水泥十万个为什么9
作者：林宗寿
京东
0引言
目前，水泥仍然是最重要的建筑材料之一，中国每年消耗的水泥量达到20多亿吨，由于水泥生产过程中需要将原材料煅烧至1300℃以上，这无疑会耗费大量能源；另外，煅烧水泥原材料的过程中会往空气中排放大量CO2，是产生温室效应的重要因素之一，势必加剧环境污染。目前还没有一种材料可以完全取代水泥的作用，最现实的途径是尽量减少水泥用量。比如使用一些火山灰活性材料替代部分水泥制作混凝土。活性材料包括天然材料、工业废弃物（粉煤灰、矿渣和硅灰等）以及人工煅烧活性材料等。
研究表明混凝土拌制过程中，利用水泥替代材料替代一定比例水泥后，其相应的力学和耐久性能都会有较明显改善。比如硅灰的加入可以提高混凝土的早期和后期力学性能；相应的耐久性也会得到显着改善，比如氯离子渗透性降低、抗硫酸盐侵蚀性得以提高等。同时活性材料的掺入对新拌混凝土的工作性也有重大影响。本文采用工业废弃物-粉煤灰替代部分水泥，测试0.4水胶比下的砂浆的工作性以及混凝土的不同龄期力学性能。希望为粉煤灰在混凝土中的应用提供理论指导和试验依据。
1实验材料与方案的制定
1.1试验材料
试验采用的水泥和粉煤灰的化学元素组成见表1。
1.2试验方案
水胶比为0.4，粉煤灰掺量分别为0、10%、20%、30%、40%，对新拌混凝土进行坍落度测试，得到不同粉煤灰掺量混凝土的工作性能。然后对胶凝材料采用强制式搅拌机搅拌2min，浇筑到150mm×150mm×150mm的立方体试模中，并在振动台上振动成型，之后放入标准养护箱养护24h脱模，继续养护至测试龄期，最后用压力机测试混凝土3d、7d、28d、90d龄期的抗压强度。
2实验结果及分析
2.1掺量粉煤灰对混凝土流动性的影响
本试验利用胶砂流动度测定仪测试粉煤灰改性砂浆的流动度，粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%、40%时对应的砂浆流动性以此为160mm、165mm、172mm、180mm和181mm。结果表明随粉煤灰掺量的提高砂浆流动度随之增加，但是粉煤灰掺量从30%增加到40%时，流动性的提高不再明显，这表明当粉煤灰掺量达到一定程度后对砂浆流动性的改善不再明显。总的来说，由于粉煤灰颗粒的特殊构造，会在砂浆中提到润滑作用，对混凝土和砂浆流动性的提高有较大帮助。
2.2掺量粉煤灰对不同龄期混凝土抗压强度的影响
应用伺服压力实验机测试相应混凝土的立方体抗压强度，抗压强度结果如图1所示。
由图1可知，在早期粉煤灰改性混凝土的抗压强度明显低于纯水泥混凝土，而且粉煤灰掺量越高早期强度损失越大，这是因为粉煤灰的活性反应在早期并不明显，实际反应的水泥数量较纯水泥混凝土降低。3d龄期时纯水泥混凝土的抗压强度达到27.28MPa，而粉煤灰掺量为40%的混凝土抗压强度只有14.36MPa。
随龄期增长粉煤灰改性混凝土的抗压强度提高更为明显，28d龄期时掺量10%和20%的混凝土抗压强度已经接近纯水泥混凝土，90d龄期时抗压强度已经超过了纯水泥混凝土。粉煤灰掺量为30%和40%的混凝土抗压强度后期增长速度也高于纯水泥混凝土，但是由于粉煤灰掺量过高，尽管后期强度与纯水泥混凝土的差距缩小，但仍要明显低于纯水泥混凝土。这是因为大掺量粉煤灰时，水泥数量显着降低，生成的Ca（OH）2数量不足以支撑大掺量粉煤灰的活性反应，混凝土基体内的C-S-H凝胶体数量较低导致的。
3结语
通过上述粉煤灰改性混凝土的流动性和抗压强度测定试验，我们可以得到如下结论：
（1）粉煤灰颗粒的特殊球形构造对混凝土的流动性有较大提高，但当粉煤灰掺量提高到一定程度后对混凝土流动性的帮助不再明显。
（2）粉煤灰的早期活性反应不明显，对混凝土早期抗压强度有降低作用，但是后期随着粉煤灰活性的提高抗压强度迅速增长。
（3）粉煤灰在适当掺量下，后期抗压强度可以达到甚至超过纯水泥混凝土。
