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北斗智库环保管家网讯：粉煤灰掺量对再生骨料混凝土工作性能、凝结时间、力学性能以及体积收缩的影响。结果表明，适量的粉煤灰可以改善混凝土工作性能和保坍能力；粉煤灰掺量增加，再生骨料混凝土凝结时间延长，抗压强度先增加后降低，60%取代矿粉时抗压和抗折强度最高；粉煤灰和矿粉复掺时有利于降低再生骨料混凝土体积收缩率。研究认为，粉煤灰和矿粉复掺有利于改善再生骨料混凝土综合性能。
再生骨料是由废旧混凝土经过破碎、筛分而成，具有空隙率高、微裂缝缺陷较多、吸水率大等特点，有研究表明再生骨料会使得混凝土流动性下降，混凝土强度和耐久性也会受到不同程度的影响[1-4]。为了提高再生骨料的使用性能，研究者们探索改造生产工艺，预湿再生骨料、纳米材料浸泡改性等技术[5,6]，目的是为了提高再生骨料和水泥浆体的界面粘接强度，增加成型后的混凝土密实度。
粉煤灰作为传统的火山灰矿物掺合料，所具有的“三大效应”可以增加混凝土流动性，同时提高混凝土密实度，对混凝土后期强度增长有利，本项目研究添加粉煤灰后的混凝土工作性能、强度以及耐久性指标情况，为再生骨料在混凝土中的应用提供参考。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
（1）水泥采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥；粉煤灰为II级灰，需水比为98%，烧失量为3.5%；矿粉为S95，含水率0.1%，比表面积为430m2/kg。水泥的主要测试指标如1。
(2)细骨料为石灰石质机制砂，细度模数2.8，石粉含量9.0%，MB值1.3；天然砂细度模数为1.5，含泥量1.0%，机制砂为石灰石质人工砂，细度模数为2.7，含粉12%，MB值1.5。粗骨料为全再生骨料，由经标准养护后的C30混凝土试块经破碎，筛分，得到的再生粗骨料粒径为4.75mm~31.5mm。再生骨料的筛分结果和物理性质见表2。
（3）外加剂采用缓凝型聚羧酸高效减水剂，浅黄色液体，含固量12.5%，根据实际调整掺量。
1.2 试验方法
（1）将经过标准养护后的C30混凝土试块（抗压强度差在2 MPa以内）进行破碎、筛分，去除75μm以下部分，得到粒径为5-31.5mm的混凝土再生骨料，参照GB/T 25177--2010《混凝土用再生粗骨料》测试再生骨料的物理性质。
（2）实验配合比。试验采用C30配合比，各材料用量见表3。
（3）混凝土坍落度、扩展度及凝结时间测试参考 GB/T 50080-2016 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土抗压和抗折强度按照 GB/T 50081-2019 《混凝土物理力学性能试验方法标准》成型 100mm×100mm×100mm 混凝土抗压试件和150mm×150mm×550mm的抗折试件，覆膜24h拆模，进行标准养护，测试混凝土设定龄期的抗压强度。
（4）采用接触法测试混凝土的体积收缩率。成型尺寸100mm×100mm×515mm的棱柱体试件，每组3块，预埋测头，带模养护24h后拆模，室内养护（温度（20±2）℃、相对湿度为（60±5）%），测试混凝土不同龄期的收缩率，计算公式如下：
εt=(L0-Lt)/Lb
εt-试验期为t(d)的混凝土收缩率；
L0-时间长度的初始度数（mm）；
Lt-试件在试验期t(d)时测得的长度读数；
Lb-试件的测量标距。
2 试验结果及讨论
2.1 工作性能
再生骨料混凝土工作性能受到再生骨料自身孔隙率和破碎时的状态影响，不少研究者认为全再生粗骨料会造成混凝土流动性损失，本项目对此进行研究，结果见表4。
表4结果可以看出，粉煤灰的加入可以改善掺入矿粉混凝土的出机坍落度和扩展度，混凝土坍落度和扩展度经时损失也减小，且随着粉煤灰比例的掺加，对混凝土工作性能的改善作用越强，但单掺粉煤灰后又使得混凝土工作性能下降。当粉煤灰取代矿粉比例在80%时，混凝土出机流动性最好，且保坍能力最强。
粉煤灰和矿粉都是火山灰性质的矿物掺合料，但粉煤灰微观下颗粒呈现滚球状，可以带动自由水的流动，使得水泥浆体分布更加均匀，因此加入粉煤灰后一方面水泥浆体的填充性能得到增强，同时粉煤灰的滚珠效应使得混凝土浆体剪切阻力降低，混凝土出机流动性增加，由于粉煤灰活性较低，有部分减水效果，因此混凝土保坍能力得到提高。但单掺粉煤灰后对水分形成包裹，阻碍了水泥颗粒与水的接触，使得水泥水化反应势能增加，生成的水化产物的连续性减弱，因此混凝土初始流动性和保坍能力均有所下降。
2.2 凝结时间
项目对再生骨料混凝土的凝结时间进行研究。
从图1结果可以看出，粉煤灰能够使得再生骨料混凝土凝结时间延长，且随着粉煤灰掺量增加，混凝土初凝和终凝时间均随之增加，当粉煤灰完全替代矿粉时，混凝土凝结时间延长最为明显。粉煤灰由于矿物组成原因，活性低于矿粉，在粉煤灰加入后由于混凝土流动性改善，水泥水化产物的分布效果得到增强，因此水泥水化产物的絮凝性减弱，另外粉煤灰中含有的硫化物对水泥水化起到部分延缓作用，由于混凝土凝结时间伴随着水泥水化进程而改变，因此粉煤灰掺量也会相应影响混凝土凝结。
2.3 抗压强度
混凝土抗压强度影响因素较多，混凝土原材料质量，尤其是骨料压碎值和吸水率是影响混凝土抗压强度的重要指标，再生骨料相比天然骨料表面微裂纹较多，新旧混凝土粘接能力较弱，内部孔隙率高等，这些都是制约再生骨料强度增长的重要因素。通过工作性能研究发现粉煤灰可以改善混凝土工作性能，进而可能影响混凝土抗压强度，对此，本项目进行测试。
图2结果显示，不同龄期再生混凝土抗压强度发展趋势具有差异，混凝土3d和7d抗压强度规律一致，在粉煤灰掺量低于40%时，再生骨料混凝土3d和7d抗压强度均低于单掺矿粉混凝土，随后粉煤灰掺量继续增加，混凝土各龄期抗压强度先增加后降低，当粉煤灰取代60%的矿粉时，混凝土抗压强度最高，之后抗压强度有所下降，当单掺粉煤灰时，混凝土各龄期抗压下降，且低于单掺矿粉的再生骨料混凝土。
在粉煤灰加入后，水泥水化速率有所放缓，混凝土早期强度有所降低，但粉煤灰和矿粉比例达到3:2时，矿物掺合料之间相互配伍，提高了混凝土密实度，此时混凝土早期强度反而有所升高，混凝土28d和90d抗压强度也发展较好，这说明粉煤灰和矿粉双掺后通过二次水化使得混凝土内部结构更加迷失，混凝土抗压强度得到持续发展。由于粉煤灰的活性低于矿粉，粉煤灰超过一定掺量时，混凝土抗压强度有所下降。
2.4 抗折强度
试验结果显示，粉煤灰加入后再生骨料混凝土抗折强度先增加后降低，当粉煤灰取代60%的矿粉时再生骨料混凝土抗折强度最高，此后粉煤灰掺量继续增加混凝土抗折强度有所下降。这是因为适量的粉煤灰和矿粉有利于混凝土和易性改善，对新旧混凝土界面过渡区起到增强作用，从而使得混凝土抵抗外界剪切破坏的能力提高。
2.5 体积收缩
水泥水化过程中易产生自收缩，同时混凝土还会受到温差、干燥及碳化等情况产生体积收缩。对此，项目研究了粉煤灰对再生骨料混凝土的收缩的影响，结果见图4。
图4结果可以看出，粉煤灰加入后再生混凝土各龄期收缩率均低于单掺矿粉的混凝土，在掺量低于80%以内，再生骨料混凝土收缩率随着粉煤灰替代率的提高而降低，当粉煤灰取代矿粉比例在80%时，再生混凝土收缩率最低，且粉煤灰的掺入对再生混凝土长龄期收缩的效果较好，当粉煤灰完全取代矿粉时，混凝土体积收缩率又有所增加。当粉煤灰和矿粉双掺时，混凝土的孔结构得到了优化[8]，混凝土水分蒸发通道减少，这就使得混凝土孔溶液中的水分在养护条件不良的情况下起到自养护的作用，从而有效提供水泥持续水化所需要的水环境，同时由于粉煤灰加入后水泥浆体的均匀分布使得混凝土结构密实度提高，再生骨料混凝土收缩率下降。
3 结论
（1）适量的粉煤灰（80%以下）可以改善再生骨料混凝土的出机工作性能，混凝土坍落度和扩展度增加，经时保坍能力增强。
（2）加入粉煤灰后再生骨料混凝土凝结时间延长，且随着粉煤灰掺量增加，混凝土缓凝效果也逐步增强。
（3）在粉煤灰取代矿粉比例低于40%时，再生骨料混凝土早期抗压强度发展缓慢，随后粉煤灰掺量继续增加，混凝土各龄期抗压强度先增加后降低，当粉煤灰取代60%的矿粉时，混凝土抗压强度最高。
（4）适量粉煤灰有利于混凝土抗折强度的提升，当粉煤灰取代60%的矿粉时再生骨料混凝土抗折强度最高，此后再生骨料混凝土抗折强度下降。
（5）当粉煤灰取代矿粉低于80%时，粉煤灰掺量的增加有利于降低再生骨料混凝土体积收缩，当单掺粉煤灰时，混凝土体积收缩率又有所增加。
