燒失量和細(xì)度對(duì)粉煤灰漿體流變特性的影響

譚鹽賓,李化建,謝永江,易忠來

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所,北京 100081)

粉煤灰具有良好的火山灰效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)和微集料填充效應(yīng)[1-3],已成為高性能混凝土中不可或缺的組分。滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)度、燒失量、需水量比等要求的粉煤灰得到了廣泛應(yīng)用。隨著大量基礎(chǔ)設(shè)施,如高速鐵路、核電、水利工程的建設(shè),滿足規(guī)范要求的粉煤灰日益緊缺,而某項(xiàng)指標(biāo)不滿足相關(guān)規(guī)范(如細(xì)度太大、燒失量超標(biāo))的粉煤灰卻由于受傳統(tǒng)觀念和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的限制而大量堆積。為擴(kuò)大高性能混凝土用粉煤灰資源,選擇不同細(xì)度和燒失量的粉煤灰為研究對(duì)象,以凈漿流動(dòng)度與馬歇爾流出時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo),探討細(xì)度和燒失量對(duì)粉煤灰漿體的流變特性的影響規(guī)律,以期為粉煤灰資源充分利用以及粉煤灰相關(guān)技術(shù)指標(biāo)修改提供參考。

1 原材料性能試驗(yàn)

目前,對(duì)于低品質(zhì)粉煤灰(以下稱作灰渣)的利用,一般是將其進(jìn)行再細(xì)磨,通過改變粉煤灰形貌以及粒度分布提高其各項(xiàng)性能[5-6]。雖然這種方法效果較好,但需要再細(xì)磨,增加了生產(chǎn)成本和能耗。原狀低品質(zhì)粉煤灰燒失量和細(xì)度指標(biāo)與優(yōu)質(zhì)粉煤灰相比相差較大,如直接替代優(yōu)質(zhì)粉煤灰或?qū)炷涟韬臀镄阅芎陀不炷列阅苡杏绊?。本文試圖從燒失量、細(xì)度對(duì)低品質(zhì)粉煤灰流變性能影響的角度,初步探討燒失量和細(xì)度對(duì)粉煤灰漿體流變性的影響規(guī)律,為低品質(zhì)粉煤灰利用提供參考意見。

1.1 試驗(yàn)方法

1)粉煤灰凈漿流動(dòng)度和馬歇爾流出時(shí)間試驗(yàn)分別參照《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》(J C T 1083—2008)中的凈漿流動(dòng)度法和馬歇爾法進(jìn)行。

2)粉煤灰粒度分布試驗(yàn)采用美國馬爾文H y d r o 2000M u型激光粒度分析儀進(jìn)行測(cè)試。

1.2 原材料性能試驗(yàn)

選擇三種具有較好可比性的粉煤灰進(jìn)行試驗(yàn),其中編號(hào) F 1和 F 2的兩種粉煤灰細(xì)度相近,燒失量相差較大;編號(hào)F 0和 F 2兩種粉煤灰燒失量均較小,但細(xì)度相差較大。三種粉煤灰的性能測(cè)試結(jié)果見表1,粉煤灰粒徑分布特征值見表2,顆粒粒度分布曲線如圖1所示。

表1 粉煤灰的性能指標(biāo) %

表2 粉煤灰粒度分布特征值 μ m

圖1 粉煤灰顆粒粒度分布曲線

2 粉煤灰漿體流變特性試驗(yàn)研究

2.1 燒失量和細(xì)度對(duì)粉煤灰減水作用的影響

圖2為減水劑摻量對(duì)粉煤灰凈漿流動(dòng)度的影響結(jié)果。由圖2可知:①隨著減水劑摻量增加,粉煤灰漿體流動(dòng)度逐漸增大;當(dāng)減水劑摻量達(dá)到 1.0%時(shí),其流動(dòng)度增加幅度減緩,表明已接近飽和點(diǎn)摻量;②在飽和點(diǎn)摻量范圍內(nèi),三種粉煤灰凈漿流動(dòng)度隨減水劑摻量增加而增大;在相同減水劑摻量情況下,粉煤灰 F 2的流動(dòng)度最大,而F 1的流動(dòng)度最小。結(jié)合表1的性能結(jié)果可知,粉煤灰 F 2與 F 1細(xì)度均較粗,但 F 2燒失量遠(yuǎn)小于 F 1;F 2細(xì)度大大粗于 F 0,但 F 2燒失量卻小于 F 0。因而,試驗(yàn)結(jié)果表明燒失量對(duì)粉煤灰在漿體中減水作用起著主要作用。

圖2 減水劑摻量對(duì)粉煤灰凈漿流動(dòng)度的影響

2.2 燒失量和細(xì)度對(duì)粉煤灰漿體流變性的影響

圖3、圖4分別為灰渣不同摻量時(shí)粉煤灰水泥凈漿流動(dòng)度和馬歇爾流出時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果。粉煤灰摻量分別為 0、30%、50%、60%和 70%。由圖3結(jié)果可知,①隨著摻量增加,粉煤灰 F 1和 F 2流動(dòng)度變化均呈降低趨勢(shì),但 F 2的流動(dòng)度降低幅度很小,摻量 30%時(shí)流動(dòng)度為 280 mm,摻量 70%時(shí)仍有 262 mm;而 F 1的流動(dòng)度降低幅度卻很大,摻量 30%時(shí)流動(dòng)度為 229 mm,摻量 70%時(shí)已降低至 160 mm;②粉煤灰 F 2的流動(dòng)度與F 0的流動(dòng)度相當(dāng),但隨摻量的增加,二者流動(dòng)度變化呈不同規(guī)律,對(duì)F 2而言,隨摻量增加,漿體流動(dòng)性逐漸降低;而對(duì) F 0,當(dāng)摻量較低時(shí)(30%),漿體流動(dòng)度最小,且比不摻粉煤灰的純水泥漿體流動(dòng)度還小,其后隨摻量增加,漿體流動(dòng)性逐漸增大。圖4所示馬歇爾流出時(shí)間也呈現(xiàn)相似規(guī)律,即燒失量低的粉煤灰 F 2與F 0的變化趨勢(shì)與幅度相近,而燒失量高的粉煤灰 F 1則隨摻量增加,其流出時(shí)間大幅延長,當(dāng)摻量達(dá)到60%后,其流出時(shí)間遠(yuǎn)超過 900 s,基本無法流出,表明其漿體黏度增大。

圖3 灰渣不同摻量時(shí)粉煤灰水泥凈漿的流動(dòng)度

圖4 灰渣不同摻量時(shí)粉煤灰水泥凈漿的馬歇爾流出時(shí)間

通過三種粉煤灰的性能差異的比較可以看出,在粉煤灰漿體流動(dòng)性的影響因素中,燒失量的影響程度最大,而細(xì)度的影響則較為有限。當(dāng)粉煤灰具有較低的燒失量時(shí),即便細(xì)度較大,粉煤灰漿體仍可具有較好的流動(dòng)性,即該粉煤灰仍具有較好的減水效果。當(dāng)然,這也并不意味著細(xì)度對(duì)粉煤灰漿體流變性能沒有影響,粉煤灰F 2與 F 0在流動(dòng)度相當(dāng)?shù)那闆r下,二者馬歇爾流出時(shí)間隨摻量增加而表現(xiàn)出明顯差別,說明對(duì) F 2而言,隨其摻量增加,漿體馬歇爾流出時(shí)間顯著增加,即漿體黏度變大;而對(duì) F 0而言,隨其摻量增加,漿體馬歇爾流出時(shí)間卻僅有小幅度增加。

2.3 燒失量和細(xì)度對(duì)粉煤灰漿體流動(dòng)保持性的影響

圖5、圖6分別是粉煤灰 F 1和 F 2的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度和馬歇爾流出時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果。由圖5(a)、圖6(a)可知,摻入粉煤灰會(huì)引起漿體流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失的輕度增加,這與純水泥漿體所表現(xiàn)出的流動(dòng)性經(jīng)時(shí)變化則剛好相反:純水泥漿體的流動(dòng)性隨時(shí)間增加呈增大趨勢(shì)?？梢哉J(rèn)為在水化初期,水泥顆粒本身對(duì)減水劑和自由水的吸附作用小,而粉煤灰顆粒則有較大的吸附作用,從而造成摻粉煤灰漿體流動(dòng)性的經(jīng)時(shí)損失增大。由圖5(b)、圖6(b)可以看出,隨著粉煤灰摻量增加,F 1漿體的馬歇爾流出時(shí)間顯著增加,當(dāng)摻量超過 50%后,F 1漿體基本無法從馬歇爾流出儀中流出;而 F 2漿體的馬歇爾流出時(shí)間則在較低范圍內(nèi),說明細(xì)度相當(dāng)時(shí),燒失量對(duì)粉煤灰漿體黏度有顯著影響。

圖5 粉煤灰F 1漿體流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失結(jié)果

圖6 粉煤灰F 2漿體流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失結(jié)果

3 結(jié)論

在本試驗(yàn)范圍內(nèi),通過對(duì) 3種不同品質(zhì)粉煤灰物理性能和流變性能的試驗(yàn),可以初步得出下述結(jié)論:

1)在對(duì)粉煤灰流變特性的影響因素中,燒失量的影響程度大大高于細(xì)度,即細(xì)度相當(dāng)時(shí),粉煤灰燒失量越小,其漿體的流動(dòng)度值越大,馬歇爾流出時(shí)間越短;

2)當(dāng)燒失量較小時(shí),即使粉煤灰細(xì)度較大(即粒度較粗),仍具有與Ⅰ級(jí)粉煤灰相當(dāng)?shù)臏p水能力。這也反映出在選用粉煤灰時(shí),只要燒失量指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,可適當(dāng)放寬對(duì)細(xì)度的上限要求,即可拓寬粉煤灰料源的范圍。

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