掺粉煤灰和磷渣混凝土的性能试验研究.pdf

第 4 2卷 第 5期 2 0 1 1年 3 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 42， No 5 M a r 2 011 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 8 6 0 3 掺粉煤灰和磷渣混凝土的性能试验研究 谢 莎 莎 ， 董 芸 ， 陈 霞 ， ( 1 长江科学院 结构 与材料研 究所， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ； 2 水利 部 水工程 安全与病 害防治工程技 术研 究中 心 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 研 究 了掺粉煤灰 、 磷渣 对混凝土 力学性能、 耐久性和 变形性 能的影响。结果表明 ， 混凝土的抗压 强度和 极 限拉伸值均随着粉煤灰掺 量的增加 而降低 ； 用磷渣等量替代粉煤灰后 ， 混凝 土强度 与普通混凝 土相 比基本 相 当或略 高， 极 限拉伸值增加较 多， 干缩也略有增加 ； 在混凝 土中掺入适量的粉煤灰或磷 渣均有利 于改善混凝 土的抗渗性和抗冻性。 关键词 ： 混凝土 ； 磷渣 ；粉煤灰 ；抗压强度 ；耐久性 中图 法 分 类 号 ：T V 4 2 3 文 献标 志码 ：A 粉煤灰是从煤粉炉烟道气体 中收集到的粉末 ， 属 于铝硅玻 璃质 材料 ， 玻璃 体 中可溶 性 的 S i O ，和 A 1 ， O 是 粉煤灰 的火 山灰活性 的来 源 。粉 煤灰用 作混凝 土矿 物 掺和料 不仅 可 以降低 水 泥用量 、 节约成本 ， 还可 以降 低 水化热 温升 ； 粉煤 灰 的二 次 火 山灰 反应 的水化 产 物 有 利于减 少水 泥石结 构 中 大孔 、 毛细孔 和连 通孔 的数 量 ， 同时增 加凝胶 孔 和过渡孔 ， 使水 泥石孔 隙分布更 加 均 匀 、 孔径 趋细化 ， 改善 水泥 石的整 体性能 。 磷 渣 是 生 产 黄 磷 时 的 工 业 副 产 品 ， 化 学 组 成 以 C a O和 S i O ，为主 ， 含 量超 过 9 0 ， 具 有 一定 的火 山灰 活性 ， 用作 混凝 土矿 物掺 和 料 时有 利 于改 善 混凝 土 的 部 分性能 。 目前 ， 我 国在 建 和规 划 中 的水 利水 电工 程 大多 处 于西 南地 区 ， 由于西南地 区 大型火 电厂较少 ， 且煤 源不 稳定 ， 能够 稳定供 应粉煤 灰 的厂家较 少 ， 粉 煤灰供应 紧 张 ， 而磷渣 来源广 、 堆 积 量 大 。因此 ， 在 粉 煤灰 日益 紧缺 的形 势 下 ， 研 究 掺 粉 煤 灰 、 磷 渣 对 混 凝 土 力 学 性 能 、 耐 久性 和变形 性能 的影 响 ， 不仅 可 以进 一步 了解 粉 煤灰 和磷渣 的各项 性 能 ， 还有 利 于 为磷 渣 取代 粉 煤 灰 用作混 凝土掺 和料 的研究 提供 技术支 持 。 1 原材料性能 ( 1 )水泥 。试 验采 用 4 2 5普 通 硅 酸盐 水 泥 。水 泥 性 能 检 测 结 果 表 明 ， 水 泥 的 基 本 性 能 指 标 符 合 G B 1 7 5 2 o 0 7 通用硅 酸盐水泥 对普通硅酸盐水泥 的有 关规定 。 ( 2 )粉煤灰 和磷渣 。试验 采用 贵州凯里 电厂粉 煤 灰 。试 验选 用 的磷 渣为 贵州磷 酸盐制 品厂粒 化 电炉磷 渣 ， 该 磷 渣 的 质 量 评 定 系 数 为 1 3 1 ， P O 含 量 为 1 5 3 ， 无元 素磷 ， 磷 渣 品质检 验结 果 见表 l 。检 测结 果表 明 ： 贵 州凯里 电厂 粉煤 灰 的各项 技 术 指标 已达 到 D L T 5 0 5 51 9 9 6 ( 水工 混凝 土掺 用粉 煤 灰技 术规 范 中 I级粉煤 灰 的技 术指标 要求 。 表 1磷 渣 的 物 理性 能 ( 3 )骨 料 。试 验用粗 骨料 和细骨 料均为 灰岩人 工 骨料 。人工砂 的表 观密 度 为 2 7 1 g c m ， 细度 模数 为 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 2 6 基金项 目： 国家 自然科 学基金 重点项 目( 5 0 5 3 9 0 1 0 ) ； 长江科学院 中央级公 益性科研 院所基本科研 经费( Y WF 2 0 0 8 1 3 ) 作者简介 ： 谢 莎莎， 女 ， 硕士研究 生， 主要从事建筑材料研 究。E ma i l ： x s s O 0 8 8 3 2 1 6 3 c o m 第 5期 谢莎莎 ， 等： 掺粉煤 灰和磷渣混凝 土的性能试验研究 8 7 3 0 6 ， 石粉 含量 为 1 1 4 。 ( 4 )外 加剂 。采 用缓 凝 高 效 减水 剂 ， 其 各 项 性 能 指 标均符 合 D L T 5 1 0 01 9 9 9 ( 水工 混凝 土外加 剂技 术 规 程 要 求 。引气剂 采用 D H 9引气剂 。 2 混凝土配合 比与性能试验 2 1 混凝土 的配合 比 试 验选择 多种 水胶 比 ， 混 凝 土 三 级 配骨 料 组 合 比 为大石 ： 中石 ： 小石 = 5 0 ： 2 0 ： 3 0 ， 二 级 配骨 料 中石 与 小 石的质量比为 5 5 ： 4 5 ， HL CN A F 2缓凝高效减水剂掺 量为 0 6 ， D H 9引气剂 掺量 为 0 0 1 5 ， 混 凝 土性 能 试 验部 分配 合 比见 表 2 。 同一 水 胶 比， 分 别 进 行 了 单 掺磷渣粉、 粉煤灰及复掺磷渣粉和粉煤灰混凝土的性 能试验 。 表 2混凝 土配 合 比 2 2 力学性能 混凝 土力学 性能部 分试 验 结果 列 于 表 3 。试 验 结 果表 明 ： 随着龄期 的增 长 ， 混 凝 土 强 度逐 渐 增 加 ； 随 着 粉煤灰 掺量增 加 ， 混凝土 抗压 强度 逐渐 降低 ， 当粉煤 灰 掺量不超过 3 0 时， 混凝土的抗压强度降低率均低于 粉煤灰 的掺量 百分 数 ； 水 胶 比在 0 5 0 0 5 5范 围 内波 动时 ， 混 凝土强 度 降低率基 本相 当 ； 掺 粉煤 灰对混 凝土 2 8 d龄期抗 压强 度 的影 响 略大 于 9 0 d龄期 ， 9 0 d龄期 的抗压强度增长率均 随着粉煤灰掺量 ( 掺量 3 0 以 内) 的增加 而提高 。 掺磷 渣也会 降低 混凝 土抗 压强 度 ， 2 8 d内抗 压 强 度 降幅较 大 ， 9 0 d龄 期抗 压 强度 降幅 明显 减 缓 。这 是 因为磷 渣部 分取 代水 泥后 ， 水 泥用 量降低 ， 胶凝 体 系水 化产 物数量 减少 ， 磷渣早 期 活性 较 低 ， 只起 物理 填充 作 用 ， 后期磷渣火山灰效应及填充效应逐步发挥， 使浆体 的结 构趋 于致 密 ， 对 强度 的不 利 影 响显 著 减 小 。磷 渣 等量替 代粉 煤灰 时 ， 掺 磷 渣 混凝 土 的抗 压 强度 比掺 粉煤 灰 的略高 一些 ， 9 0 d后 抗 压强度 高 2 9 。复 掺 粉煤 灰和磷 渣 的混 凝 土早 期 强 度 较 高 ， 而 后期 抗 压 强度 偏 低 。 粉煤 灰 、 磷 渣 等对 混 凝 土劈 拉 强 度 和 轴拉 强 度 的 影 响规律 与对 抗压 强度 的影 响规律 基本 相 同。混凝 土 抗压 强度 轴拉 强 度 比为 9 21 3 8 。混 凝 土抗 压 强 度 劈 拉 强度 比为 1 O 41 5 5 。混 凝 土 的轴 拉 强度 略 高 于劈拉 强度 。 表 3 混凝 土 部 分 力 学 和 变形 性 能试 验 结 果 2 3 变形性能 由表 3可 知 ， 掺 和料 掺 量 一定 时 ， 水 胶 比愈 大 ， 混 凝土 9 0 d龄期极限拉伸值的增长率愈高。粉煤灰掺 量 对混 凝土 极 限拉 伸 值 的影 响规 律 与 抗 压强 度 一 致 。 掺 量一定 时 ， 掺磷渣 混凝 土 的 2 8 d极 限拉伸 值 比掺 粉 煤 灰的 高 7 1 2 ， 9 0 d极 限拉伸 值高 5 一 1 5 。 试验结 果表 明 ， 相 同水 胶 比下 ， 混 凝 土的弹性 模量 随粉 煤灰掺 量 的增加 而减 小 。单 掺磷 渣 混 凝土 的 2 8 ， 9 0 d龄 期弹 性 模 量 均 高 于 同龄 期 等 掺 量 粉 煤 灰 混 凝 土 。磷渣混凝土极限拉伸值较大 ， 早期弹模较低 ， 有利 于提高水工大体积混凝土的抗裂性能。 2 4抗渗性能 混凝 土抗 渗性 能部 分试 验结 果 列 于表 4 。结 果 表 明 ， 在相 同级 配条件 下 ， 随着 粉 煤 灰掺 量 的增 加 ， 混凝 土的渗水高度逐渐降低 ( 渗水高度越 高， 抗渗越差) ， 这是 因为 粉煤 灰 “ 三 大 效 应 ” ( 形 态 效应 、 火 山 灰 活性 8 8 人 民 长 江 效 应和微 集料效 应 ) 的发挥 能 显著 改 善混 凝 土 的抗 渗 性 。混凝 土 中掺 入磷 渣 后 ， 由于磷 渣 发 生二 次 火 山 灰 反应 ， 混凝土 中有 效 胶结 产 物 数量 增 加 ， 大 孔 、 连 通 孔数 量减 少 ， 孔径 细 化 ， 孔 结 构 显 著 改善 ， 从 而 有 利 于 提 高混凝 土 的抗 渗性 能 ， 因此 表现 为 掺 磷 渣混 凝 土 渗 水高度明显降低。 表 4混 凝 土 抗 渗 试 验 结 果 ( 9 0 d) 2 5 抗冻性 能 混 凝 土抗冻性 能部 分试 验结 果 列 于表 5 。试 验结 果表明， 掺入粉煤灰有提高混凝土抗冻性的趋势 ， 这种 趋势可能与掺粉煤灰后气泡稳定性增加和气泡直径变 小有关 ， 但是粉煤灰的掺量过大会增加混凝土的质 量损 失和 动弹模 损失 ， 反而不 利于 混凝土 的抗 冻性 ， 因 此要谨慎选择粉煤灰掺量。掺入磷渣对混凝土碱度影 响不 大 ， 且 二次火 山灰反 应 水 化产 物 有 利 于提 高 混凝 土密实度 ， 因而 混凝 土抗冻 性能有 所提 高 。 表 5混凝 土抗 冻 试 验 结 果 ( 9 0 d ) 2 6 干 缩 混凝 土干缩 性能 试验结 果表 明 ， 随 着龄期 的增加 ， 混 凝土 的干缩 率增 加 。粉 煤 灰 掺量 增 加 ， 会 在一 定 程 度 上降低 混凝 土干 缩率 ， 这 是 由于 粉煤 灰 的形 态 效 应 可 以降低混凝土的用水量 ， 干燥过程中可失去的水分 随之减少 。用 磷渣 等量 替 代 粉 煤灰 ， 混 凝 土 的 干缩 值 略有 增加 。掺磷 渣混 凝 土早 期 干 缩较 大 ， 这 可 能是 因 为磷渣 多为 玻璃体 物 质 ， 亲 水 能力 较 小 、 泌 水较 大 ， 且 早期 水化较 慢 ， 所 需水 化用水 量较少 ， 故 可被蒸发 水量 也 较多 。 因此 ， 加强 磷渣 混凝 土的早 期养护非 常重要 。 复掺粉 煤灰 和磷 渣 混凝 土 的 干 缩 率 介 于 两 者 之 间 ， 随着龄期 的增 加 干 缩 增 长 率 逐 渐 减 小 ， 6 0 d后 于 缩 率均 小于 单掺粉 煤 灰或 磷 渣 混凝 土 的干缩 率 ， 可 见 复掺 粉煤灰 和磷渣 有利 于减小 混凝土 干缩 。 3 结 语 ( 1 )混凝 土 的抗压强度 随 着粉煤 灰掺量 的增加 而 降低 ， 当粉煤灰掺量不超过 3 0 时， 强度降低率小于 粉 煤灰 掺量 百分数 ， 掺 粉煤 灰 混 凝 土后 期 强 度增 长 幅 度 较大 。磷渣 等量 或部 分 替代 粉 煤 灰 ， 混 凝 土强 度基 本 相 当或略 高 。 ( 2 )粉 煤灰掺 量对混 凝土极 限拉 伸值 的影响规 律 与 抗压强 度一 致 ， 相 同水胶 比下 ， 混凝 土的弹性 模量 随 粉 煤灰掺 量 的增加 而 降低 。掺 量 相 同时 ， 掺磷 渣 混凝 土 的极限拉伸值和干缩率较掺粉煤灰混凝土均略有增 加 ， 抗压 弹性模 量基 本相 当 。 ( 3 )在混凝土中掺入适量的磷渣或粉煤灰均有利 于提高 混凝 土的抗 渗性能 。 ( 4 )在 混凝 土中掺人 适量 的粉煤 灰或磷 渣均有 利 于改善 混凝 土的抗 冻性 。 ( 5 )复掺粉煤 灰 和磷渣较 单掺 等量 的粉煤灰 或磷 渣更 有利 于减小混 凝 土干缩 。 参 考文献 ： 1 杨华全 ， 李文伟 水工混凝土研 究与应用 M 北京 ： 中国水利 水 电 出版 社 ， 2 0 0 5 2 蒲心诚 ， 严吴南， 王冲 ， 等 粉煤 灰超 高强 高性 能混凝土及其 火山 灰效应研究 J 粉煤灰， 2 0 0 0， ( 1 ) ： 6 9 3 戈雪良， 曾力 ， 方坤河， 等 磷渣粉 对水工混凝土陛能的影响( J 水力发 电学报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 2 ) ： 8 48 8 4 C a i j u n S h i a ， J u e s h i Q i a n H i g h p e rf o r ma n c e c e m e n t i n g m a t e r i a l s f r o m i n d u s t r i a l s l a ga r e v i e w J R e s o u r c e s o f C o n s e r v a t i o n a n d R e c y - c l i n g ， 2 0 0 0， ( 2 9 ) ： 1 9 52 0 0 5 刘冬梅 ， 方坤河 ， 石妍 ， 等 磷渣对 水泥浆体水化性 能和孔结构的 影响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 7， ( 3 5 ) ： 1 41 7 6 N e v il l e A v 混凝土性能( 第四版 ) M 北京 ： 中国建 筑工业 出版 社 2 0 0 9 ( 编 辑 ： 郑 毅 ) ( 下转第 1 0 6页) 1 06 人 民 长 江 2 0 1 1篮 S o m e c o ns i d e r a t i o ns o n p e r f e c t i ng a n d r e f o r m i ng c h e c k a nd a c c e p t a n c e ma n a g e me n t o f wa t e r c o n s e r v a n c y p r o j e c t s GAO S ha n ， HUANG Ha i t i a n ( 1 J i a n g s u P r o v i n c i a l D e p a r t me n t o f Wa t e r Re s o u r c e s ，Na n j i n g 2 1 0 0 2 9，C h i n a； 2 Wa t e r C o n s e r v a n c y Pr o j e c t s Q u a l i t y Mo n i t o r i n g C e n t e r o fJ i a n g s u P r o v i n c e ，N a n j i n g 2 1 0 0 2 9 ； 3 S c h o o l of E n e r g y a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ，Y a n g z h o u U n i v e r s i t y ，Y a n g z h o u 2 2 5 1 2 7 i n a ) Ab s t r a c t ： I n r e c e n t y e a r s，t h o u g h s o me p r o d uc t i v e e c t s h a v e b e e n a c h i e v e d i n c h e c k a nd a c c e p t a nc e ma n a g e me n t wo r k o f wa t e r c o n s e r v a n c y p r o j e c t s i n J i a n g s u P r o v i n c e，h o w e v e r ，ma n y d e fi c i e n c i e s s t i l l e x i s t ，s u c h a s i n c o mp l e t e i n s t i t u t i o n，p o o r c o o r di na t i o n a nd c h e c ka c c e pt a n c e f o u nd a t i o n1 o w ma n a g e me nt q u a l i t y a n d u n de fine d ma n a g e me n t r e s p o ns i bi l i t y i n c he c ka c c e p t - a nc e wo r k，e t a 1 Ai mi n g a t t h e n e w s i t u a t i o n i n wa t e r c o ns e rva nc y wo r k，we p r e s e n t t he me a s u r e s t o pe r f e c t i n g t h e a c c e pt a n c e ma n a g e me nt wo r k，i n c l ud i ng p e rfe c t i n g ma n a g e me n t s y s t e m，i mpl e me n t i n g qu a l i t y t e s t s mo d e r a t e l y，g r as p i n g t he k e y p o i n t s a n d s o l v i n g t h e d i ffi c u l t i e s，g u a r a n t e ei n g t h e qu a l i t y o f a c c e pt a n c e wo r k Mo r e o v e r ，t h e r e f or mi n g t h o u g ht s a r e p r o p o s e d，i n c l ud i n g bu i l d i ng a n a c c e p t a n c e i n s t i t u t i o n o f q u a l i t y t e s t ，c o mmi t t i ng t h e a c c e pt a n c e wo r k t o t h i r dp a r t y e v a l ua t o r s ，r a i s i ng s t a t us o f t h e p r o j e c t ma n a g e me n t u n i t i n t h e a c c e p t a n c e p r o c e s s ，a n d wi t h e s t a b l i s h i n g t h e i n v e s t i g a t i n g s y s t e m w h e n d e l i n q u e n c y o c c u r s Ke y wo r d g ： p u b l i c p r o j e c t s ；c k e c ka c c e p t a n c e ma n a g e me n t ；c o u n t e r me a s u r e s ；wa t e r c o n s e r v a n c y p r o j e c t ( 上接第 8 8页) ， ， - 0l，一 l 】 ， 】一 Ex pe r i m e nt al r e s e a r c h o n p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e m i x e d wi t h fly a s h a nd ph o s p h o r us s l a g XI E S h a s h a。 一 ，DONG Yu n ， CHEN Xi a ( 1 Ma t e r i a l a n d S t r u c t u r e De p a r t me n t ，C h a n g i a n g R i v e r S c i e n t if w Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Wu h a n 4 3 0 0 1 0，C h i n a； 2 Re s e a r c h C e n t e r o n Wa t e r E n g i n e e r i n g S a f e t y a n d D is a s t e r P r e v e n t i o n of MW R，W u h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t： We i n v e s t i g a t e d t h e e f f e c t o f fly a s h a n d ph o s p h o r o us s l a g o n me c h a n i c a l pr o p e r t i e s，d u r a bi l i t y a n d d e f o r ma t i o n p e r 。 f o r ma n c e o f c 0 n c r e t e Th e r e s u l t s s h o w t h a t t he c o mpr e s s i v e s t r e n g t h a n d ul t i ma t e t e n s i o n o f c o n c r e t e de c r e a s e wi t h t h e i n c r e a s e 0 f fly a s h c o n t e nt ：i f s ub s t i t u t i n g fl y a s h by ph o s p ho r o us s l a g wi t h t h e s a me p r o p o rti on，t he s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s b a s i c a l l y e qu i v a l en t t o o r s l i gh t l y h i g h e r t h a n t h a t o f c o mmo n c on c r e t e，h o we v e r ，t h e u l t i ma t e t e n s i o n i n c r e a s e s i g ni fic a nt l y a n d d r y s hrin k a g e i n 。 c r e a s e s s l i g h t l y The mi x i n g o f a pp r o p ria t e a mo un t o f fly a s h o r p h o s p h o r us s l a g i s b e n e fic i a l t o i mp r o v i ng pe rm e a bi l i t y a n d f r e e z 。 i n g r e s i s t a nc e o f c o n c r e t e Ke y wo r ds： c o n c r e t e；ph o s ph o r o us s l a g；fly a s h；c o mp r e s s i v e s t r e n g t h；d ur a b i l i t y 简 讯 ， ， o， 一 ， 】一 2 0 1 0年 长江泥沙公报 编制大纲通过审查 2 0 1 1 年 2月 2 4 日， 2 0 1 0年 长江泥沙公 报 编 制大纲 内容 审查会在武汉召开。 会议对 2 0 1 0年 长江泥沙公报 编 制大纲的 内容进行 了全 面审查 ， 充分肯定 了 2 0 1 0年 长江 泥沙公报 的编 制大纲， 并 对 公报 中的一些重点和热点 问题提 出 了要求。最后 ， 会议确定 于 7月上旬正式发布 2 0 1 0年 长 江泥沙公报 ， 发布时间较往年 提 ， ， 前 了一 个 多 月 。 根据 河流泥沙公报编制规程 和中国河 流泥沙公报 编 制大纲 的要求， 2 0 1 0年 长江泥沙公报 需要重新统计 多年平均 水沙特征值 ， 并增加近 5 a的水沙变化趋势分析 ， 总体工作量较 往年有大幅增加。 ( 长 江 )