粉煤灰高性能混凝土的试验研究.pdf

塑 生筮2 翅堪壁遗j 土 3 1 河北建筑科技学院许杰何向玲李瑞景 摘要 研究利用经活化处理的粉煤灰做掺合料，在普通工艺条件下，制成塌落度达 1 8 0 Ⅱ眦左右、抗压强度6 0 M P a 的高性能混凝土。使用粉煤灰配制的高性能混凝土，可降低成 本、节约能源、改善环境，具有良好的经济效益和社会效益。 关键词高性能混凝土粉煤灰流动性抗压强度 随着现代建筑不断向高层化、大跨化和地下化的发 展，作为主要建筑材料的混凝土应具有更加优良的性能。 高性能混凝土能同时满足①新拌混凝土的流动性大、粘 聚性好、不离析、施工性能良好；②硬化后的混凝土强度 高；③混凝土的体积稳定性好、收缩小、徐变低；④混凝土 的耐久性好。 一般来说，混凝土的强度越高，内部结构就越密实，因 而其收缩、徐变就越小，各项耐久性也越好。当水胶比小 于0 ．4 才能配制高强度混凝土 抗压强度不低于5 0 姗a ， 此时若单纯增加水泥浆量并不能明显改善新拌混凝土的 流变性能，使其塌落度达到l ‰以上。另外，为满足高 强要求，混凝土的水泥用量会很大，不利于减小水化热和 收缩以及降低混凝土成本。解决问题的关键是采用高效 减水剂和高活性掺合料。高效减水剂强烈的分散作用使 其较普通减水剂更能充分释放水泥浆絮凝结构中的拌合 水，从而大幅度提高混凝土的流动性；它还使水泥水化更 加充分和改善孔结构，从而提高了混凝土的整体强度。混 凝土掺合料通常是指火山灰质的矿物添加材料，其本身含 有潜在活性成分，能够与水泥水化生成的氢氧化钙发生反 应，生成的胶凝物质类似于水泥的水化产物。因此，利用 掺合料取代部分水泥来配制混凝土，可在不降低 甚至提 高 混凝土强度的前提下⋯，改善水泥引起的水化热和收 缩等问题。常用的掺合料有硅灰、磨细矿渣和粉煤灰等。 掺合料中所含的潜在活性物质越多、杂质越少、细度越大， 它的活性就越高。 我国的粉煤灰资源丰富，充分利用这一工业废料具有 较大的经济和社会效益。但是，在一般燃煤设备和工艺条 件下得到的粉煤灰颗粒较粗、钙含量少、活性较低，只能配 制普通强度的塑性混凝土 塌落度5 ㈣衄 。活化处理 可以改变粉煤灰的性能，通过物理或化学的方法，可提高 细度或增加其中的钙含量，提高粉煤灰活性。 1 试验用材料及试验说明 1 ．1 粉煤灰 分别采用邯郸电厂产普通粉煤灰和天津化工厂自备 电厂产增钙粉煤灰。普通粉煤灰颗粒较粗，对其进行磨 细，即物理活化处理，见表1 。当粉磨时间达9 0 ’左右时，灰 的细度明显提高，0 ．0 8 咖方孔筛的筛余量仅为2 ．8 ％，需 水比降为9 9 ％；粉磨时间延长至1 2 0 ’，细度提高不大，需水 比不再降低，故试验选用粉磨9 0 ’的磨细灰。 表1 粉磨时间对普通粉煤灰性质的影响 粉磨时问 ’O ．0 8 m 方孔筛筛余量 ％需水比 ％ O 2 4 ．41 1 6 3 01 3 ．21 1 0 6 09 ．51 0 4 9 02 ．89 9 1 2 01 ．89 9 增钙粉煤灰是电厂采用增钙燃煤新技术的产物。在 投煤的同时加入石灰石粉，既满足了燃煤工艺方面脱硫、 降熔点的要求，又能增加粉煤灰中氧化钙的含量，为其中 的潜在活性物质提供了碱性环境，并激发了活性，实现了 对粉煤灰的化学活化处理。试验用增钙粉煤灰的技术性 能见表2 。 表2 试验用粉煤灰的技术性能 化学成分 ％ 猎水比 0 ．0 8 咖 品种 ％ 筛余百 S i 0 2地QF 吃CC a 0M 9 0S 伤心烧失量 分率％ 普通 4 8 ．9 3 0 ．4 4 ．8 6 4 ．4 2O ．蜘O ．7 lO9 ．7 79 92 ．8 粉煤灰 增钙 粉煤灰 3 0 ．91 9 ．95 ．3 I2 9 ．70 ．8 I I ．2 9 1 0 ．25 ．8 99 66 ．8 1 ．2 水泥、粗细骨料及外加剂 采用5 2 5 号普通硅酸盐水泥；粗骨料为5 _ 3 1 ．5 m m 碎 石；细骨料为河砂，细度模数2 ．O ，骨料含泥量低于有关规 定；外加剂为萘系高效减水剂和复合缓凝保塑成分。 1 ．3 试验说明 增钙灰中含有一定量的游离氧化钙，其存在形式不同 于水泥中的游离氧化钙，前者细小且分散在增钙灰的表 面，用沸煮法检验，当新排灰且掺量过高时，其体积安定性 不良。本试验采用存放三个月以上的增钙灰，取代水泥率 达3 0 ％，体积安定性检验合格。 混凝土拌合物性能试验及力学性能试验分别依据 q l J 8 0 _ - 8 5 和G 埘8 l 衢。试件成型时采用机械振捣，振 捣时间控制在半分钟内。 万方数据 曼2 堪芷遮 土巡 生箍2 期 2 试验结果及分析 首先进行确定合理砂率的有关试验。由于高性能混 凝土的流动性很大，合理砂率值应高于塑性混凝土，以防 混凝土发生离析，同时，试验用砂为细砂，砂率过高会降低 混凝土的流动性。经过对几组不同砂率的混凝土拌合物 的塌落度测定和分层离析现象观察，确定水胶比0 ．3 3 、用 水量1 7 5 k g ，甜时的合理砂率是3 8 ％左右 外加剂掺量 l ％ 。在此基础上，采用粉煤灰取代不同水泥量配制高性 能混凝土，并与基准混凝土进行对比，试验结果见表3 。 表3粉煤灰品种、掺量对混凝土性能的影响 抗压强度加P a 粉煤灰取代水泥用量 水胶比砂率减水剂％塌落度聊n扩展度舢 品种水泥率％ 吲功3 7 d2 8 d 0 5 3 0 0 ．3 30 ．3 811 8 54 2 05 1 ．56 2 ．7 原 1 04 7 70 ．3 30 ．3 819 54 5 5 7 ．2 普 状1 54 5 l0 ．3 30 ．3 813 04 5 ．7 5 5 灰 2 0弭0 ．3 30 ．3 8l0 通 粉 1 0 4 7 7 0 ．3 3O ．3 811 8 53 8 54 9 ．36 1 ．8 煤 磨 1 54 5 10 ．3 30 ．3 811 8 03 7 04 96 2 ．3 灰 细 灰 2 04 ，弛 0 ．3 30 ．3 811 5 03 5 74 7 ．36 1 ．3 2 53 9 8O ．3 30 ．3 811 3 03 3 44 4 ．85 8 ．1 增 1 0∞- O ．3 30 ．3 811 9 04 3 45 1 ．96 2 ．2 钙 1 54 5 l0 ．3 30 ．3 811 8 54 2 55 2 ．76 3 ．6 粉 2 01 4O ．3 30 ．3 811 8 54 2 15 1 ．56 4 煤 2 53 9 80 ．3 3O ．3 811 7 54 c r 75 1 ．76 4 ．3 灰 3 03 7 1O ．3 30 ．3 8l1 7 03 7 84 9 ．36 0 ．4 由表3 可见，采用普通原状灰取代部分水泥配制混凝 土时，混凝土拌合物的流动性较差，达不到高性能混凝土 所要求的大塌落度值。磨细加工改变了粉煤灰颗粒形貌， 使其中大量的球联体解体，从而降低了粉煤灰本身的吸水 性，所以，磨细灰混凝土的塌落度明显高于原状灰混凝土。 同时，粉煤灰颗粒越细，发生二次水化反应越充分，生成的 水化产物就越多，磨细灰混凝土的强度越高。 增钙粉煤灰中氧化钙含量较多，利于粉煤灰中潜在活 性物质较早发生水化反应，所以增钙灰混凝土早期强度 7 d 高于普通粉煤灰混凝土，与基准混凝土接近。随着时 间的延长，水泥水化生成的氢氧化钙逐渐增多，使普通粉 煤灰的二次水化反应越来越充分，所以普通灰混凝土的后 期强度 2 8 d 提高较快，接近基准混凝土。 随着粉煤灰取代水泥率的变化，其混凝土的性能各 异。试验用增钙灰品质较好，含炭量较低，取代2 5 ％水泥 时，混凝土的塌落值仍可达到1 7 5 m m ，2 8 d 强度达6 4 加 a ， 略高于基准混凝土。用磨细普通灰取代2 0 ％水泥时，其 混凝土塌落度较基准混凝土低3 5 r m ，尽管强度降低不多， 但为保证高性能混凝土大流动性要求，试验用磨细普通灰 的最大取代水泥率约为1 5 ％。 3 结论 1 磨细处理可改善原状粉煤灰的颗粒、显著降低需 水比、利于粉煤灰的二次水化，从而满足配制高性能混凝 土的技术要求。增钙燃煤技术提高了粉煤灰中氧化钙的 含量，所得增钙灰的火山灰活性更好，掺加一定量增钙灰 制得的高性能混凝土的早期强度接近基准混凝土，后期强 度甚至高于基准混凝土。 2 在配制粉煤灰高性能混凝土时，粉煤灰的最大取 代率取决于其本身化学成分 活性物质、氧化钙、碳分 、颗 粒细度及所用水泥品种，碳分和细度对混凝土拌合物流动 性影响较大，当采用较好品质粉煤灰取代2 5 ％左右5 2 5 号 普硅水泥，可制得大流动性、印蛐瞻以上的高性能混凝土。 3 掺加粉煤灰后可有效改善高性能混凝土的分层离 析现象，还可降低混凝土的水化放热量及收缩。 4 利用粉煤灰配制高性能混凝土，可降低成本、节约 能源、改善环境，具有很好的经济效益和显著的社会推广 价值。 参考文献 1 i ∞F 砘c o n g ，R o l eo fs i l l j c aF u 咖i r IC 叫l p r e 鸥i v eS 吨| l g t h o fC e m e mP 鹤t e ，M 叭盯a I l dc m c 形I e ．A C IM a t 商a lJ 伽邛a 】． J 山一A u 羽l s t1 9 9 2 2 李建勇等，利用超细矿渣和硅灰配制高性能混凝土的 研究，混凝土。1 9 9 r 7 ．4 责任编辑马光辉 万方数据