0引言
粉煤灰作为一种混凝土矿物掺合料，大多来源于火力发电厂的煤炭燃烧废料，其主要化学成分是SiO2和Al2O3，具有价格低、产量大、性能特征差异性大的特点［1］，已经越来越多地被应用于各类土木建筑工程中，取得了良好的生态效应、经济效益和社会效益。因此，在未来的土建工程发展过程中，粉煤灰将成为一种有效的社会资源［2］。目前，国内外建筑材料领域对粉煤灰的微观结构、宏观性能研究进展很快，但粉煤灰这种材料由于受煤种、产地、燃烧的温度、炉型、收尘方式等因素的影响，其在性能上也存在一定的差异［3］，因此，研究开发不同地域、不同厂家、不同品种粉煤灰在混凝土中的应用技术及性能特点，将具有一定的学术价值和产业化意义。
福建省火力发电厂较多，每年粉煤灰的产量很大，仅华能福州电厂每年产生粉煤灰30万t，但缺乏对粉煤灰产品的认识，以及粉煤灰在混凝土中应用技术的落后，大部分粉煤灰产品得不到充分利用，一些施工单位在进行混凝土的泵送施工中，宁可多加水泥来提高流动性，却不敢使用粉煤灰，造成了福建省粉煤灰资源的大量浪费［4］。研究［5］表明：粉煤灰掺入混凝土中，将对混凝土的用水量产生影响，反之，水胶比(W/B)的变化将对粉煤灰混凝土的强度产生影响。本研究以华能福州电厂生产的Ⅰ级粉煤灰为对象，探索W/B的变化对粉煤灰混凝土抗压强度的影响。
1试验材料
(1)P·O42.5级水泥：采用某品牌水泥，经测定，水泥的细度1.44%，胶砂强度Ｒc=51.25MPa。具体见表1和表2。
(2)集料：粗集料采用武夷山当地产碎石，最大公称粒径为30mm，符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)的质量要求，其主要成分及性能指标见表3；细集料采用本地中级河砂，试验测得该砂细度模数为2.46，级配良好，含泥量为1.83%，符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)的质量要求。
(3)粉煤灰：试验采用Ⅰ级粉煤灰，其主要成分及性能指标见表4。
(4)减水剂：试验采用聚羧酸系YS-A高性能减水剂。
(5)水：试验采用武夷山市当地的自来水。
2试验研究
2.1粉煤灰混凝土配合比
根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)的要求，结合水胶比和粉煤灰取代率的变化，按照混凝土强度等级C30，采用均匀设计法制定了20组试验方案，具体粉煤灰混凝土配合比设计方案见表5。
2.2混凝土试件的制作
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)的规定，试块采用150mm×150mm×150mm标准试模，按照试验方案制作成20组试块，分别测试7，28，56d龄期混凝土的抗压强度，每次取三个数据的平均值确定抗压强度，故每组按照三个养护龄期制作9个试块，总计180个试块。
2.3流动性测试
根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080—2002)进行坍落度试验，测定水胶比为0.45时不同试验组别混凝土拌合物的流动性，试验结果见表6。
2.4抗压强度试验
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)使用微机控制电液伺服压力试验机HCT306A进行抗压强度试验，见图1，以0.5～0.8MPa/s匀速加压，分别按照7，28，56d龄期进行试验，每次试验3个试块，抗压强度结果取平均值，试验结果见表7。
3试验结果分析
本试验以水胶比和粉煤灰取代率为变量，通过测试不同试验方案混凝土的和易性及抗压强度，得出粉煤灰取代率对和易性的影响，以及对7，28，56d龄期混凝土抗压强度的影响规律。
3.1和易性影响分析
从表6可以看出，随着粉煤灰取代率的增加，混凝土拌合物的坍落度增大，改善了混凝土拌合物的流动性。研究表明：由于粉煤灰成分中球状玻璃体占70%以上，其表面光滑无棱角，在新拌混凝土中起着润滑作用。同时，粉煤灰的掺入可以使水泥颗粒分散，所产生的水泥浆体可润滑骨料，使混凝土的流动性得以提高［6］。且通过粉煤灰补偿细骨料中细屑的不足，可以减少混凝土的拌合用水量，降低了水胶比，有效防止了泌水和离析现象，改善了混凝土的和易性［7］。
3.2 W/B不变时粉煤灰取代率对混凝土抗压强度的影响
从表7可以看出，粉煤灰取代率从0%增大到65%，当水胶比保持在0.45左右时，随着粉煤灰取代率增大，混凝土抗压强度呈下降的趋势。尤其是早期抗压强度下降幅度越大，从7d龄期混凝土抗压强度来看，每提高粉煤灰取代率10%，混凝土抗压强度降低幅度平均在27.5%左右，而到56d龄期时，混凝土抗压强度平均降低幅度减小至17.3%左右。
研究表明：随着混凝土养护龄期的延长，粉煤灰对混凝土抗压强度的贡献越来越得到体现，粉煤灰胶凝效率系数比较高［8］，尤其在28d龄期以后混凝土抗压强度发展速率随粉煤灰取代率的增加迅速提高。以28d龄期抗压强度100%为基准，粉煤灰取代率从0%增大到65%时，计算得出56d龄期混凝土抗压强度增长速率分别为：116.3%，117.8%，118.3%，118.5%，122.0%。因此，研究可得：粉煤灰在混凝土中取代率的增加，可以改善混凝土结构物在后期的体积收缩，提高混凝土结构的密实度和抗渗性，使混凝土的后期抗压强度得以增长。在水胶比保持在0.45左右时，粉煤灰取代率对7，28，56d龄期混凝土抗压强度的影响见图2。
3.3粉煤灰等取代率时W/B变化对混凝土抗压强度的影响
为了进一步探讨W/B对粉煤灰混凝土抗压强度的影响，研究粉煤灰取代率分别为0，20%，30%，50%和65%时，W/B变化对混凝土抗压强度的影响。
3.3.1粉煤灰取代率为0时
从图3可以看出，当采用基准混凝土配合比，即粉煤灰取代率为0时，随着W/B从0.60降低至0.45，粉煤灰混凝土28d龄期抗压强度从30.8MPa提高到47.2MPa，W/B每降低大约0.01，混凝土抗压强度平均约提高3.6%，其遵守fcu．0=Afc(W/B－B)的水胶比定则。
3.3.2粉煤灰取代率为20%～65%时
从图4(a)可以看出，当粉煤灰取代率为20%时，随着W/B从0.52降低到0.37，28d龄期混凝土抗压强度从25.6MPa提高到43.3MPa，W/B每降低大约0.01，混凝土抗压强度平均约提高4.6%；从图4(b)可以看出，当粉煤灰取代率为30%时，随着W/B从0.50降低到0.35，28d龄期混凝土抗压强度从23.2MPa提高到36.6MPa，W/B每降低大约0.01，混凝土抗压强度平均约提高3.9%；从图4(c)可以看出，当粉煤灰取代率为50%时，随着W/B从0.44降低到0.30，28d龄期混凝土抗压强度从23.2MPa提高到38.4MPa，W/B每降低大约0.01，混凝土抗压强度平均约提高4.7%；从图4(d)可以看出，当粉煤灰取代率为65%时，随着W/B从0.43降低到0.29，28d龄期混凝土抗压强度从17.3MPa提高到35.7MPa，W/B每降低大约0.01，混凝土的抗压强度平均约提高7.6%。
按照基准配合比28d龄期等抗压强度进行分析，要维持粉煤灰混凝土的强度等级不下降，粉煤灰取代率为20%时，W/B降低约为0.13；粉煤灰取代率为30%时，W/B降低约为0.20；粉煤灰取代率为50%，W/B降低约为0.26；粉煤灰取代率为65%时，W/B降低约为0.31。
研究［9］表明：粉煤灰取代率过大时，胶凝材料总量中的水泥熟料含量相对较少，熟料水化生成的Ca(OH)2量较少，从而减少了水化反应生成C2S2H的比例，有些粉煤灰颗粒没有参与反应，难以有足够的生成物填充周围的空隙。
所以粉煤灰取代率超过一定范围时，混凝土抗压强度会随粉煤灰取代率的增大呈明显下降趋势，试验结果与此理论分析基本吻合，故粉煤灰的取代率不宜超过50%。
3.4 28d龄期等抗压强度混凝土的配合比
为了研究水胶比和粉煤灰取代率的变化对混凝土抗压强度的影响规律，以基准配合比中水胶比为0.60，28d龄期抗压强度30.8MPa为基准，找出不同粉煤灰取代率28d龄期等抗压强度混凝土的配合比，试验结果列于表8。从表8中可以看出：28d龄期抗压强度等级都达到C30时，随着粉煤灰取代率的增加，水胶比呈现有规律的降低，即粉煤灰取代率每增加10%时，水胶比降低0.03～0.07，平均降低0.05。
4结论
(1)采用华能福州电厂Ⅰ级粉煤灰等量取代部分水泥，随着W/B的降低，有利于粉煤灰混凝土早期抗压强度的提高，但其后期抗压强度发展速率却出现小幅度的放缓趋势。
(2)随着粉煤灰取代率的提高，采用降低W/B的办法，可以保证混凝土的早期及后期抗压强度不降低，甚至可以提高混凝土的抗压强度等级，此时，养护龄期成为决定抗压强度高低的另一个重要因素。
(3)在实际工程中，可以综合考虑成本造价、施工工期等因素来决定W/B与养护龄期的最佳取值。当以C30为设计强度时，建议粉煤灰取代率为30%、水胶比为0.45。
（参考文献略）
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