双掺石灰石粉和粉煤灰混凝土静态力学性能研究.pdf

2 0 1 3 年 第 1 1期 (总 第 2 8 9 期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 l 3 ( T o t a l No 2 8 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E 双掺石灰石粉和粉煤灰混凝土静态力学性能研究 梁济丰 ，吕磊 ，田艳凤 ( 空军勤务学院 机场工程与保障系，江苏 徐州 2 2 1 0 0 0 ) 摘要 ： 采用正交试验方法， 利用 电液伺服岩石试验装置进行 9 组不同配合比的双掺石灰石粉和粉煤灰混凝土静态抗压强度 试验和 5 组分别单掺石灰石粉和粉煤灰混凝土的对比试验 。 结果表明 ： 双掺石灰石粉和粉煤灰混凝土强度增强明显； 影响静态抗 压强度各因素的重要性依次为： 水胶比、 粉煤灰掺量 、 石灰石粉掺量 、 砂率 ， 并得到一组最优参数 ： 水胶比 0 3 ， 石灰石粉掺量 1 5 ， 粉煤灰掺量 1 0 ， 砂率 3 4 ， 此时混凝土抗压强度值最大。 关键词 ： 石灰石粉 ；粉煤灰；混凝土 ；静态抗压试验 中图分类号： T U 5 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 3 ) 1 1 0 0 7 9 0 4 R e s e a r c h o n s t a t i c m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c on c r e t e m i x e d wi t h l i m e s t o n e p o w e r a n d f l y a s h L I ANGJ i f e n g， L t ) L e i ， T I AN Y a n f e n g ( De p a r t me n t o f Ai r fi e l d E n g i n e e r i n g ， Ai r F o r c e S e r v i c e Co l l e g e ， Xu z h o u 2 2 1 0 0 0， C h in a ) Abst r ac t ： Th e u s e o f o h o g o n a l t e s t me t h o d， t h e c o n c r e mi x e d wi t h l i me s t o n e po we r a nd fly a s h wa s c a r r i e d o u t s t ati c c o mpr e s s i v e e x p e r i me nt b y e l e c t r o h y dr a u l i c s e r vo r o c k t e s t d e vi c e a n d c o n tr a s t wi t h t h e e x p e r i me n t o f s i ng l e d o pe d wi th l i me s t o n e p o wd e r a n d fly a s h c o n c r e t e Th e e x p e r i me n t a l r e s ul t d e mo n s t r a t e d t h a t t h e c o mp r e s s i v e s tre n g t h e n ha n c e me n t e ffe c t o f the c o n c r e t e mi x e d wi t h l i me s t o n e p o we r a n d fl y a s h wa s o b v i o u s T h e i mp o r t a n c e o f e a c h f a c t o r a f f e c t i n g s t a t i c c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a s f o l l o ws ： wa t e r c e me n t r a t i o， the a mo u nt o f fl y a s h the a mo u nt of l i me s t o n e p o wde r s a n d r a t i o Th e c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h r e a c he d t h e ma x i mu m wh e n t h e w|d - t e r c e me n t r a t i o r e a c h e d 03， t h el i me s t o nep owd e r c o n t e nt r e a c h e d 1 5 ， thef l ya s h c o n t e n t r e a c he d 1 0 ， a nd s a n d r a t i o r e a c he d 3 4 Keywor ds ： l i me s t o ne po wd e r ； flya s h； c o n c r e t e； s t a t i c c o mpr e s s i v e e x pe r i me n t 0 引言 研究表明 ， 掺多种矿物质 的条件下混凝土具有很好 的 叠加改性效应 。 采用石灰石粉和粉煤灰按照一定 比例双掺 替代 部分水泥 ， 可 以配置出性能优异 的混凝土 ， 具有很好 的工 作性能 、 较高的早期抗压强度 、 后期抗压强度也有较 大增 长 ， 且坍落度损失较小 ， 同时采用石灰石粉 和粉煤灰 配制 的混凝土具有致密的水泥石结构和界面结构 ， 优 良的 抗碳 化性 能和抗氯离子渗透性 1 _ 3 。 因此 ， 开展双掺石灰石 粉和粉煤灰混凝土静态力学性能研究 ， 开发利用磨细石灰 石粉与粉煤灰的复合掺和料 ， 既有利于降低混凝土生产成 本 ， 也有利于环境保护和 国民经济 的可持续发展 ， 同时使 现有 的资源能够发挥效益 。 1 试验材料和试验 方法 1 1 试验材料 ( 1 ) 水泥： 采用徐州中联水泥有限公司生产的P O 4 2 5 级 水泥 ， 其化学成分见表 l 。 ( 2 ) 石灰石粉 ： 利用生产石灰石碎石 、 机制砂 时筛 出的 收稿 日期 ：2 0 1 3 - - 0 5 - 2 9 基金项目：国家 自然科学基金项 目( 5 0 5 0 4 0 1 4 ) 石屑 、 细粉 ， 磨细至 比表面积 9 8 0 mZ k g ， 其成 品见 图 1 ， 化 学成分见表 1 。 图 1 石灰 石粉 表 1 化学成分 ( 3 ) 粉煤灰 ： 徐州市电厂 的 I I 级粉煤灰 ， 磨细至 比表面 积 5 6 0 m 2 k g ， 其成品见 图 2 ， 化学成分见表 1 。 ( 4 ) 集料 ： 细集料 为中砂 ， 细度模数为 2 6 ， 表 观密度 79 75 70 三6 5 置 6 o 55 50 0 5 1 0 1 5 2 0 石灰 石粉掺量 图 7 石灰石粉掺量对抗压强度影响 2 3 粉煤灰对混凝 土抗压 强度的影响 粉煤灰微珠具有极高的强度 ， 粉煤灰 的掺入增强 了水 泥浆体 ， 另外 由于粉煤灰在水 泥浆体 中的分散排布较好 ， 改善 了新拌混凝土和快硬混凝土 的均匀性 ， 既减少 了毛细 孔 ， 又起 到了微骨架的作用 。 同时 ， 粉煤灰中玻璃态的氧化 硅和氧化铝可 以与水泥水化生成 的氢氧化钙和水发生反 应 ( 二次反应 ) ， 生成具有水硬性特点 的水化硅酸钙 、 水 化 铝酸钙等 。 粉煤灰的细度越大 ， 即颗粒越小 ， 活性越大 ， 水 化能力越强。 随着水化的不断进行， 粉煤灰的水化产物与未 水化的粉煤灰内核 的黏结 力不断提高 ， 也有利于提高混凝 土的强度。 由表 9 可得 出混凝土抗 压强度随粉煤灰掺量变 化对强度 的影响， 如图 8 所示。 粉 煤 灰 掺 量 图 8 粉 煤灰 掺量对 抗压 强度 影响 由图 8可知 ， 随着粉煤灰掺量的增加 ， 混凝土的早期 强度比不掺时强度有所下降。 5 1 5 掺量时强度开始有 所增加 ， 在掺量 1 5 时强度达到最大值 ， 在 1 5 2 5 掺量 范围内强度快速下降， 这表明掺量在 5 1 5 范围时 ， 混凝 土早期强度略有提高。 也就是说 ： 用粉煤灰等量替代水泥 ， 混凝土的早期强度会受到削弱， 但粉煤灰对混凝土的早期 强度影响较小 。 对于 2 8 d 强度而言 ， 掺量在 1 5 时对混凝 土强度影 响不大 ， 掺量超过 1 5 时强度略有 下降 ， 但基本 趋于平稳 。 在同一水胶 比情况下 ， 没有掺粉煤灰时 ， 混凝土 静态抗压强度为 6 6 7 MP a ， 而掺人粉煤灰后 ， 掺量在 1 5 时抗压强度最高 ， 强度增幅达 1 4 。 2 4 各正交因素最优化分析 根据表 1 0可得 ： 混凝土 的抗压强度值 O 6 组最大 ， 达 到 8 7 4 MP a ， 即 9次试验的最好搭配为 A 2 B ， C D 。 极差从大到小排列 即得到影响混凝土强度 因素 的主 次顺序 ， 根据表 1 0 对双掺石灰石粉和粉煤灰混凝土 2 8 d 静 态抗压强度各正交因素进行极差分析 ， 得到表 l l 。 从表中得 R 2 表 1 0 双掺石灰石粉和粉煤灰的静态抗压强度 揪 ， 粉煤灰砂率 抗压强度 MP a ( k g m ) 7d 2 8 d 到影响静态抗压强度各因素的重要性依次为 A c B D 。 现分析同一因素不同水平的试验值 ， 试验中设计了 4 个 因素 3 个水平 ， 可用 图 9 表示各正交冈素对混凝土 2 8 d 抗 压强度的影响 。 260 250 240 蒌 b 230 2 20 下转第 8 7页 7 5 7 O 蓬 墼 s 6 0 5 5 0 5 1 2 3 r h 图 1 3 G 4常压与压力吸水率的比较 2 0 l 5 芝 霎 o 5 0 0 5 1 2 3 t h 图 1 4 H 4常压与压力吸水率的比较 U 5 l 2 j f h 图 1 5 O 4常压与压力吸水率的比较 粒在压 力下 的吸水 率增长 幅度 是 3种 陶粒 里面最 大 的 ， 0 5 h较常压下增长了 1 6 ， 1 h 较 常压下增长 了 2 5 ， 2 h 增长 了 2 6 ， 3 h增 长了 2 8 。 G 4陶粒在 压力下 的吸水 率增长 幅度 是 3 种 陶粒里面最小 的 ， 0 5 h 较 常压下增长 了 0 4 ， l h较常压下增 长 了 0 2 ， 2 h较常压下 增长 了 0 4 ， 3 h增长 了 0 2 ， 压力下 吸水 率较常压下 的吸水 率 增长 的幅度始终不大 ， 因为该 陶粒表 面光 滑致 密 ， 较少 开 口孔 隙 。 所 以在 丁程 应用 中 ， G 4陶粒更 适合 配制泵送 轻 集料混凝士 。 4结 论 ( 1 ) 在常温常压下， 陶粒的吸水率受其本身的内外结 构影响很大， 结构致密的页岩陶粒吸水率较小， 吸水速度 上接第 8 2页 ( 2 ) 影响双掺石灰石粉和粉煤灰混凝土静态抗压强度 各因素 的重要性依次为 ： 水胶 比、 粉煤灰掺量 、 石灰石粉掺 量 、 砂率。 ( 3 ) 双掺石灰石粉和粉煤灰混凝土最佳掺量配合 比为 ： 水 胶 比 0 -3 ， 石灰石粉掺量 1 5 ， 粉煤灰掺量 1 0 ， 砂率为 3 4 ， 此时混凝土抗压强度最大， 比素混凝土强度增大 3 1 。 参考文献： 【 1 】何秋海 双掺石灰石粉和粉煤灰自密实混凝土的应用研究I J J 粉 煤灰 ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 3 3 3 4 较慢 。 同时 ， 陶粒颗粒级配对陶粒吸水率的影响也很大， 陶 粒最大粒径越小 ， 陶粒吸水率越高。 另外 ， 密度等级越小 的 陶粒其在常压下的吸水率越高。 ( 2 ) 在加压条件下 ， 陶粒 吸水 率高于其在常压下的吸 水率 ， 且吸水率 随压力增大 、 保持时间延长而增大 ， 但达到 一 定 压力一 定时间后 ， 吸水率增长 幅度变小 ， 密度等级越 小的陶粒在压力下吸水率越大。 ( 3 ) 在加压条件下 ， 在 3 种陶粒 中， 结构致密 的页岩陶 粒的吸水率较其常压下的吸水率增长 的幅度最小 ， 更适合 配制泵送条件下 的轻集料混凝土 ， 采用 H 4 和 Q 4 两种陶粒 配制混凝土时 ， 陶粒预湿工序十分必要。 参考文献 ： 【 1 】闫振甲 ， 何艳君陶粒生产实用技术【 M】 北京 ： 化学工业出版社 ， 2 0 o 6 2 L O Y， GA O X F， J E AR Y A P Mi e r o s t r u c t u r e o f p r e - w e t t e d a g g r e g a t e o n l i g h t w e i g h t c o n c r e t e J B u i l d i n g a n d E n v i r o n m e n t ， 1 9 9 9 ( 3 4 ) ： 7 5 9 -7 6 4 【 3 】李彦昌 ， 隗功辉 ， 于万春 陶粒混凝土泵送问题探讨I J 1 市政技 术 ， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 4 1 4 3 【 4 】张勇 ， 胡曙光 泵送高强轻集料混凝土的研究f D 1 _ 武汉 ： 武汉理工 大学 ， 2 0 0 2 5 】马雪英 ， 张岩波 陶粒品质对混凝土可泵送性的影响 J 1 建筑技 术开发， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 5 ) ： 2 6 2 7 【 6 HAR MA T HY T Z Mo i s t u r e s o r p t i o n o f b u i l d i n g ma t e r i a l s I J IOR a w a ， Ma r c h， 1 9 6 7 【 7 宋绍 铭， 田倩 陶粒吸水性能的讨论 A I 中国硅酸盐学会 2 0 0 3 年学术年会论文摘要集 E 1 2 0 0 3 8 】唐笑 ， 杨长辉 大流动性结构轻集料混凝土性能研究【 D 重庆大 学， 2 0 0 3 9 】C AS T RO J ， K E I S E R L ， GO L I A S M， e t a 1 Ab s o r p t i o n a n d d e s o rpt i o n p r o p e r t i e s o f fin e l i g h t we i g ht a g g r e g a t e f o r a pp l i c a t i o n t o i n t e r n a l l y c u r e d e o n e r e t e m i x t u r e s J C e m e n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 1 1 ( 3 3 ) ： 1 0 01 1 00 8 1 O 】 杨伯科 混凝土实用新技术手册【 M 】 吉林科学技术出版社 ， 1 9 9 8 【 1 1 】 胡曙光 ， 杨文 ， 吕林女 轻集料吸水与释水过程影响因素的试验 研究【 J _ 公路 ， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 1 5 5 1 5 8 【 1 2 】 郑秀华， 张宝生， 李惠， 等 陶粒的吸水返水特性研究I J 1 低温建 筑技术 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 4 6 【 1 3 】 王志伟 ， 叶昕 ， 李秋义 陶粒不同状态下吸水特性的试验研究J 淮海工学院学报， 2 0 0 8 ， 1 7 ( 4 ) ： 7 4 7 6 作者简介 联 系地 址 联系电话 朱博春 ( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 硕士研究生。 上海市曹安公路 4 8 0 0号 同济大学材 料科学与工程 学院( 2 0 1 8 0 4 ) 1 8 8l 73 0 9 2 0 6 f 2 杨柳 ， 宋少 民 石灰石粉与矿物掺合料复掺 对混凝土工作性及 强度的影响 J 北京建筑工程学院学报 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 4 9 5 2 【 3 徐国强， 刘娟红 ， 乔兰 ， 等 双掺石灰石粉和粉煤灰绿色高性能 混凝土研究【 J J 武汉理工大学学报， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 2 2 2 6 作者简介 ： 联系地址 联系电话 梁济丰( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 硕士 ， 讲师 ， 从事防护工程方面的 研究。 江苏省徐州市西阁街 空军勤务学院机场工程与保 障系( 2 2 1 0 0 0 ) 1 8 05 21 5 08 0 9 8 7 4 2 0 8 6 4 2 O 、 槲 *