粉煤灰對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

溫以華

(山東省聊城市水利工程總公司,山東聊城 252000)

1 概述

我國(guó)的粉煤灰產(chǎn)量大,環(huán)境污染嚴(yán)重,開發(fā)以粉煤灰為主的混凝土摻合料應(yīng)大力提倡;但長(zhǎng)期以來,人們普遍認(rèn)為,在混凝土中摻入粉煤灰,會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度明顯降低,以至于人們總是以消極的態(tài)度對(duì)待粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用,認(rèn)為在混凝土中是以降低強(qiáng)度為代價(jià)而利用了粉煤灰,對(duì)粉煤灰利用持謹(jǐn)慎態(tài)度。但近年來的實(shí)踐證明,粉煤灰是一種理想的混凝土微粉填充材料,優(yōu)質(zhì)粉煤灰具有顆粒細(xì),含有大量硅、鋁活性成分,具有較好的“活性效應(yīng)”、“界面效應(yīng)”、“微粒效應(yīng)”及“減水效應(yīng)”等多種綜合效應(yīng)。摻入混凝土中在保持有關(guān)力學(xué)性能的前提下,能大量代替水泥,提高混凝土的可泵性及混凝土的體積穩(wěn)定性等。

2 原材料性能

2.1 水泥

試驗(yàn)研究主要采用了山水普通硅酸鹽水泥,見表 1。

2.2 砂

砂采用泰安中砂,質(zhì)量指標(biāo)均符合 JGJ52-92要求。

2.3 碎石

采用濟(jì)南產(chǎn)石灰?guī)r碎石,粒徑 5～25mm連續(xù)級(jí)配,各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均符合 JGJ-53-92要求。

2.4 外加劑

采用聊城龍大建材公司生產(chǎn)的 LJB泵送劑、LJP膨脹劑,其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合有關(guān)國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 粉煤灰的基本性能

試驗(yàn)主要選用了濟(jì)寧電廠排放原狀灰。表 2為粉煤灰的化學(xué)成分及物理性能;表 3是采用激光顆粒分析儀測(cè)定的顆粒分布狀況;圖 1為電鏡照片;圖 2為顆粒分布曲線。

從表 2可以看出,濟(jì)寧粉煤灰含有大量 SiO2、Al2O3,細(xì)度(45μm篩篩余)、需水量比、燒失量、SO3等幾項(xiàng)主要指標(biāo)均能達(dá)到《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ146-90)的Ⅱ級(jí)灰的指標(biāo)要求,可用于鋼筋混凝土工程中。

從表 3、圖 2中可以看出,濟(jì)寧粉煤灰顆粒粒度小于45μm的數(shù)量占 80.8%,并且顆粒的形狀以球形為主。具有這類結(jié)構(gòu)的粉煤灰摻入混凝土后,能夠起到較高的“活性效應(yīng)”、“界面效應(yīng)”、“微粒效應(yīng)”以及“減水效應(yīng)”等多種復(fù)合效應(yīng),可以大量替代水泥,減少混凝土的水化熱,改善混凝土界面粘結(jié)強(qiáng)度。

表1 水泥性能檢驗(yàn)結(jié)果

表2 粉煤灰的化學(xué)成分及物理性質(zhì)

3 摻粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

3.1 粉煤灰對(duì)混凝土拌和物和易性的影響

優(yōu)質(zhì)粉煤灰摻入混凝土中,能夠改善混凝土拌和物的和易性。我們主要研究單摻粉煤灰及粉煤灰和外加劑復(fù)合使用時(shí),對(duì)混凝土拌和物的減水率、坍落度及坍落度損失進(jìn)行試驗(yàn)研究,其試驗(yàn)結(jié)果見表 5。由表中結(jié)果可以看出:

(1)粉煤灰取代水泥率為 20%～50%時(shí),在坍落度比空白混凝土增大 20～40mm的條件下,減水 4.6%～12.6%,單摻粉煤灰混凝土用水量均低于空白混凝土。

(2)粉煤灰取代水泥率為 20%～50%時(shí),粉煤灰與泵送劑雙摻入混凝土中,在混凝土出機(jī)坍落度較空白混凝土增大185～210 mm,達(dá)到 230～255 mm的前提下,減水率達(dá)到16%～24.7%;坍落度損失緩慢,30、90分鐘坍落度仍保留在 240～250mm、220～235mm,保塑效果良好。

(3)粉煤灰取代水泥率為 20%～50%時(shí),粉煤灰與泵送劑、膨脹劑三摻入混凝土中,在出機(jī)坍落度較空白混凝土提高 195～210 mm,達(dá)到 240～255 mm的前提下,減水率達(dá)到17%～27.8%,30、90分鐘坍落度分別保留在 235～245mm、205～230mm,坍落度損失緩慢。

表3 濟(jì)寧粉煤灰的顆粒粒度分布

圖1

圖2

3.2 對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

優(yōu)質(zhì)粉煤灰具有顆粒細(xì),含有大量硅、鋁活性成分,具有較好的“活性效應(yīng)”、“界面效應(yīng)”、“微粒效應(yīng)”及“減水效應(yīng)”等多種綜合效應(yīng)。摻入混凝土中在保持有關(guān)力學(xué)性能的前提下,能大量代替水泥,在此主要研究了粉煤灰對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響。

采用超量取代法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)?；鶞?zhǔn)混凝土坍落度控制在 40～60 mm,摻粉煤灰及外加劑的混凝土坍落度控制在 230～250mm左右,試驗(yàn)結(jié)果見表 4、表 5所示。從表中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出摻加粉煤灰混凝土有以下基本規(guī)律:

(1)單摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度均遠(yuǎn)低于基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度,并隨粉煤灰取代水泥率的增加而降低幅度增大。當(dāng)粉煤灰取代水泥率達(dá)到 50%時(shí),其 28d抗壓強(qiáng)度降低幅度達(dá)到 38%,強(qiáng)度降低顯著。單摻粉煤灰的取代水泥率應(yīng)控制在 30%以內(nèi)。這主要是因?yàn)榉勖夯一钚孕?yīng)低于水泥的原因造成的。

表4 單摻粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

(2)摻加粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度高于基準(zhǔn)混凝土。單摻粉煤灰水泥取代率 30%以內(nèi),后期強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土增長(zhǎng)幅度大,提高幅度在 10～20%。

(3)粉煤灰與LJB泵送劑復(fù)合使用,坍落度達(dá)到 230～250 mm的條件下,除早期強(qiáng)度(7d以內(nèi))有時(shí)略低于空白混凝土外,其它各齡期抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土。粉煤灰取代水泥率為30%時(shí),28 d、60 d、90 d、180 d抗壓強(qiáng)度較空白混凝土提高49%、47%、49%、61%,強(qiáng)度大幅度增長(zhǎng)。原因是粉煤灰與 LJB泵送劑復(fù)合使用,減水率提高,水膠比降低,充分發(fā)揮粉煤灰的“微粒效應(yīng)”,使混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯提高。

(4)在混凝土中,粉煤灰與 LJB泵送劑、LJP膨脹劑復(fù)合使用效果更為顯著。在粉煤灰與膨脹劑雙取代水泥的條件下,雙摻混凝土的各強(qiáng)度值均高于基準(zhǔn)混凝土。28 d抗壓強(qiáng)度較空白可提高 49%,180 d抗壓強(qiáng)度較空白可提高 66%。提高強(qiáng)度的主要原因,粉煤灰與泵送劑、膨脹劑復(fù)合混凝土減水效果好,水膠比低,“微粒效應(yīng)”增強(qiáng),外加劑對(duì)粉煤灰“活性效應(yīng)”有激發(fā)作用,使抗壓強(qiáng)度顯著提高。

表5 粉煤灰與外加劑對(duì)混凝土性能的影響

4 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰能顯著提高混凝土拌和物的和易性,尤其是粉煤灰與泵送劑、膨脹劑復(fù)合使用時(shí),粉煤灰與外加劑之間能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)粉煤灰球形顆粒的潤(rùn)滑滾珠效果及外加劑的高效減水增強(qiáng)保塑功能,顯著降低單方混凝土用水量,提高流動(dòng)性,減少坍落度損失,減少泌水,防止混凝土離析,提高混凝土的可泵性。(2)單摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度均遠(yuǎn)低于基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度,并隨粉煤灰取代水泥率的增加而降低幅度增大。摻加粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度高于基準(zhǔn)混凝土。單摻粉煤灰水泥取代率 30%以內(nèi),后期強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土增長(zhǎng)幅度大,提高幅度在 10～20%。(3)粉煤灰與 LJB泵送劑復(fù)合使用,坍落度達(dá)到 230～250mm的條件下,除早期強(qiáng)度(7 d以內(nèi))有時(shí)略低于空白混凝土外,其它各齡期抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土。(4)粉煤灰與 LJB泵送劑、LJP膨脹劑復(fù)合使用效果更為顯著。在粉煤灰與膨脹劑雙取代水泥的條件下,雙摻混凝土的各強(qiáng)度值均高于基準(zhǔn)混凝土。28 d抗壓強(qiáng)度較空白混凝土可提高 49%,180 d抗壓強(qiáng)度較空白混凝土可提高 66%。

[1]溫以華.粉煤灰泵送高性能混凝土的試驗(yàn)研究.山東大學(xué).碩士論文2006.6

[2]曹光倫,程春其.配制高性能混凝土的理想摻和料——粉煤灰.當(dāng)代建設(shè).2001.No.4

[3]劉旭晨.大摻量粉煤灰高性能混凝土研究及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué).碩士論文.2003.12

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