掺Ⅱ级粉煤灰高性能混凝土的力学性能研究.pdf

2 0 1 1 年 第 4期 (总 第 2 5 8 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 1 ( To t a l No 2 5 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 原 材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADM 1N I CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 4 0 2 4 掺 级粉煤灰高性能混凝土的力学性能研究 李双喜 1 2 ，唐新军 ， ，孙 兆雄 ( 1 新疆农业大学 水利 与土木工程学院 ，新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 ；2 新疆兴农建筑材料 检测有 限公司 ，新疆乌鲁 木齐 8 3 0 0 5 2 ) 摘要： 以 I I 级粉煤灰作为超细掺合料掺人到高性能混凝土中， 研究在不同龄期 、 不同水胶 比 、 不同掺量情况下混凝土 的强度发展规律。 通 过试验研究发现： 采用高性能混凝土配制技术， 使用 P 04 2 5 R级水泥和 I i 级粉煤灰， 以 2 8 d 为标准设计龄期时， 可以配制出C 1 5 C 4 5 不同 强度等级的高性能混凝土。 同时， 和同强度的预拌混凝土进行比 较， 掺I I 级粉煤灰高性能混凝土价格更加低廉， 其技术经济效果较为明显。 关键词 ： 不同掺量 ；I I 级粉煤灰 ；高性能混凝土 ；抗压强度；规律研究 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 8 6 0 3 St u dy on t he m e c ha ni c s c a pa bi l ity of hi gh pe r f or ma nc e c onc r e t e mi xe d wi t h f l y a s h I I L I S h u a n g - x i ， T A NGXi n -j u n S U NZ h a o x i o n g ( 1 C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d C i v i l E n g i n e e ri n g o f Xi n j i a n g A鲥 c u lt u r a l U n i v e r s i t y ， U mmq i 8 3 0 0 5 2 ， C h i n a 2 Xi n j i a n g Xi n g n o n g C o n s t r u c t i o n Ma t e ri a l D e t e c t i o n L i mi t e d C o mp a n y ， Urumq i 8 3 0 0 5 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： F o c u s e d o n t h e me c h a n i c s c a p a b i l i ty o f c o n c r e t e u n d e r d i ff e r e n t c o n d i t i o n s ， s u c h a s p e r i o d ， wa t e r t o b i n d e r r a t i o ， d i ff e r e n t b l e n d i n g a g e n t s ， us i n g u l t r a fi n e fl y a s h I I a s t he b l e n d i ng a g e n t Th e r e s u l t s i n di c a t e d t h a t h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e wi th d i ffe r e n t s t r e ng t h g r a d e ( C1 5 - 4 2 4 5 ) c a l l b e o b s e r v e d b yu s i n g c o mmo n s i l i c a t e c e me n t( 4 2 5 R) a n d u l tr a fi n efl y a s hI I i nt h e s ta n d a r dp e r io d o f 2 8 d a y s a c c o r d i n gt Ot h e pr e p a r a t i o n t e c h n o l o g y o f h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e Th e t e c h n i c a l e c o n o mi c e ffe c t o f t h e hi g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e o bs e r v e d i n t h i s s tud y i s m o r e o b v i o us c o mp a r e d t o o t h e r c o mm e r c i a l c o n c r e t e wi t h s a me s tre ng t h g r a d e b e c a u s e o fi t s lo we r p ric e Ke y wor ds： d i ffe r e n t b l e n d i n g a g e n t s ； ul t r a fi n e fl y a s h 1 I ； h i g h p e rfo r ma nc e c o n c r e t e ： c o mp r e s s i o n s t r e n g t h； me c h a n i c s c a p a b i l i ty 0 引 言 水泥混凝土是各种建筑T程中应用最广 、 使用数量最大 的 材料， 是经济建设的重要物质基础。 在未来一百年内， 水泥混凝 土仍是各类建设工程中所使用的主导材料， 尚无有其他材料可 替代。 但水泥混凝土中的胶凝材料一水泥是一种高耗能、 高污染 的材料与产品。 水泥生产中， 每煅烧 1 t 水泥熟料将向大气排放 约 1 t 温室气体 C O ， 另外还排出S O ： 、 NO酸性气体和粉尘。 为 了保证人类与自然环境的和谐， 混凝土的生产与制造必须遵循 节 能减排和节约资源 的原则 。 高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土， 是在大幅度提 高普通混凝土性 能的基础上 ， 采用低水 胶 比， 掺加高效减水 剂 和大掺量超细矿物质掺合料等现代混凝土技术制作的混凝土， 是以耐久性作 为设计 的主要技术指标 ， 其混凝 土拌 合物有优异 的工作 性( 和易性 ) ， 适用性强 ， 同时又是一种经济 的、 具有环保 的混 凝 土 。 粉煤灰作为一种工业废料， 资源丰富、 价格低廉， 且含有大 量 的活性成分 ， 是现代混凝 土中非常重要的一个组分 。 优质粉 煤灰合理地应用于混凝土中， 不仅能部分代替水泥， 节省工程 造价， 而且其特有的性能可以有效地用于各种使用要求的混凝 土 中 ， 改善 和提高混凝土 的性 能 ， 是高性能混凝 土中的理想掺 合料。 以 I I 级粉煤灰作为超细掺合料， 采用高性能混凝土配制技 术， 将不同掺量的 I I 级粉煤灰掺人到高性能混凝土中， 研究其 混凝土的强度发展规律。 1 试验材料 1 1 水 泥 水泥采用青松 P O 4 2 5 R级水 泥 ， 其物理技术性质 和化学 成分详见表 1 、 2 。 1 2粉煤 灰 试验研究选择新疆乌市苇湖梁华电电厂加工的“ 晨科” 牌粉 煤灰 ， 通过电镜扫描观测 ， 该粉煤灰颗粒 多呈实心 的微细球形 ， 表面比较光滑。 粉煤灰形貌形态见图 1 。 表 1 水泥的技术性质 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 1 2 3 基金项 目：新疆高等学校科研计划重点项 目资助( X J E DU 2 0 0 8 I 1 5 ) ； 新疆水利水 电工程重点学科项 目资助 ( x j z d x k 一 2 0 0 2 1 0 0 5 ) 8 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 注 ： 水泥中混台材 ： 矿渣 】 5 ， 粉煤灰 3 ， 煤 矸石 2 ； R 2 0= Na 2 0+ 0 6 5 8 I ( 2 0 - 0 3 9 + 0 6 5 8 x 0 7 8 = 0 9 0 。 图 1 呈实心 的球形粉煤灰颗粒 其理化性能检验结果 见表 3 ， 化学成分检测结果见表 4 。 隶 3 苇湖梁 电厂 I I 级粉煤灰理化性能检测 化学成分 L o s s S i O 2 AI 2 Oj F e 2 O j C a O Mg O S O3 Na 2 0 K2 O R 2 O 含量 4 0 1 5 5 6 5 2 1 0 6 0 6 5 9 0 2 5 9 O 9 0 1 4 4 1 9 5 2 7 2 经检测， 该粉煤灰属 I I 级粉煤灰， 且为低钙灰。 1 3骨料 ( 1 ) 细骨料 ： 鸟鲁木齐河河 砂 ， 细度模数 3 5 ， 连 续级 配 ， 含 泥量 1 8 。 ( 2 ) 粗骨料 ： 乌鲁木齐河河 卵石 ， 最大粒径 2 0 m m， 连续级配 。 1 4外加 剂 此次试验选用天山建材精细化1 有 限公 司生产 的 F D N萘 系高效减水 剂 ， 最佳掺量 为 1 0 。 1 5 拌制养护用水 试验 中拌和水和养护水均用实验室 自来水 。 2试验 方 案 单掺 I I 级粉煤灰高性能混凝土以 3个水胶 比( 0 4 0 、 0 3 5 、 0 3 0 ) 和掺合料 5 个掺量( 3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 、 7 0 0) 可组成 1 5 个 配合比， 根据经验计算出 1 5 个初步配合比， 然后进行 1 5个配合 比混凝 土拌合物试拌调整试验 ， 此时 以满足达到泵送混凝 土和 易性( 坍落度 、 黏聚性 、 保水性 、 扩散度 ) 要求作为考核指 标 ， 进行 配合比调整。 然后， 将满足试拌调整的配合比拌合物浇筑试件， 标准养护， 再进行不同龄期抗压强度试验。 3试 验 结 果 按照上述试验方案， 首先对单掺 I I 级粉煤灰高性能混凝土 依次进行混凝土拌合物试验 、 调整， 使每一个配合比的混凝土 拌合物的和易性都达到 了泵送混凝土的要求 。 在此前提下 ， 再浇 筑混凝土试件 、 标养， 进行不同龄期抗压强度试验。 拌合物和易性试验结果 和以及抗压强度试验结 果 ， 见表 5 。 4 试验结果分析 根据表 5 单掺 I I 级粉煤灰商陛能混凝土试验结果可以看出： ( 1 ) 在有养护的条件 下 ， 每一个水胶 比、 掺不同掺 量 I I 级粉 煤灰的高性能混凝土的抗压强度 ， 随龄期延长而增长， 龄期是 影 响抗压强度 的显著因素之一 。 ( 2 ) 对每一个水胶比、 随 I I 级粉煤灰掺量的增加， 混凝土同 龄期抗压强度逐渐降低 ， 说明I I 级粉煤灰掺量是影响抗压强度 的另一个显著因素 。 ( 3 ) 当I I 级粉煤灰掺量不变时， 随水胶比的降低， 混凝土同 龄期的抗压强度逐渐增大 ， 这 说明水胶 比是影 响抗压强度 的显 著因素。 ( 4 ) 分析表 5 ， I I 级粉煤灰高性能混凝土抗压强度一龄期规 律， 当使用 P O 4 2 5 R时 ， 可以利用控制水胶 比和 I I 级粉煤灰 表 5单掺 J J 级粉煤灰高性能混凝 土试验结 果 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 掺量， 配制出各龄期能达到的最高强度等级的混凝土， 且满足 相应配制强度 + 1 6 4 5 0 ) 要求， 详见表 6 。 从 表 6中可以看到 ， 如果按 通常 2 8 d为标 准设计 龄期 ， 使 用青松 P O 4 2 5 R级水 泥 ， 控制水 胶 比在 0 4 0 0 3 0时 ， 掺 加 3 0 - 4 0 的 I I 级粉煤灰 ， 可配制 出 C 3 5 - - C 4 5的高性能混凝土。 如此高强度的混凝土 ， 是凶为高性能混凝土其结构特点是高 密实度。 用电镜观察本项目采用水胶比 O 4 0 、 掺加掺合料 4 0 的高性能混凝土的结构 ， 可以清楚地看到： 掺加 I I 级粉煤灰 的高性 能混凝 土水 泥 石 中的孑 L 隙很 少 ， 孑 L 径 不大 ， 结构 很密 实 ； 粉煤 灰颗粒 填 充在水 泥 石 中 ， 起 到 了填 充作 用 和微集 料 在 混 凝土 掺人 大掺 量 的 I I 级粉 煤灰 之所 以能 够配 制 的作 用 。 表 6 掺 I I 级粉煤灰高性能混凝土各龄期可达到的最高强度等级 高性能混凝土内部结构电镜图见罔2 、 3 。 图 2 密实的高性 能混凝 土( W C= 04 0 ， F = 4 0 ， 2 8 d) 图 3 填充在混凝土中的粉煤灰颗粒I W C = O 4 0 ， F = 4 0 ， 2 8 d) 用电镜观察本项 目试验研究高性能混凝土中 l l 级粉煤灰 表面发生水化反应( 亦称火山灰效应) 盼情况， 详 图 4 。 比较 图 3 、 4 ， 可 以清楚看到图 3高性能混凝土中粉煤灰在 2 8 d龄期 内 ， 只起 到填充作 用 和微集料 作用 ， 其 表 面未 发生水 化 ， 颗粒 表面光洁， 无水化产物； 图4可以清楚看到， 9 0 d龄期的高性 能混凝土 中的粉 煤灰颗粒 四周和表面有大 量形似纤维状 的水 化产物 CS H( 水化硅酸钙 ) ， 这证明粉煤灰颗粒表而发生了水 化反应， 同时也表明粉煤灰在标养条件下， 2 8 d龄期内一般与 水泥石中氢氧化钙不发生水化反应 ， 2 8 d龄期后才与水泥石 中氢氧化钙 发生反应 ， 这就是粉 煤灰化学活性 的一个特点 ， 早 期低后期高 。 微观结构致密和减小水泥石结构中孔隙 、 孔径 ， 使水泥 石致密 ， 可 以提高 水泥石强 度 ； 减轻 和降低界面结构 薄弱环节 的负面效应可以大大提高界面黏结强度。同时， 既提高水泥石 密实度和强 度 ， 又改善界面结 构 增强界面 黏结 强度 ， 可以产 生微观结构叠加的增强效应 ， 将大大提高混凝土抗压强度等宏 观效应 。 高性能混凝土与传统普通混凝 土的最大区别就在于高性能 混凝土利用和通过其配制技术， 有效地改善包括水泥石结构和界 面结构在内的微观结构 ， 大幅度提高普通混凝土各项技术性能。 8 8 图 4粉煤灰周围生成的 CS H W C= O 4 0， F = 4 0 ， 9 0 d ) 5结 论 通过本项目使用 P O 4 2 5 R 、 单掺 I I 级粉煤灰高性能混凝土 不同龄期( 3 、 7 、 l 4 、 2 8 、 6 O 、 9 0 d ) 的抗压强度发展规律试验研究 ， 可 以得 m盟 下结论 ： ( 1 ) 采 用高性能混凝土 配制技术 。 使用 P O 4 2 5 R和 I I 级 粉煤灰 ， 以 2 8 d为标准设计龄期时 ， 可以配制 出 C 1 5 C 4 5不同 强度等级 的商 能混凝 土。 ( 2 ) 掺 I I 级粉煤灰的高性 能混凝 土比现行市场流通的同强 度等级的预拌混凝土价格更加低廉， 其技术经济效果较为明显。 ( 3 ) 使 用掺 1 1 级粉煤灰 的高性 能混凝土 ， 可 以减 少粉煤灰 对环境的二次污染， 同时又能有效地控制或抑制、 减少对水泥 的需求 起到节能减排作用， 社会效益非常显著。 参考文献 ： f 1 1 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土【 M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 【 2 G B f F 1 5 9 6 -2 0 0 5 ， 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 s 】 J G J 5 2 -2 0 0 6 ， 普通混凝土中砂石质量及检验方法标准 s 】 4 1 J G J r r l 【 卜 9 5 ， 混凝土泵 送施工技术规程 s 【 5 J5 J ( 5 5 2 0 0 0 ， 普通混凝土配合比设计规程 【 6 C O L I E P A R A I M( 意) 混凝土新技术【 M 】 E 京 ： 中 国建材工业出版 社 ， 2 0 0 8 7 1 ME H 1 、 A P K( 美) 混 凝土微观结构 、 性 能和材 料 川 北京 ： 中 国电力 出版社 ， 2 0 0 8 1 8 余成行 ， 师卫科 ， 宋元旭 大掺量粉燥灰混凝土在 中央电视 台新台址 工程中的应用 1 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 8 8 9 1 ， 9 6 作者简介 联系地址 联 系电话 李双喜Q9 7 8 一) ， 男， 讲师， 主要从事建筑材料研究工作。 新疆乌鲁木齐市南昌路 4 2 号 新疆农业大学水利与土木 工程学院( 8 3 0 0 5 2 ) l 3 6 0 9 91 2 7 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m