超细粉煤灰制备C70机制砂高强混凝土的试验研究.pdf

文章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 1 2 0 4 粉煤灰 超细粉煤灰制备C 7 0 机制砂高强混凝土的试验研究 E x p e r i me n t a l S t u d y o f P r e p a r a t i o n o f C 7 0 Ma n u f a c t u r e d S a n d H i g h S t r e n g t h Co n c r e t e wi t h Ul t r a - F i n e F l y As h 黄肖颖 ( 重庆渝建国有资产经营有限公司，重庆 4 0 4 1 0 0 ) 摘 要：通过对超细粉煤灰掺量、水胶比、集料和胶凝材料体 系等配合比参数进行设计和分析，利用超细粉煤灰制 备 出 C7 0机 制砂 高 强混凝 土 ，解决 了机制 砂 高强 混凝 土拌合 物黏 度 大的 问题 ，并 对混 凝土 耐久性 能 和收 缩性能进行 了评价。结果表明，该混凝土具有良好的工作性能、力学性能和耐久性能。 关键 词 ： 超 细粉 煤灰 ；机 制砂 ；高强混凝 土 中图 分 类 号 ：T U 5 2 8 3 1 文 献 标 志 码 ：A Ab s t r a c t ：C7 0 ma n u f a c t u r e d s a n d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e wa s p r e p a r e d b y u s i n g u l t r a fi n e fly a s h ， b a s e d o n d e s i g n a n d a n a l y s i s of t h e mi x p r op or t i o n pa r a me t e r s of t he ul t r a f i n e fly as h c o nt e nt ，wa t e r t o bi n de r r a t i o ，a g gr e g a t e s a n d c me n t i t i o us ma t e r i a l s The p r o b l e m o f h i g h v i s c o s i t y o f ma n u f a c t u r e d s a n d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e r e s o l v e d T h e p e r f o r ma n c e s o f d u r a b i l i t y a n d s h r i n k a g e o f c o n c r e t e we r e e v a l u a t e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e c o n c r e t e h a d g o o d wo r k a b i l i t y，me c h a n i c a l a n d d u r a b i l i t y p r o p e r t i e s Ke y wo r d s ：u l t r a f i n e fly a s h ； ma n u f a c t u r e d s a n d ； h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e 0 前 言 近年来，国内针对机制砂高强混凝土的制备进行了 大量系统的研究。与天然砂相比，机制砂级配较差、细 度模数偏大，具有表面粗糙 、颗粒尖锐有棱角等特点， 这对集料和水泥的黏结是有利的，但同时也不可避免地 引起黏度增大 ，混凝土拌和物流动阻力增大 ，易造成混 凝土的流动性不 良I 2 1 。怎样使配制 的机制砂高强混凝土 具有较低的黏度和较好的流动性，满足泵送要求的同时， 具有 良好的力学和耐久性 能，是工程技术人员面临的难 题之一。 超细粉煤灰 ( U l t r a f i n e F l y A s h ，简称 U F F A) 是 从粉煤灰中分选出来的微小玻璃球体。其颗粒小，比表 面积大，含未燃尽碳极少，活性优于一般的火山灰质材 料 ，能够较为显著地改善混凝土性能 2 _ 。目前对于超 细粉煤灰制备机制砂高强混凝土的研究还较少。本文针 对超细粉煤灰制备 C 7 0机制砂高强混凝土展开了试验研 究，重点对配合比没计、耐久性能评价进行了分析讨论。 本文的研究结果有利于拓宽机制砂高强混凝土配制途径 和超细粉煤灰应用途径，具有一定的理论和现实意义。 1 2 CoAL ASH 4 2 01 3 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 水泥：重庆某水泥厂生产的 P O 4 2 5 R水泥，主要 性能指标见表 1 。 表 1 水泥主要性能指标 超细粉煤灰：深圳某公司生产的一种超细 ( 亚微米 级 )全球状的粉煤灰，主要物理性能指标见表 2 ，化学 成分见表 3 ，颗粒形貌见 图 1 。 表 2 超细粉煤灰的主要物理性能 化学成分 s io 2 C a O Mg O A I 2 O 3 F e 2 O 3 N a 2 O 0 S O3含碳量 含量 5 6 5 4 8 1 3 2 6 5 5 3 1 4 3 2 8 0 6 5 l 达到最低 。此外 ，笔者认为 ，超细粉煤灰中表面粗糙开 口的微珠对减水剂分子的吸附导致经时损失加快，也是 造成混凝土流动度降低的原因之一。 2 1 2 超细粉煤灰对水胶比及强度的影响 由表 5中 H C l H C 4与 H C 5的相比可知 ：由于超 细粉煤灰的掺人 ，在水胶比为 0 2 6时，混凝土即可达 到较好的工作性能。超细粉煤灰细小的颗粒形状呈良好 的全球形，在发挥微填充效应的同时，可大大提高其滚 珠效应，进而发挥优良的减水效应。此外，掺入超细粉 煤灰后，在达到相同工作性能的情况下，H C 1 H C 4抗 压强度要高于 H C 5 。超细粉煤灰全部为非晶态的铝硅酸 盐玻璃体结构，含有大量的活性 S i O ， 和 A 1 ， 0 ， 等成分。 这些活性组分的存在，在确保二次火山灰反应发生的程 度的同时，也保证了二次火山灰反应的产物质量，使混 凝土微观孑 L 结构和界面结构进一步优化、致密性提高， 从而提高了混凝土强度 。 2 1 3 胶凝材料体系的确定 表 4对比了水泥一 超细粉煤灰、水泥一 超细粉煤灰 一 矿粉以及水泥一 矿粉一 硅灰 3种不同胶凝体系下的混 凝土性能。试验结果表明，单掺超细粉煤灰时，由于其 超强的辅助减水和滚珠效应，在较低用水量下，混凝土 粘度低，但流动性较差，流速慢。在水泥一 超细粉煤灰 一 矿粉体系 H C 2 H C 4中，随着矿粉掺量的提高，混凝 土粘度稍有提高，但扩展度变大，流动性提高。H C 4的 综合性能要优于H C 5 。此时的胶凝材料总量为 5 4 0 k g m ， 满足 C E C S 1 0 4 ： 9 9 高强混凝土结构技术规程中水泥 用量 5 0 0 k g m 、胶材总量 6 0 0 k g m 的规定。 2 2 配合比确定 综上所述 ，通过从混凝土工作性 、水胶 比、胶凝材 料体系 3个方面分析，确定 H C 4为利用超细粉煤灰配 制 C 7 0机制砂高强混凝土较优的设计配合比。 3 耐久性能及收缩性能评价 在配合比设计优选出 HC 4的基础上，对采用 H C 4 配制的 C 7 0机制砂高强混凝土的耐久性与收缩性能进行 了评价。 4 CoAL ASH 4 2 01 3 3 1 耐久性能 3 1 1抗氯离子渗透性能 氯盐引起的混凝土结构的劣化破坏是一种常见的较 为严重的混凝土耐久性问题。当混凝土中钢筋表面的 c l 一 的含量达到某一临界值以后，会导致钢筋表面的钝化膜 被破坏，钢筋发生孔蚀，在阳极反应及阴极反应的作用 下生成铁锈，导致钢筋体积膨胀、混凝土保护层产生开 裂破坏，从而导致结构承载能力降低，并逐步劣化破坏， 严重威胁结构安全【 l 0 I 。因此，高强混凝土的抗氯离子渗 透性能是一项关键的耐久性指标之一。 通过快速氯离子迁移系数法 ( R C M 法 )测得混凝土 氯离子迁移系数D R C M = 0 9 6 1 0 一 l 2 m 2 I s 。根据 J G J 1 9 3 2 o 0 9规定，混凝土的抗氯离子渗透的等级为 R C M V ， 满足 G B T 5 0 7 4 6 -2 0 0 8 混凝土结构耐久性设计规范 诸多环境下使用寿命 1 0 0年的结构耐久性设计要求。 3 1 2 抗硫酸盐侵蚀性能 自然界中的硫酸盐溶液与混凝土结构接触或是进入 到混凝土机体中，并与水泥水化产物反应，导致混凝土 的膨胀、开裂、剥落等损坏，进而使混凝土结构失去完 整性和稳定性 ，严重影响混凝土结构安全1 。 一 般来讲，硫酸盐侵蚀分为钙矾石 ( A F t ) 结晶型、 石膏结晶型、碳硫硅钙石型、硫酸盐结晶型和 M g S O 双 侵蚀型 5类 l 2 】 。试验对混凝土的抗硫酸盐性能进行了测 试，并对其抗硫酸盐等级进行了分类，见表 6 。从表 6 中的试验结果可以看出，超细粉煤灰制备的 C 7 0机制砂 高强混凝土具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能。 表 6 混凝土抗硫酸盐侵蚀性能 3 1 3 抗碳化性能 混凝土的碳化是指空气中的酸性气体 C O 与混凝土 中的液相碱性物质发生反应，使得混凝土碱性下降和混 凝土中化学成分改变的中性化反应过程。当中性化深度 大于混凝土的保护层厚度，就会破坏保护层下钢筋表面 的钝化膜；在钝化膜被破坏后 ，伴随着水和空气的共同 作用，钢筋就会出现锈蚀。锈蚀产生的体积膨胀将导致 钢筋长度方向出现纵向裂缝，并使保护层剥落，继而使 得构件的截面减小、承载能力降低，最终将使结构构件 破损或者失效 J 。 表 7是混凝土碳化的试验结果。从表 7中可以看出， 混凝土 3 d 、7 d 、2 8 d的碳化深度均0 1 m m，抗碳化 性能等级为 T V，说明混凝土具有优良的抗碳化性能。 表 7 混凝土碳化试验结果 3 2 收缩性能 混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出 现的体积缩小现象。当收缩超过某一限度，处在约束条 件下的混凝土就会出现收缩裂缝，进而严重影响混凝土 结构的耐久性。试验分 2 个阶段，分别采用非接触法和 接触法来较为全面、准确的表征、测试混凝土的收缩。 混凝土总收缩即为 2个阶段收缩之和。第一阶段：混凝 土终凝至 3 d龄期，采用非接触法；第二阶段：3 d 9 0 d 龄期，采用接触法。试验结果表明，混凝土 2 8 d总收缩 为 5 0 41 0 6 ，9 0 d的总收缩为 5 2 21 0 ，2 8 d龄期以 后 ，混凝土收缩增长幅度趋于平缓 ，见 图 2 。 宝 芝 将 螺 龄期 d 图 2 C 7 0 机制砂高强混凝土收缩曲线图 4 结 论 ( 1 )通过对超细粉煤灰掺量、水胶比、集料及胶凝 材料体系进行优化设计，利用超细粉煤灰制备出坍落度 扩展度为 2 3 0 6 1 5 m m、2 8 d强度为 8 6 8 MP a 的性能良 好的 C 7 0机制砂高强混凝土。 ( 2) 超细粉煤灰具有优良的微填充和滚珠效应，能 显著降低机制砂高强混凝土的黏度，改善混凝土的工作 性能及力学性能。 ( 3) 超细粉煤灰制备的 C 7 0机制砂高强混凝土具有 较好的体积稳定性和优异 的耐久性能。 参考文献 1 杨玉辉，周 明凯 ，赵华耕 C8 0 机制砂泵送混凝土的配制及其影 响 因素 J 】 _ 武汉理工大学学报 ，2 0 0 5，2 7 ( 8 ) ： 2 7 3 0 2 王云红 ，郑福国 大型火力发 电厂粉煤灰的综合利用 J 】 l 节能与环保 ， 2 0 0 5 ( 7 ) ：4 3 - 4 4 3 】章春梅， 黄敬东， 秦鸿根， 等 超细粉蝶灰在高性能混凝土中的应用研 究 J 混凝土与水泥制品，1 9 9 6 ( 1 ) ： 1 5 1 7 4 蒋正武 ，崔宝琦，孙振平， 等 水下抗分散混凝土的性能研究【 J ，建 筑材料学报，2 0 0 0 ， 3 ( 2 ) ： 1 2 9 - 1 3 4 5 】蒋正武，石连富，孙振平 用机制砂配制自密实混凝士的研究 J 建筑材料学报， 2 0 0 7 ， 1 O ( 2 ) ： 1 5 4 1 6 0 6 】周士琼，李益进，尹健 超细粉煤灰的性能研究 J 硅酸盐学报， 2 0 0 3 ，3 1 ( 5 ) ： 5 1 3 - 5 1 6 7 】刘金梅，卢忠远，严云 超细粉煤灰与高效减水剂复合减水效应研 究 J 】 武汉理工大学学报 ，2 0 0 9 ，3 1 ( 4 ) ：1 2 0 - 1 2 4 【 8 龙湘敏， 谢友均，刘宝举 超细粉煤灰在低水胶比浆体中的密实填 充作用 J 混凝土 ，2 0 0 5 ， 2 7 ( 8 ) ： 3 8 4 0 9 符国力， 冯绍航， 李辉 超细粉煤灰与原灰在水泥砂浆中的水化特 征对比研究 J 西安建筑科技大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ， 4 3 ( 3 ) ： 3 8 5 - 3 9 O 【 1 0 冯乃谦 ，邢锋 混凝土与混凝土结构的耐久性【 M 北京， 机械工业出 版社 ，2 0 0 9 1 1 】 汪澜 水泥混凝土组成性能应用 M】 北京， 中国建材工业出版社， 2 0 0 5 1 2 】 韩宇栋，张君，高原 混凝土抗硫酸盐侵蚀研究评述 J 】 混凝土 ， 2 O l 1 ( 1 ) ：5 2 - 5 6 1 3 】肖佳，勾成福 混凝土碳化研究综述 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 4 0 4 4 作者简介：黄 肖颖，男 通信地址： 重庆市渝中区大坪彭家花园1 6 号( 4 0 4 1 0 0 ) E - ma i l ：n l i a n 2 3 1 6 3 c o m 收稿 日期： 2 0 1 3年 1月 1 5日 4 2 0 1 3 粉煤灰