混凝土技术的发展伴随着外加剂的更新换代及矿物掺合料应用技术的不断成熟，尤其是大比例矿物掺合料混凝土配制技术在大体积混凝土或者防开裂结构工程的应用，扩大了粉煤灰和矿粉等传统矿物掺合料的应用范围，同时也符合国家节能降耗、固废利废的政策要求。

粉煤灰作为火力发电排放的副产物，属于火山灰质矿物掺合料，同时具有的形态效益^[1] 有利于改善混凝土流动性，同时也会对混凝土后期强度发展和耐久性有利。利用大掺量粉煤灰配制混凝土已经在三峡水利工程、乌东德水电站等大型工程中得到应用^[2,3]，取得了良好的技术和经济效益。

粉煤灰自身细度、含碳量及硫含量等指标会对其用量产生一定影响，因此需要进一步研究。本项目研究了不同细度的粉煤灰在不同掺量下对混凝土性能的影响，以期为粉煤灰在混凝土中的应用提供理论和实际参考。

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

（1）水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用Ⅱ级灰，需水比为 98%，45μm 方孔筛余 15%；矿粉采用 S95，比表面积 435m²/kg。水泥的主要性能指标见表 1，粉煤灰和矿粉的化学组成见表 2。

（2）外加剂采用缓凝型聚羧酸减水剂，固含量为 14.5%，掺量根据实际确定。

（3）细骨料采用卵石机制砂，细度模数为 3.1，含粉量 9.0%；粗骨料采用小石（5～10mm）和大石（10～25mm）按照一定比例使用，压碎值 10.0%。

1.2 试验方法

（1）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》称取原材料，按照制定的水胶比和外加剂掺量，拌和后测量混凝土拌合物的坍落度和扩展度。

（2）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 混凝土试件，测定混凝土 3d、7d、28d、60d 的抗压强度。

（3）采用常用的 C30 和 C50 配合比，粉煤灰取代水泥比例分别为 0、20%、40%、60% 所得的试验配合比及原材料用量见表 3。

2 试验结果及讨论

2.1 粉煤灰掺量对 C30 混凝土性能的影响

研究了粉煤灰对 C30 混凝土性能的影响，调整减水剂用量使得混凝土扩展度在 (550±10)mm，测试标准养护下的混凝土抗压强度值，结果见表 4、图 1 和图 2。

以上结果表明，C30 混凝土减水剂用量随着粉煤灰掺量增加先降低后升高，这是因为适量粉煤灰的加入可以起到滚珠效应，释放被水泥包裹的游离水，降低浆体粘度，使得混凝土浆体流变性提高，但当粉煤灰用量进一步提高，由于粉煤灰比表面积大于水泥，需要更多的水分包裹，从而需要更多外加剂释放游离水^[4]。

当粉煤灰掺量为 20% 时，混凝土 3d 和 7d 强度略低于未掺粉煤灰组，随着龄期发展，粉煤灰和矿粉起到了协同作用，对混凝土的填充作用增强，同时粉煤灰和矿粉所具有的二次水化使得混凝土后期强度得以激发，混凝土 28d 和 60d 强度甚至高于基准组。粉煤灰掺量提高至 40%，由于水泥用量降低，生成的水化产物减少，无法形成网状结构，使得混凝土强度发展缓慢，粉煤灰用量继续增加至60% 时，粉煤灰活性较低，生成的胶凝产物较分散，混凝土强度明显下降。

2.2 粉煤灰掺量对 C50 混凝土性能的影响

C50 混凝土具有更多的胶材用量、更低的用水量，相对材料使用更为敏感。调整减水剂用量使得混凝土扩展度在 (570±10)mm，对不同掺量粉煤灰用于 C50 混凝土后的性能进行测试，见表 5 和图 3、4。

粉煤灰掺量提高，减水剂用量同样得以降低，相比纯矿粉时 2.0% 掺量，粉煤灰用量 40% 时掺量降低了 0.35%，但粉煤灰过掺后会使得混凝土粘度增加，外加剂用量反而增加。

粉煤灰适量掺入（20%），对 C50 混凝土起到有效填充，同时改善了混凝土和易性，使得混凝土密实度提高。粉煤灰和矿粉协同的二次水化同样有助于混凝土早期和后期强度的发展^[5]，甚至超越未掺粉煤灰组，但粉煤灰过掺对 C50 强度的影响更为显著，当粉煤灰掺量 60% 时，混凝土强度发展迟缓，为水泥用量大幅减少生成的水化产物数量降低所致。

3 结论

（1）适量粉煤灰的加入能降低混凝土外加剂用量，但过掺后会增加减水剂用量。

（2）粉煤灰的加入都使得 C30 和 C50 混凝土早期强度降低，由于粉煤灰发生的二次水化反应，使得粉煤灰后期强度得到提高，尤其当粉煤灰掺量 20% 时，C30 和 C50 混凝土混凝土早期和后期强度均发展良好，但粉煤灰过掺对 C50 混凝土影响更为明显。

推荐资料（点击文字跳转）：

高掺量粉煤灰泡沫混凝土砌块的试验研究

粉煤灰在预应力钢筋混凝土中的性能研究及应用技术

粉煤灰对混凝土性能的影响

知识点：粉煤灰掺量、混凝土的性能影响