泥相比，粉煤灰受溫度影響更為顯著，即溫度升高時(shí)它的水化明顯加快。所以當(dāng)混凝土澆注時(shí)環(huán)境溫度與混凝土體溫度較高時(shí)，對(duì)純水泥混凝土來(lái)說(shuō)，由于溫升帶來(lái)不利的影響，而對(duì)摻粉煤灰混凝土來(lái)說(shuō)，則不僅溫升下降，減小了混凝土因溫度開(kāi)裂的危險(xiǎn)，同時(shí)由于加快火山灰反應(yīng)，還提高了28天強(qiáng)度。舉一個(gè)很有意思的例子：德國(guó)在修建一條新鐵路時(shí)，其隧道襯砌曾嚴(yán)重地開(kāi)裂，當(dāng)時(shí)要求混凝土10h強(qiáng)度不低于12MPa；后來(lái)修改了規(guī)定：以隔熱的立方模型澆注的試件12h最高強(qiáng)度為6MPa；如果超過(guò)了，就要增加粉煤灰的摻量來(lái)更多地代替水泥。

以上說(shuō)明：由于混凝土技術(shù)的進(jìn)展，使混凝土可以在比較低的水膠比條件下制備，這就使粉煤灰在混凝土中的作用出現(xiàn)顯著地變化。而近些年來(lái)水泥活性增大、混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)提高促使水泥用量增大，以及構(gòu)件斷面尺寸加大，在混凝土體溫度上升的前提下，進(jìn)一步促進(jìn)了粉煤灰在混凝土中作用的發(fā)揮，以至可以說(shuō)：粉煤灰在許多情況下可以起到水泥所起不到的作用，成為優(yōu)質(zhì)混凝土必不可少的組分之一。

3）室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)澆注 長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)于混凝土強(qiáng)度——其質(zhì)量控制主要指標(biāo)（通常也就是唯一指標(biāo)）的評(píng)價(jià)，一直是根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室里制備的小試件（由于骨料最大粒徑的減小，試件尺寸從200×200×200mm減小到現(xiàn)在的100×100×100mm），經(jīng)規(guī)定齡期的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（20±3℃；RH≥90%），然后在試驗(yàn)機(jī)上破型得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行。Idorn[7]在91年曾擬文指出：在特定實(shí)驗(yàn)室條件下取樣制備試件進(jìn)行試驗(yàn)作為控制質(zhì)量的方法，而不去開(kāi)發(fā)以物理化學(xué)為科學(xué)依據(jù)的控制方法，是不合乎當(dāng)今時(shí)代的錯(cuò)誤。

試驗(yàn)室制備的試件與工程中澆筑構(gòu)件的實(shí)際情況存在著明顯的差異：

1）制備試件時(shí)的成型條件與工程實(shí)際振搗密實(shí)的情況不相符，因此不能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)物中混凝土的振實(shí)程度（孔隙率）、沉降程度（離析、泌水）等；

2）試件養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫、濕度與實(shí)際構(gòu)件的情況不同，而這種差異隨著現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)斷面尺寸明顯增大、施工中忽視養(yǎng)護(hù)的情況使反差更加劇。如前所述，混凝土構(gòu)件體內(nèi)的溫升及其對(duì)

3）室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)澆注 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果要反映工程施工中混凝土澆筑的實(shí)際情況。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)于混凝土強(qiáng)度——其質(zhì)量控制主要指標(biāo)（通常也就是唯一指標(biāo)）的評(píng)價(jià)，一直是根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室里制備的小試件（由于骨料最大粒徑的減小，試件尺寸從200×200×200mm減小到現(xiàn)在的100×100×100mm），經(jīng)規(guī)定齡期的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（20±3℃；RH≥90%），然后在試驗(yàn)機(jī)上破型得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行。Idorn[6]在91年曾擬文指出：在特定實(shí)驗(yàn)室條件下取樣制備試件進(jìn)行試驗(yàn)作為控制質(zhì)量的方法，而不去開(kāi)發(fā)以物理化學(xué)為科學(xué)依據(jù)的控制方法，是不合乎當(dāng)今時(shí)代的錯(cuò)誤。

試驗(yàn)室制備的試件與工程中澆筑構(gòu)件的實(shí)際情況存在著明顯的差異：

1）制備試件時(shí)的成型條件與工程實(shí)際振搗密實(shí)的情況不相符，因此不能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)物中混凝土的振實(shí)程度（孔隙率）、沉降程度（離析、泌水）等；

2）試件養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫、濕度與實(shí)際構(gòu)件的情況不同，而這種差異隨著現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)斷面尺寸明顯增大、施工中忽視養(yǎng)護(hù)的情況使反差更加劇。如前所述，混凝土構(gòu)件體內(nèi)的溫升及其對(duì)混凝土水化過(guò)程的不利影響、隨后降溫時(shí)的變形以及產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，小試件是反映不出來(lái)的，更無(wú)法反映上述普通混凝土與大摻量粉煤灰混凝土在溫升影響下的反差（純水泥混凝土后期強(qiáng)度比小試件偏低，而大摻量粉煤灰混凝土強(qiáng)度發(fā)展加速和提高）。

3）自由變形的試件和受配筋及其他條件約束的實(shí)際構(gòu)件，在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)配筋曰益密集、混凝土水膠比明顯降低的情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土性能產(chǎn)生的影響差異加大：試件在初齡期自身收縮增大時(shí)，強(qiáng)度會(huì)呈提高趨勢(shì)；而實(shí)際結(jié)構(gòu)中混凝土早期強(qiáng)度提高（彈性模量增大）、自身收縮加劇時(shí)，則因變形受約束，引起很大的拉應(yīng)力從而導(dǎo)致開(kāi)裂，強(qiáng)度與耐久性降低。

以上說(shuō)明：室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果難以完全反映工程施工中混凝土澆筑的實(shí)際情況。正是從這個(gè)角度出發(fā)，許多國(guó)家從事混凝土技術(shù)研究時(shí)，越來(lái)越重視足尺試驗(yàn)（與實(shí)際結(jié)構(gòu)物尺寸相同或者成比例縮?。┖蛯?duì)于實(shí)際結(jié)構(gòu)物的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。如上所述，其結(jié)果正和小試件的相反。對(duì)于大摻量粉煤灰混凝土，或者從更廣泛的意義上來(lái)說(shuō)，在混凝土技術(shù)領(lǐng)域里的研究方面，我們與先進(jìn)國(guó)家的差距，可能更突出地反映在這些問(wèn)題上（當(dāng)然還有其他方面的，例如配制混凝土?xí)r所用骨料的變異性大，因此試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性差；室內(nèi)試驗(yàn)混凝土的攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)條件有待改善等等），而不是如有些人誤認(rèn)為的：因?yàn)閲?guó)內(nèi)粉煤灰、水泥、外加劑等原材料的質(zhì)量存在著很大差距，因此得不出類(lèi)似結(jié)果。

四、大摻量粉煤灰混凝土

既然粉煤灰在混凝土中的作用如此重要，為什么粉煤灰混凝土，主要是大摻量粉煤灰混凝土長(zhǎng)時(shí)間得不到推廣呢？在這里提出一個(gè)新的看法：目前許多規(guī)范中規(guī)定的鋼筋混凝土中的摻量限制（例如25%），對(duì)配制中低強(qiáng)度的混凝土來(lái)說(shuō)，恰恰是最不利于發(fā)揮粉煤灰作用的摻量。換句話(huà)說(shuō)，粉煤灰必須用大摻量，才能發(fā)揮良好的效果。這是為什么呢？

如上所述，摻用粉煤灰要想取得良好效果，水膠比必須低，而中低強(qiáng)度混凝土的水泥用量通常在350kg/m3以下。這種條件下，即使摻用再好的減水劑，水灰比（水膠比）也只能在0.50左右。因?yàn)樵贉p小時(shí)，漿體體積就滿(mǎn)足不了填充骨料空隙并形成足夠厚度潤(rùn)滑層的需要。當(dāng)摻加粉煤灰時(shí)，由于它比水泥輕，等重量替代水泥時(shí)可以增大膠凝材料的體積，所以可以使混凝土的水膠比降低。但是當(dāng)其摻量較小時(shí)（如規(guī)定的25%以?xún)?nèi)），增大膠凝材料的體積有限，降低水膠比的作用也就有限。前面談到的加拿大CANMET進(jìn)行的大摻量粉煤灰混凝土性能之所以?xún)?yōu)異，正是因?yàn)樗谀z凝材料用量為350kg/m3的條件下，粉煤灰占到57%以上，從而將水膠比降低到0.30左右獲得的結(jié)果。我們重復(fù)了它的膠凝材料比例進(jìn)行試驗(yàn)，因此也得到了類(lèi)似的效果。

大摻量粉煤灰混凝土不僅強(qiáng)度發(fā)展效果良好，而且各種耐久性能也十分優(yōu)異。由于能夠明顯降低水化溫升，也大大減小了混凝土早期出現(xiàn)開(kāi)裂的危險(xiǎn)，可以說(shuō)是一種適用于除了早期強(qiáng)度要求非常高以外，能夠滿(mǎn)足各種工程條件，尤其是侵蝕性嚴(yán)酷環(huán)境要求的高性能混凝土。例如公路路面板、橋面板就是這樣一類(lèi)結(jié)構(gòu)，不僅工作環(huán)境嚴(yán)酷，而且需要耐磨性良好。大摻量粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度大，恰好滿(mǎn)足了這樣的要求——強(qiáng)度和耐磨性隨著時(shí)間不斷增長(zhǎng)。但是目前的耐磨性試驗(yàn)不適宜于判斷這種混凝土的耐磨性，因?yàn)橥ǔ＞驮?8天齡期進(jìn)行快速試驗(yàn)——用鋼球在試件上快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磨耗量來(lái)評(píng)價(jià)。這也說(shuō)明：推廣新材料、新技術(shù)需要伴隨試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法的改進(jìn)。

當(dāng)然，任何事物都有它的兩面性，大摻量粉煤灰混凝土也存在局限性。其中，粉煤灰—水泥—化學(xué)外加劑之間的相容性，表現(xiàn)為混凝土水膠比能否有效地降低，使粉煤灰能充分發(fā)揮作用，自然是應(yīng)用這種混凝土首先要檢驗(yàn)的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水膠比只能在0.40以上時(shí)，在中等強(qiáng)度要求的混凝土中使用的效果就可能成問(wèn)題了。其次，由于大摻量粉煤灰混凝土的水泥用量大幅度減少，因此對(duì)于水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性和粉煤灰品質(zhì)的穩(wěn)定性就比較高，當(dāng)兩者的質(zhì)量產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，會(huì)給使用效果帶來(lái)明顯的影響。不過(guò)大摻量粉煤灰混凝土的水膠比較低這一特性，也有減小混凝土性能波動(dòng)的益處。同時(shí)，從拌合物的工作度檢驗(yàn)中，操作人員比較易于獲得粉煤灰質(zhì)量發(fā)生了波動(dòng)的信息，便于及時(shí)采取措施減小或避免損失。此外，工程所在地附近一定半徑范圍里，有可以適用的粉煤灰來(lái)源也十分重要，過(guò)長(zhǎng)的運(yùn)輸距離不僅使粉煤灰使用費(fèi)用增加，也給及時(shí)滿(mǎn)足工程對(duì)粉煤灰貨源的需求帶來(lái)困難。

另外，在使用大摻量粉煤灰混凝土?xí)r，需要注意以下施工條件和事項(xiàng)：

1）配制混凝土的骨料級(jí)配良好，以減小空隙率，利于水膠比降低，保證使用效果；

2）必須采用強(qiáng)制性攪拌機(jī)拌合這種混凝土，以保證其均勻性，由于它比較粘稠，在出機(jī)口、罐車(chē)進(jìn)料口、入泵口以及攤鋪過(guò)程要采取相應(yīng)措施；

3）混凝土坍落度應(yīng)控制比普通混凝土減?。ú挥绊懕盟团c震搗）；澆注后，要及早噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋外露表面，但一般情況下無(wú)需噴霧或澆水養(yǎng)護(hù)；

4）氣溫過(guò)低時(shí)，要采用保溫養(yǎng)護(hù)措施，且適當(dāng)延緩拆模時(shí)間，使混凝土硬化和強(qiáng)度發(fā)展?jié)M足施工需要。

五、混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展

混凝土材料是當(dāng)今用量最大、用途最廣泛的建筑材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全世界的耗用量接近100億噸。如此巨大的用量，伴隨著生產(chǎn)、使用過(guò)程帶來(lái)礦石資源、能源的消耗，以及對(duì)大氣和環(huán)境造成的污染，已引起全世界業(yè)內(nèi)的關(guān)注。

我國(guó)的水泥產(chǎn)量多年來(lái)居世界首位，占1/3以上。同時(shí)我國(guó)粉煤灰的年排量也是居世界首位。由于發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，有關(guān)部門(mén)仍在計(jì)劃投資建設(shè)更多水泥廠(chǎng)。過(guò)去在混凝土里摻用粉煤灰，是為了節(jié)約水泥、降低工程材料費(fèi)用，今天對(duì)混凝土摻用粉煤灰的認(rèn)識(shí)，應(yīng)該提高到保護(hù)環(huán)境、保護(hù)資源，使混凝土材料可長(zhǎng)久地持續(xù)應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的高度上來(lái)認(rèn)識(shí)。

大摻量粉煤灰混凝土不僅可以改善混凝土的各項(xiàng)性能，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)可以大幅度減小耗費(fèi)能源多、污染環(huán)境嚴(yán)重的硅酸鹽水泥用量，因此也是一種綠色混凝土。從這個(gè)角度出發(fā)，推廣大摻量粉煤灰混凝土在我國(guó)土木建筑工程中的應(yīng)用，是一件于國(guó)于民有顯著效益的事業(yè)，必定有強(qiáng)大的生命力，有廣闊的發(fā)展前景。

第三篇：粉煤灰在建筑材料中的應(yīng)用

粉煤灰在建筑材料中的應(yīng)用

摘 要：當(dāng)前，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與電力行業(yè)的不斷發(fā)展，粉煤灰的排放量也日益增加。從傳統(tǒng)的角度而言，粉煤灰屬于燃煤排放的主要固體廢棄物，其不僅不具備任何利用價(jià)值，更是會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。但是，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，粉煤灰逐漸在建材、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。文章即主要針對(duì)粉煤灰在建筑材料中的應(yīng)用做了具體探討。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；建筑材料；應(yīng)用

粉煤灰作為發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)的主要廢棄物，若是未能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效處理，必然會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的破壞，威脅人們的身體健康。因此，如何有效處理粉煤灰，成為了社會(huì)關(guān)注的一大焦點(diǎn)問(wèn)題。近些年，通過(guò)粉煤灰生產(chǎn)相應(yīng)的節(jié)能環(huán)保建筑材料產(chǎn)品，成為了國(guó)家大力扶持的產(chǎn)業(yè)。粉煤灰概述

1.1 粉煤灰

粉煤灰主要是一種混合體，其主要構(gòu)成物包括結(jié)晶體、玻璃體以及少量的未燃碳。粉煤灰中存在的主要氧化物如下所示：TiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、SiO2，其中，最主要的成分為SiO2，其所占比例約為43%～56%；其次則是Al2O3，其所占比例約為20%～35%；再次，則是Fe2O3，所占比例約為4%～10%。一般來(lái)說(shuō)，粉煤灰的密度是2～2.3kg/m3，松散干容重是550～800kg/m3，細(xì)度是2700～3500cm2/g，孔隙率是60～75%，而燃煤種類(lèi)、方式、燃燒溫度的不同，均會(huì)對(duì)其物理性能產(chǎn)生一定的影響。

1.2 粉煤灰的綜合利用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，資源危機(jī)問(wèn)題日益突出，人們?cè)絹?lái)越重視“廢棄物”的利用，粉煤灰即是在此背景下，被廣泛應(yīng)用于冶金、建材、交通、化工等等多個(gè)領(lǐng)域中。其中，在建筑領(lǐng)域中，粉煤灰主要具有高活性、表面積小、內(nèi)部存在大量球形或微球狀顆粒、能夠提高混凝土凝結(jié)性能等優(yōu)點(diǎn)。粉煤灰在建筑材料中的應(yīng)用分析

在建材領(lǐng)域中，粉煤灰的利用方法與途徑十分多樣，下文對(duì)此進(jìn)行了具體論述。

2.1 粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用

對(duì)于混凝土而言，粉煤灰是一種十分優(yōu)質(zhì)的活性摻和料。一方面，粉煤灰自身質(zhì)量輕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，粉煤灰的使用可以有效降低黏土、水泥等材料的使用量，從而降低混凝土使用成本。

在混凝土中摻入適量的粉煤灰，主要可以改善混凝土和易性，增強(qiáng)其抗彎、抗壓、抗蝕、抗?jié)B性能，其具體效應(yīng)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，取代效應(yīng)。粉煤灰作為一種摻合料加入到混凝土中，能夠起到取代部分水泥的作用，從而減少水泥熟料的量。而水泥熟料的使用量有效減少后，混凝土的耐蝕性、耐熱性等均可得到一定提高，同時(shí)其水熱化的降低，可以起到降低混凝土施工裂縫發(fā)生率的作用。第二，火山灰效應(yīng)?；炷林蟹勖夯业幕鹕交倚?yīng)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)了混凝土水化物氫氧化鈣的消耗，從而降低混凝土水化熱；二是二次水化的產(chǎn)物，能夠充分填充在混凝土的毛細(xì)孔當(dāng)中，從而起到細(xì)化孔隙、提高混凝土密實(shí)性的效果。值得注意的是，二次水化的產(chǎn)物還可以有效縫合混凝土前期出現(xiàn)的裂縫，提高混凝土施工質(zhì)量。第三，形態(tài)效應(yīng)。形態(tài)效應(yīng)主要指的是粉煤灰顆粒外貌形態(tài)效應(yīng)，其主要包括表面狀態(tài)、形狀、以及粒度分布等。一般情況下，若是粉煤灰粒度適宜，表面致密光滑，則粉煤灰減水性良好；若是粉煤灰粒度比較細(xì)，表面致密光滑的玻璃釉狀物質(zhì)被破壞，則粉煤灰的活性高，水化反應(yīng)快。

2.2 粉煤灰在墻體材料中的應(yīng)用

當(dāng)前，不少新型建筑材料中均應(yīng)用了粉煤灰，例如：蒸壓粉煤灰磚即為我國(guó)當(dāng)前重點(diǎn)推廣應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保墻體材料。蒸壓粉煤灰磚的原材主要是粉煤灰和石灰，根據(jù)實(shí)際情況，也可以加入適當(dāng)?shù)墓橇?、石膏。一方面，蒸壓粉煤灰磚具有重量輕、隔熱保溫效果好的優(yōu)點(diǎn)，有利于建筑節(jié)能；另一方面，蒸壓粉煤灰磚強(qiáng)度高、抗?jié)B透能力強(qiáng)，其單塊抗壓強(qiáng)度可達(dá)16.0MPa，因此可以廣泛代替實(shí)心粘土磚，起到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用。

2.3 粉煤灰在建筑玻璃材料中的應(yīng)用

2.3.1 泡沫玻璃。泡沫玻璃的主要是在各種的礦物廢渣中加入一定的發(fā)泡劑、助熔劑等等，將其混合倒入特定模具，通過(guò)預(yù)熱、熔融、發(fā)泡以及冷卻等一系列工序后所得到的多孔玻璃材料。當(dāng)前，利用粉煤灰和碎玻璃所制成的泡沫玻璃具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫性能的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于此種泡沫玻璃實(shí)現(xiàn)了粉煤灰的再次利用，具有顯著的社會(huì)、生態(tài)效益。此外，由于泡沫玻璃的形狀可以根據(jù)不同的工程需要而定，因此其適用性極為廣泛。

2.3.2 粉煤灰微晶玻璃。粉煤灰微晶玻璃主要是將粉煤灰進(jìn)行晶化熱處理（可加或不加晶核劑），從而使得其由單一玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕嗯c玻璃相均勻分布的復(fù)合材料。當(dāng)前，粉煤灰微晶玻璃常用的制作工藝主要由以下三種：燒結(jié)法、熔融法以及壓延法。粉煤灰微晶玻璃與天然石材相比，其強(qiáng)度、硬度更高、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好，因此十分適用于建筑內(nèi)墻、地面、柱石以及外墻的裝飾施工。做好粉煤灰應(yīng)用的有效措施

3.1 轉(zhuǎn)變思想觀念

在傳統(tǒng)的觀念中，粉煤灰僅僅是電力生產(chǎn)的廢物，其不僅沒(méi)有任何的利用價(jià)值，還會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成一定的污染。因此，若是想要實(shí)現(xiàn)粉煤灰在建筑材料中的有效利用，必須擺脫此種觀念，充分認(rèn)識(shí)到粉煤灰的價(jià)值所在，只要采取一定的技術(shù)手段，即可將其轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕馁Y源，為我國(guó)節(jié)能建筑、生態(tài)建筑的發(fā)展添磚加瓦。

3.2 出臺(tái)優(yōu)惠政策

對(duì)于我國(guó)而言，促進(jìn)粉煤灰廣泛應(yīng)用，有利于促進(jìn)我國(guó)建筑節(jié)能的不斷發(fā)展，獲得良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。因此，國(guó)家必須出臺(tái)鼓勵(lì)性及懲罰性的政策，規(guī)范建筑領(lǐng)域中對(duì)于粉煤灰的使用，從而實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的充分發(fā)揮。特別是通過(guò)相應(yīng)的所得稅、增值稅等優(yōu)惠政策的利用，可以有效調(diào)動(dòng)建材企業(yè)、施工企業(yè)對(duì)于粉煤灰的應(yīng)用積極性，從而使得其能夠主動(dòng)調(diào)整自身建材使用結(jié)構(gòu)，更為廣泛地應(yīng)用新型環(huán)保材料。

3.3 推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步

對(duì)于我國(guó)相關(guān)部門(mén)及建筑企業(yè)而言，其必須充分認(rèn)識(shí)到當(dāng)前我國(guó)對(duì)于粉煤灰的利用依舊處于一個(gè)較低的水平，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距較遠(yuǎn)。針對(duì)此種情況，我國(guó)應(yīng)積極借鑒、吸收國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)，加大粉煤灰利用的研究力度，從而有效提高粉煤灰的利用效率，使其在建筑行業(yè)中發(fā)揮出更大的作用。結(jié)語(yǔ)

綜上所述，粉煤灰的有效利用不僅實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的提高，更是有效保護(hù)了環(huán)境，避免粉煤灰的隨意排放導(dǎo)致河流、空氣的污染。其中，將粉煤灰應(yīng)用于建筑材料中，不失為一個(gè)有效的措施。但是，當(dāng)前我國(guó)的粉煤灰利用效率依舊較低，國(guó)家必須通過(guò)政策鼓勵(lì)，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，已獲得更多的、實(shí)用的新型建筑材料。

參考文獻(xiàn)

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第四篇：粉煤灰混凝土小型空心砌塊生產(chǎn)工藝

粉煤灰混凝土小型空心砌塊生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)粉煤灰混凝土小型空心砌塊，是將粉煤灰、水泥、砂石等主要原材料按比摻配，均勻混合，用加有適量減水劑的水適度濕化，經(jīng)坯料制備，擠出成型，養(yǎng)護(hù)而成。采用空心砌塊成型機(jī)生產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，易操作，成本低，產(chǎn)品性能良好。

粉煤灰顆粒微細(xì)，一般粒徑為0.3mm左右，相當(dāng)于水泥的細(xì)度。粉煤灰量大面廣，是一種利用價(jià)值很高的“再生資源”，是生產(chǎn)節(jié)能型綠色建材的好材料。

用粉煤灰、水泥、砂石、適量的增塑劑和水，生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊，具有諸多工藝功能。①含活性SiO2，具有火山灰作用和潛在水硬性。能水化生成水化硅酸鈣凝膠，可減少水泥用量；②能提高以水泥為膠凝材料的制品后期強(qiáng)度，控制堿———骨料反應(yīng)；③降低水化熱，減少受熱體積和干燥干縮；④減少泌水和離析現(xiàn)象，改善和易性，增強(qiáng)產(chǎn)品抗壓、抗折、抗拉強(qiáng)度。提高砌體工程質(zhì)量；⑤砌塊強(qiáng)度達(dá)到MU10以上，能增強(qiáng)砌體的結(jié)構(gòu)力；⑥粉煤灰容重小，可減輕砌塊的重量。

利用粉煤灰生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊，具有一舉多得的優(yōu)越性。①可節(jié)約資源，降低能耗，減少運(yùn)輸量，減輕建筑業(yè)的物化勞動(dòng)，節(jié)約砌體粘結(jié)料；②生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，不需大量機(jī)械設(shè)備，不需窯爐，不燒煤，不用粘土，可節(jié)能源、耕地；③粉煤灰來(lái)源廣，使用方便，省工節(jié)能，可降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；④可變廢為寶，消除污染，保護(hù)環(huán)境；⑤用小型空心砌塊砌筑的墻體，具有隔熱、保溫、防噪功能。粉煤灰混凝土小型空心砌塊是一種環(huán)保型綠色建材，發(fā)展前景廣闊。根據(jù)多年建材生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，就粉煤灰混凝土小型空心砌塊生產(chǎn)工藝談幾點(diǎn)淺見(jiàn)。原材料的選擇

粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)符合生產(chǎn)工藝的要求。實(shí)踐證明，原材料是產(chǎn)品質(zhì)量的根本保證，優(yōu)質(zhì)材料是產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)粉煤灰混凝土小型空心砌塊，必須選用顆粒微細(xì)的粉煤灰、清水細(xì)砂、清水小卵石(粒徑小于10mm)、優(yōu)質(zhì)水泥、高效減水劑和纖維素。

1.1 粉煤灰的選擇

粉煤灰是火電廠(chǎng)鍋爐排出的廢渣，其排出方式有干排、濕排、混排和分排。不論哪種方式排出的粉煤灰，均可用于生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊。粉煤灰顆粒越細(xì)越利提高產(chǎn)品的性能。

1.1.1 粉煤灰的物理性能

粉煤灰為多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)水的吸附能力大，含水分30%的粉煤灰仍呈松散狀態(tài)。其物理性能因原煤產(chǎn)地(種類(lèi))和電廠(chǎng)鍋爐效率的高低而異，差別較大。

1.2 集料的選擇

生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊，須摻配相應(yīng)比例的膠凝材料和骨料。

1.2.1 膠凝材料的選擇視資源條件選用42.5級(jí)以上的普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥或硅鎂水泥。

1.2.2 骨料的選擇

骨料在砌塊中起著骨架作用，既增強(qiáng)了砌塊的強(qiáng)度，又減少了砌塊的收縮裂縫。選擇骨料應(yīng)控制粒徑，一般采用10mm以下細(xì)度的清水卵石、清水細(xì)砂，有條件時(shí)可采用10mm細(xì)度的磚瓦碎屑或礦渣代替卵石，也可用煤矸石粉或硅灰代替細(xì)砂，便能與水泥一道發(fā)揮更好的活化作用。

第五篇：粉煤灰混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的試驗(yàn)研究_何淅淅.

第44卷增刊2011年 土木工程學(xué)報(bào)

CHINACIVILENGINEERINGJOURNAL Vol．442011 粉煤灰混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的試驗(yàn)研究 何淅淅 鄭學(xué)成 林社勇

（北京建筑工程學(xué)院北京100044）

摘要：分3批共計(jì)24組統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)考察粉煤灰摻量、試件尺寸以及纖維、骨料性質(zhì)對(duì)混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的影響。100mm邊長(zhǎng)19組，150mm邊長(zhǎng)5組。試驗(yàn)齡期分別為其中包括立方抗壓強(qiáng)度19組，立方體劈裂抗拉強(qiáng)度5組，28d、56d、90d、200d和365d；骨料類(lèi)型包括頁(yè)巖兩組，普通碎石骨料22組；摻有聚丙烯纖維的共4組。分析表明，齡期增長(zhǎng)可以明顯降低混凝土強(qiáng)度的離散性；粉煤灰和試件尺寸對(duì)混凝土強(qiáng)度離散性的影響沒(méi)有明顯的趨向性。在3組中有2組表現(xiàn)為尺寸越大強(qiáng)度越高的特性；尺寸對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度尺寸對(duì)統(tǒng)計(jì)平均立方抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)中，強(qiáng)度越低的特點(diǎn)。針對(duì)24組統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行正態(tài)概率分布以統(tǒng)計(jì)平均值影響的試驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)出尺寸越大，Weibull分布與試驗(yàn)強(qiáng)度頻率圖的右尾端擬合較差。及Weibull概率分布假設(shè)檢驗(yàn)。概率分布假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果表明，關(guān)鍵詞：粉煤灰混凝土；尺寸效應(yīng)；強(qiáng)度；概率分布；離散系數(shù)中圖分類(lèi)號(hào)：TU528．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 131X（2011）S1-0059-07文章編號(hào)：1000-Theexperimentalstudiesonthestatisticalcharacteristicsofflyashconcretestrength HeXixi ZhengXuecheng LinSheyong（BeijingInstituteofCivilEngineeringandArchitecture，Beijing100044，China）Abstract：Inthispaper，24teamstatisticaltestswithdifferentconcretespecimensizes（100mm，150mm），differentages（28d，56d，90d，200dand365d），differentaggregates（shaleandordinarygravelaggregate）andvariableadmixtures（withandwithoutpolypropylenefiber）in3groupsweretestedtoanalyzetheinfluenceofflyashcontent，specimensizeandcharacteristicsoffiber，aggregateonstrengthoftheconcrete，includingcompressivestrengthandsplittensilestrength．Resultsshowedthat，longagecansignificantlyreducethegrowthofthediscretenatureofconcretestrengthwhileflyashvolumeandspecimensizehaslittleimpactonthediscretenatureofconcretestrength．Firstly，twosetsinthreeshowsthepositiveeffectsofsizeonthestatisticalaveragecubecompressivestrength．Secondly，theinfluenceofsizeonthestatisticalaveragesplittensilestrengthisnegative．Intheend，statisticaltestdataof24groupswereusedtoverifythenormalprobabilitydistributionassumptionandtheWeibullprobabilitydistributionofhypothesis．AnalysesonthefittingbetweenWeibulldistributioncurveandfrequencyplotsoftheconcretestrengthshowthat，thetailofrightsideisnotgood．Keywords：flyashconcrete；sizeeffect；strength；probabilitydistribution；dispersioncoefficientE-mail：hexixi@bucea．edu．cn 位，故混凝土強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)特性分析一直是分析混凝土

尺寸效應(yīng)的重要手段之一。課題組歷時(shí)多年，多批次對(duì)當(dāng)代混凝土的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，本文為其中3個(gè)批次統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的結(jié)果。

考慮到正態(tài)概率分布對(duì)隨機(jī)變量的通用性以及在分析混凝土尺寸效應(yīng)中Weibull理論具有的普遍意義，本文采用這兩種概率統(tǒng)計(jì)分布與混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)值進(jìn)行比較。正態(tài)分布概率密度函數(shù)為：（1）

σ式中：σ、μ分別取修正樣本標(biāo)準(zhǔn)差（以下簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)差）和樣本試驗(yàn)平均值。Weibull概率密度函數(shù)采用雙 f（x）= －1 x－2 σ 引言

混凝土是半脆性材料，其力學(xué)性質(zhì)具有較大的隨

機(jī)性，對(duì)其統(tǒng)計(jì)特性的認(rèn)識(shí)關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全度。脆在性材料的力學(xué)性質(zhì)存在尺寸效應(yīng)已得到大家公認(rèn)，當(dāng)今尺寸效應(yīng)理論的兩大流派中，雖然斷裂能量型尺寸效應(yīng)理論逐漸被大家確認(rèn)，但就混凝土基本強(qiáng)度指 Weibull統(tǒng)計(jì)型尺寸效應(yīng)理論仍然具有主導(dǎo)地標(biāo)而言，基金項(xiàng)目：北京市自然科學(xué)基金（8052008）作者簡(jiǎn)介：何淅淅，碩士，教授01-30收稿日期：2011-·60·土木工程學(xué)報(bào)2011年 參數(shù)數(shù)學(xué)模型： f（x）=

mm－1－（emxβ

xmβ（2）

試驗(yàn)概況及主要結(jié)果見(jiàn)表2。各組實(shí)測(cè)概率與正

態(tài)分布和Weibull分布的比較見(jiàn)圖2，圖2表明累積概率（cdf）試驗(yàn)值與理論正態(tài)分布和Weibull分布曲線(xiàn)均擬合較好。表2 Table2 第一批fcu統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)基本情況Overviewofthefirsttestsgroupforfcu 一10053 二1005339．601．920．05 三1005327．201．190．04 四1005338．452．360．06 五1005330．661．040．03 六1005042．672．000．

05 式中：m為形狀參數(shù)，也是材料的Weibull模量，其值 在m的一般范圍，可以近與樣本離散系數(shù)Cov有關(guān)，似取 ［1］ ： m≈

1．23Cov（3）

組別立方體邊長(zhǎng)（mm）樣本個(gè)數(shù)n 式（2）中β為尺度參數(shù)，也即材料特征應(yīng)力，可根據(jù)樣本平均值x由下式計(jì)算： β= x Γ（1+1/m）

（4）

實(shí)測(cè)fcu平均值（MPa）42．98fcu標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）fcu離散系數(shù)Cov 2．060．05 式中：伽馬函數(shù)Γ（1+1/m）隨m的變化見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，在m大于1時(shí)，Γ（1+1/m）隨m加大趨近1；在m＜20時(shí)，計(jì)算參數(shù)β時(shí)若忽略Γ（1+1/m）而近似取樣本平均值x會(huì)產(chǎn)生較大誤差

。圖1 Fig．1 伽馬函數(shù)Γ（1+1/m）隨m的變化

TherelationshipbetweenfunctionΓ（1+1/m）andm 1 1．1 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)概況及主要結(jié)果 第一批立方抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期28d。試立方試件邊長(zhǎng)取100mm，圖2 第一批試驗(yàn)fcu的累積概率分布實(shí)測(cè)值與理論值比較

Comparisonofmeasuredvaluesofcumulative Fig．2 驗(yàn)共6組，混凝土配合比見(jiàn)表1。水泥采用PO42．5 級(jí)。其中，二、四組摻II級(jí)粉煤灰；

五、六組采用粒徑為5～20mm的900級(jí)碎石型頁(yè)巖骨料（表中標(biāo)注*者），其他組均采用粒徑為5～25mm的普通碎石骨料。

表1Table1 參數(shù)

組別水灰比水膠比 W/C一二三四五六

0．3170．4520．4430．4530．4680．320 W/B0．3170．3170．4430．3170．4680．320 水泥粉煤灰***540 145170 probabilityandcumulativeprobabilitydistributionfunction ofnormaldistributioninthefirstgroupforfcu 第一批統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的混凝土配合比Theconcretemixratioofthefirstgroup 配合比（kg/m3）砂***692 粗骨料***4658*647* 水***3178173 6．0減水劑

圖3為fcu試驗(yàn)頻率直方圖與兩種理論概率密度

曲線(xiàn)的比較。對(duì)比可以看出Weibull分布具有非對(duì)稱(chēng)性，其眾值偏右，而試驗(yàn)實(shí)測(cè)直方圖也沒(méi)有全部表現(xiàn)出正態(tài)分布的對(duì)稱(chēng)性。圖

2、圖3均表現(xiàn)出，在累積概率cdf接近1時(shí)或概率密度函數(shù)pdf曲線(xiàn)的右端，Weibull曲線(xiàn)收斂較早。通過(guò)采用χ法對(duì)正態(tài)分布和Weibull分布假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在混凝土強(qiáng)度數(shù)值大的區(qū)域（即概率密

度曲線(xiàn)pdf的右尾區(qū)域），由于累積概率cdf過(guò)快收斂

于1，而導(dǎo)致χ值迅速增大超過(guò)接收臨界值。在置信6組數(shù)據(jù)中有4組不接受Weibull分布水平取0．01時(shí)，第44卷增刊何淅淅等·粉煤灰混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的試驗(yàn)研究·61

·

圖3Fig．3 第一批試驗(yàn)fcu概率密度實(shí)測(cè)值與理論值比較Comparisonofmeasuredvaluesandtheoreticalvaluesofprobabilitydensitydistribution inthefirstgroupforfcu 6假設(shè)。正態(tài)分布曲線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)性則避免了這一問(wèn)題，組試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果有5組得到正態(tài)分布假設(shè)成立的結(jié)論（見(jiàn)表3）。如取置信水平為0．05，6組數(shù)據(jù)中有5組不接受Weibull分布假設(shè)，而正態(tài)分布適用結(jié)論不變。

表3Table3 第一批試驗(yàn)fcu的概率分布假設(shè)檢驗(yàn)（χ法）Hypothesistestingofprobabilitydistributioninthefirstgroupforfcu（χ2way）組別

分布檢驗(yàn)置信水平χ2檢驗(yàn)臨界值正態(tài)分布檢驗(yàn)Weibull分布檢驗(yàn) 一0．0120．1接受拒絕

二0．0116．8接受拒絕 三0．0111．34接受接受 四0．0123．2接受拒絕 五0．019．2拒絕拒絕 六0．0126．2接受接收 0#1#配比編號(hào)

粉煤灰水膠比水灰比替代率0%10%25% W/B0．420．420．42 W/C0．420．470．56 水150150150 水泥粉煤灰砂子骨料減水劑357321268 03689 814814814 10793．5710793．5710793．57 2 表4第二批統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的混凝土理論配合比 Table4Theoreticalconcretemixratiosofthesecondgroup 特征參數(shù)

理論配合比（kg/m3）

圖4為第一批試驗(yàn)6組fcu累積密度實(shí)測(cè)值及正態(tài)概率密度曲線(xiàn)的比較。圖5為根據(jù)實(shí)測(cè)平均值和均方差得到的各組正態(tài)概率及概率密度曲線(xiàn)。很明顯的結(jié)論是：①隨著混凝土強(qiáng)度的提高，強(qiáng)度離散性有六組的強(qiáng)度是6組中加大的趨勢(shì)；②水灰比最小的一、最高的；③輕骨料和普通骨料混凝土在統(tǒng)計(jì)特征方面沒(méi)有系統(tǒng)區(qū)別。1．2第二批強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)

采用標(biāo)準(zhǔn)方法制作及養(yǎng)護(hù)，立方體試件邊長(zhǎng)分別 水泥采用為100mm和150mm。粉煤灰采用Ⅱ級(jí)，PO42．5級(jí)，碎石骨料最大粒徑為25mm，粉煤灰替代 10%和25%，水泥率分別取0、混凝土配合比見(jiàn)表4。

2# 這批試驗(yàn)配合比的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是在膠凝材料總量、水膠比以及其他配制材料用量不變的情況下，考察粉煤灰替代水泥率對(duì)混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的影響?？紤]到粉煤灰混凝土強(qiáng)度硬化的特點(diǎn)，有5組的試驗(yàn)齡 1組采用365d。立方抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu的統(tǒng)計(jì)期采用90d，參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果以及概率分布檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，概率分布試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。試驗(yàn)結(jié)論有：

（1）正態(tài)分布和Weibull分布均可以較好地反映fcu的概率分布特征?！?2· 表5 Table5 第二批fcu統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)基本情況

0#901005657．14．290．080．9750．0120．1 1502858．63．670．061．00．0118．5 0．0115．11#901004364．23．200．05 1004352．53．920．070．9540．0113．327．8拒絕7．5接受 2#90 土木工程學(xué)報(bào)2011年

Overviewofthesecondstatisticaltestsgroupforfcu 2#365 1503354．24．350．081．00．0117．17．2接受251拒絕

0．0118．58．16接受9．0接受1003258．62．010．03（4）1年齡期（365d）時(shí)，強(qiáng)度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)離散性明顯下降。90d齡期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，粉煤灰替代率為10%的1#試驗(yàn)強(qiáng)度離散系數(shù)最小。

（5）對(duì)比表5和表2兩批試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)離散系數(shù)隨強(qiáng)度提高而略有提高。

圖7為第二批統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的立方抗壓強(qiáng)度直方圖與 圖8為第二批統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的立方抗壓強(qiáng)理論曲線(xiàn)比較，圖9為根據(jù)度累積概率分布與正態(tài)概率分布的比較，各組統(tǒng)計(jì)平均值以及均方差得到的正態(tài)概率的密度

曲線(xiàn)以及累積概率曲線(xiàn)的比較?？梢钥闯龀糠衷囼?yàn)反映出尺寸越大離散性越大的特點(diǎn)外，大部分試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有反映出尺寸與試驗(yàn)離散型的確定關(guān)系。Weibull密度分布在右尾端與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合不好，累積概率收斂快（圖7）。1．3

第三批強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)

第三批試驗(yàn)主要考察了粉煤灰摻量以及纖維對(duì)混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的影響。混凝土由北京瑞博商混站提供，骨料最大粒徑為25mm，粉煤灰為I級(jí)灰。纖維為聚丙烯纖維，混凝土配合比見(jiàn)表6。配合比特

改變粉煤灰用量。征仍然是保持其他變量基本不變，為考察粉煤灰的影響，主要試驗(yàn)齡期選為56d，其中，一組的齡期為200d。構(gòu)件制作于12月份，由于室內(nèi)場(chǎng)

配合比編號(hào)試驗(yàn)齡期（d）截面邊長(zhǎng)（mm）每組試件數(shù)fcu實(shí)測(cè)平均值（MPa）

均方差（MPa）離散系數(shù)強(qiáng)度系數(shù)fcu100/fcu150分布檢驗(yàn)置信水平χ2檢驗(yàn)臨界值

χ2統(tǒng)計(jì)量 正態(tài)假設(shè)檢驗(yàn)

檢驗(yàn)結(jié)果χ2統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)結(jié)果

14．0513．394．43接受6．9接受 接受7．7接受 接受3．1接受 Weibull檢驗(yàn) 圖6Fig．6 第二批試驗(yàn)fcu累積概率分布實(shí)測(cè)值與理論值比較Comparisonofmeasuredvaluesandtheoreticalvaluesofcumulativeprobabilitydistribution inthesecondgroupforfcu（2）χ2檢驗(yàn)結(jié)果表明，正態(tài)分布假設(shè)和Weibull分各有1組被拒絕。布假設(shè)各有5組被接受，（3）90d齡期時(shí)，粉煤灰替代水泥率為10%的1#系列強(qiáng)度平均值最大；而替代率為25%的2#系列強(qiáng)度

分別低于不同尺寸無(wú)粉煤灰的普通混凝土（0#）。圖7Fig．7 第二批試驗(yàn)fcu概率密度實(shí)測(cè)值與理論值比較Comparisonofmeasuredvaluesandtheoreticalvaluesofprobabilitydensitydistribution inthesecondgroupforfcu 第44卷增刊何淅淅等·粉煤灰混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的試驗(yàn)研究 表7 第三批統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)fts的基本情況 Basicinformationofthe ·63

·

Table7 thirdstatisticaltestgroupforfts 配合比編號(hào)齡期（d）截面邊長(zhǎng)（mm）試件數(shù)量強(qiáng)度平均值（MPa）均方差（MPa）離散系數(shù)強(qiáng)度系數(shù)fts100/fts150分布檢驗(yàn)置信水平χ2檢驗(yàn)臨界值正態(tài)分布檢驗(yàn)Weibull分布檢驗(yàn) 0．0123．2接受拒絕 0．0116．8接受拒絕

4#56100652．60．450．17 2#56150271．490．370．25 2#56100642．040．500．241．370．0118．5接受接受 0．0118．5接受拒絕2-F#56150291．320．380．29 2-F#56100632．280．760．331．730．0127．7接受接受 表8 Table8 第三批統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)fcu的基本情況 4# 2#56 1503536．83．760．10 1006234．22．670．080．93 0．0118．5接受接受 0．0124．7接受拒絕

0．0120．1接受拒絕1502722．93．490．15 1006422．64．210．190．990．0121．7接受拒絕 0．0126．2接受接受1503030．35．230．17 1006433．85．270．161．120．0132．0接受接受

0．0126．2接受接受 2-F# 2#2001002830．64．400．14 Overviewofthethirdstatisticaltestgroupforfcu

配合比編號(hào)齡期（d）截面邊長(zhǎng)（mm）試件數(shù)量

地限制，試件均采用室外制作、振搗棒振搗、蓋棉被養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)點(diǎn)值與理論曲線(xiàn)比較見(jiàn)圖10～圖13。試驗(yàn)得出的主要結(jié)論有：

（1）無(wú)論是劈裂抗拉強(qiáng)度還是立方抗壓強(qiáng)度，概 率分布的χ檢驗(yàn)結(jié)果均有正態(tài)分布假設(shè)成立的結(jié)論，而Weibull分布各有3組不接受。第三批試驗(yàn)也反映

強(qiáng)度平均值（MPa）均方差（MPa）離散系數(shù)強(qiáng)度系數(shù)fcui/fcu150分布檢驗(yàn)置信水平χ2檢驗(yàn)臨界值正態(tài)分布檢驗(yàn)Weibull分布檢驗(yàn)

出Weibull概率密度曲線(xiàn)的右尾與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合不好的結(jié)果。

（2）第三批試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散系數(shù)明顯高于第一和第二批。這主要與混凝土為商混站供應(yīng)、冬季室外養(yǎng)護(hù)不確定性增加有關(guān)。其中粉煤灰替代率為20%的2#系列，強(qiáng)度離散系數(shù)最高；而粉煤灰替代水泥率為40%的4#，離散系數(shù)最低。表6 第三批統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的混凝土理論配合比 Theoreticalconcretemixratiosof Table6 thethirdgroupconcreteforstatisticaltests 重要參數(shù)

配合比編號(hào)0#2#4#2-F# 粉煤灰替代率0%20%40%20% W/BW/C水水泥砂子骨料40%40%16040040%50%16032040%67%16024032%40%170425 73511027351102 粉煤減水聚丙烯灰080 劑3333 0．9纖維

理論配合比（kg/m3）圖10Fig．10 第三批試驗(yàn)fcu的累積概率實(shí)測(cè)值與正態(tài)分布理論值的比較

Comparisonofmeasuredvaluesofcumulative ***52106 probabilityandcumulativeprobabilitydistributionfunctionofnormaldistributioninthethirdgroupforfcu

·64·土木工程學(xué)報(bào)2011

年

2#配合比，均出現(xiàn)fcu的統(tǒng)計(jì)平均值隨尺寸加大而提高 的現(xiàn)象。圖14為強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)平均值相對(duì)強(qiáng)度系數(shù)

。圖14 Fig．14第二批試驗(yàn)fcu統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度尺寸效應(yīng)

Sizeeffectsofthestatisticalstrength fcuinthesecondgroup 第三批試驗(yàn)中，齡期56d的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

隨尺寸增加而降低；但立方抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu則是一組隨尺 寸增加而下降，另兩組隨尺寸增加呈現(xiàn)小幅上升（圖 15）。也就是說(shuō)，抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度與尺寸的依賴(lài) 關(guān)系有所不同。

圖15 Fig．15第三批試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度尺寸效應(yīng)

inthethirdgroupSizeeffectsofthestatisticalstrengthfcu 3結(jié)論

（1）當(dāng)代混凝土強(qiáng)度尺寸效應(yīng)

本文統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)表明，在礦物細(xì)粉作為混凝土必要（3）和前面得出的結(jié)論一樣，尺寸對(duì)立方抗壓強(qiáng) 度離散性的影響不明顯，離散系數(shù)總體趨勢(shì)為隨強(qiáng)度 提高而加大。

（4）劈裂抗拉強(qiáng)度隨尺寸減小而提高，離散性加

大。這和立方抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出的規(guī)律有所不同。組分的當(dāng)代混凝土工程中，混凝土的力學(xué)性質(zhì)與傳統(tǒng)無(wú)礦物摻合料的混凝土相比發(fā)生一定變化。第二批和第三批不同尺寸的立方抗壓強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)表明，混凝土拉、壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)平均值與尺寸的依賴(lài)關(guān)系呈現(xiàn)不同變化規(guī)律。抗壓強(qiáng)度中出現(xiàn)強(qiáng)度不隨尺寸增加而降低的現(xiàn)象，而抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)為隨尺 寸增加而降低。

分析原因，筆者認(rèn)為粉煤灰等礦物摻合料改善了 混凝土原有的粗骨料與基材的薄弱界面，因此原有的 基于混凝土界面開(kāi)裂而誘發(fā)破壞的受壓破壞機(jī)理值

得重新審視。而受拉破壞在破壞機(jī)理上與受壓的不2統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度平均值的尺寸效應(yīng)第二批試驗(yàn)90d齡期的立方抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表無(wú)論是無(wú)粉煤灰的0#還是粉煤灰替代率為25%的明，第44卷增刊何淅淅等·粉煤灰混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的試驗(yàn)研究·65·

同在于不存在與混凝土界面強(qiáng)度的直接依賴(lài)關(guān)系。事實(shí)上，粉煤灰等礦物摻合料改善了混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)，混凝土的致密性增加，均勻性得到改善，骨料界面應(yīng)力集中得到緩解，故而傳統(tǒng)混凝土的脆性得到改善是必然的，因此與材料脆性關(guān)聯(lián) 的強(qiáng)度尺寸效應(yīng)可能呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì)。無(wú)粉煤灰的0#系列也出現(xiàn)與以往不同的尺寸效應(yīng)（圖14），這應(yīng)該和當(dāng)代水泥組分中礦

無(wú)論是否以粉煤灰替代部粉的添加有關(guān)。也就是說(shuō)，分水泥，當(dāng)代混凝土中均存在一定比例的礦物超細(xì)

粉，由此帶來(lái)的混凝土力學(xué)機(jī)理方面的改變也正是高性能混凝土與傳統(tǒng)混凝土在力學(xué)性質(zhì)改善方面需要更多研究關(guān)注的方面。

隨著近期對(duì)各類(lèi)高性能混凝土尺寸效應(yīng)的研究，越來(lái)越多的出現(xiàn)這種強(qiáng)度與尺寸不同關(guān)聯(lián)性的報(bào)道。2］文獻(xiàn)［研究了纖維、試件尺寸、骨料性質(zhì)對(duì)高強(qiáng)混凝土圓柱劈裂強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，硅灰陶粒輕骨料（LTGP）混凝土在試件邊長(zhǎng)從100mm變到200mm時(shí)，以及硅灰石灰石骨料混凝土（LSP）圓柱在直徑從76mm變到150mm時(shí)，尺寸越大劈裂強(qiáng)度越低，這與

3］本試驗(yàn)結(jié)果相同。文獻(xiàn)［對(duì)硅灰高強(qiáng)輕骨料混凝土的研究表明，當(dāng)硅灰替代水泥率在10%～15%時(shí)，抗

折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度尺寸效應(yīng)出現(xiàn)背離的情況。文獻(xiàn)［4］研究了ECC板和梁的彎曲性能。結(jié)果表明隨尺寸ECC板和梁表現(xiàn)出隨試件厚度增加，變化，抗折強(qiáng)度先提高后降低的特性。

（2）三個(gè)系列的試驗(yàn)在混凝土材料強(qiáng)度的變異性 而一般與尺寸變化的關(guān)聯(lián)性方面并未得到明確結(jié)果，［5］

認(rèn)為尺寸越大變異性越低。這可能與本文試驗(yàn)100mm邊長(zhǎng)試件的數(shù)量高于150mm邊長(zhǎng)試件的數(shù)量

好導(dǎo)致分布假設(shè)檢驗(yàn)有部分不通過(guò)。這個(gè)結(jié)果可能

Weibull和需要剔除不合理試驗(yàn)點(diǎn)值有關(guān)?？傮w來(lái)看，累計(jì)概率cdf以及概率密度分布pdf與試驗(yàn)結(jié)果還是

有很好的擬合性。目前，鑒于在尺寸效應(yīng)理論方面認(rèn)識(shí)的局限性，對(duì)Weibull理論仍需加以大量試驗(yàn)驗(yàn)證。

（5）在隨機(jī)性尺寸效應(yīng)理論中，Weibull材料模量m是與尺寸效應(yīng)直接關(guān)聯(lián)的重要參數(shù)，該參數(shù)在數(shù)學(xué)因此需要通過(guò)強(qiáng)上與材料變異性近似成反比（式3），度統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)加以分析?，F(xiàn)有的研究普遍存在樣本數(shù) ［6］

量偏低的情況，根據(jù)ACI318的建議，當(dāng)樣本數(shù)量低于30時(shí)，得到的統(tǒng)計(jì)均方差須乘以相應(yīng)的放大系數(shù)。

Weibull模量在尺寸效應(yīng)解釋中的重要意義，以及基于概率理論的當(dāng)代混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)混凝土強(qiáng)度

更具有混的統(tǒng)計(jì)分析不僅具有質(zhì)量控制方面的意義，凝土力學(xué)以及結(jié)構(gòu)安全性方面的重要意義。而這方

面的研究需要加大樣本數(shù)量以降低試驗(yàn)的不確定性。（6）通過(guò)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)確定材料變異系數(shù)進(jìn)而確定材料參數(shù)m是Weibull尺寸效應(yīng)理論的基礎(chǔ)，因而準(zhǔn)確評(píng)測(cè)變異系數(shù)十分重要。樣本數(shù)量、樣本尺寸、樣本強(qiáng)度級(jí)別、混凝土組分均對(duì)統(tǒng)計(jì)離散性有影響。同時(shí)在進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)如何剔除不合理數(shù)據(jù)也是需要考慮的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)

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而下降。而且，拉、壓強(qiáng)度的變異系數(shù)變化規(guī)律有所試驗(yàn)結(jié)果表明隨尺寸增加，劈裂強(qiáng)度的變異性不同，下降。

（3）粉煤灰對(duì)統(tǒng)計(jì)特征的影響不明顯，鑒于篇幅粉煤灰對(duì)統(tǒng)計(jì)變異性的影響將另文討論。限制，（4）正態(tài)概率分布可以較好的描述混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性。Weibull分布在概率密度曲線(xiàn)右尾端擬合不），何淅淅（1961-女，碩士，教授。主要從事高性能混凝土力學(xué)性能、混凝土節(jié)能砌塊砌體力學(xué)性能等研究。），鄭學(xué)成（1983-男，碩士研究生。主要從事結(jié)構(gòu)工程研究。），林社勇（1983-男，碩士研究生。主要從事結(jié)構(gòu)工程研究。