粉煤灰掺量对活性粉末混凝土强度影响的研究.pdf

2 0 1 4 年 第 7 期 (总 第2 9 7 期) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 4 ( T o t a l N o 2 9 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 d i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 7 0 2 7 粉煤灰掺量对活性粉末混凝土强度影响的研究 鞠彦忠，曲晶 ，王德弘 ( 东北 电力大学 建筑工程学院，吉林 吉林 1 3 2 0 1 2 ) 摘要 ： 通过试验研究了粉煤灰掺量和养护条件对活性粉末混凝土力学性能的影响。 分析结果表明， 混凝土的抗弯拉强度随着粉 煤灰掺量的增加而略有增强 ， 而抗压强度在粉煤灰水泥比为0 3时达到最大值 ， 蒸汽养护对混凝土的强度有促进作用。 关键词 ： 活性粉末混凝土 ；粉煤灰 ；力学性能 ；养护条件 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 4 ) 0 7 0 1 0 0 0 2 St u d y on t h e i n f l u e n c e o f t h e a m o u n t o f pu l v e r i z e d f u e l a s h o n s t r e n g t h o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e J UY a n z h o n g ， QUJ i n g ， WA N GD e h o n g ( S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r e E n g i n e e r i n g ， No r t h e a s t Di a n l i Un i v e r s i t y ， J i l i n 1 3 2 01 2 ， Ch i n a ) Abstr ac t ： Th r o u g h t he e xp e rime n t s ， i t a n a l y s e d t he i nfl ue nc e o f c u ring c o n di t i o n s a nd t h e d o s a g e of fly a s h on me c h a n i c a l p r o pe r t i e s o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e An a l y s i s r e s u l t s s h o we d tha t the fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e wa s s l i g h t l y i n c r e a s e d wi t h t h e i n c r e a s e o f d o s a g e o fp ul v e r i z e d f ue l a s h， an d t h e c omp r e s s i ve s t r e n g t h r e a c h e d t h e ma x i mu m wh e n t h e r a t i o o fp ul v e r i z e d f ue l a s h a n d c e me n t wa s 0 3， s t e a m c u rin g o fh a s a c e r t a i n r o l e in p r o mo t i ng t h e c on c r e s t r e n gt h Ke y w or ds： r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e； f l y a s h； me c h a ni c a l p r o p e r t y； c u r i n g c o nd i t i o n 2 0 世纪 9 0年代法 国 B o u y g u e s 试验室根据密实堆积 理论研究出的一种具有超高抗压强度、 高耐久性及高韧性 的新型水泥基复合材料 ， 称为活性粉末混凝土【 1 。 基于密实 堆积理论 ， 通过去除粗骨料 、 优化颗粒级配 、 热养护来提高 材料组分 的细度与活性 ， 减小材料的内部缺陷 ， 使混凝土 获得高抗压强度和高耐久性 。 活性粉末混凝土设计 的根本 是要 找出一种可 以提高颗粒密实度和复合物 的均质性 的 方法， 而热养护和加压是要进一步改善材料的力学性能 ， 可根据材料的具体应用而取舍翻 。 目前 ， 国内外对活性粉末 混凝土的组成 、 配合比、 养护条件、 强度和耐久性等方面 进行 了大量 的试验研 究 ， 取得很 多宝 贵成果f3 1 。 我国是粉 煤灰排放大国， 粉煤灰排放量正逐年递增， 为了能更好的 利用粉煤灰， 降低活性粉末混凝土的造价， 试验用粉煤灰 替代部分胶凝材料 ， 对不 同粉煤灰掺量 、 标准养护条件和 蒸汽养护条件下的活性粉末混凝土进行力学性能试验。 1 试验材料及试验 方法 1 1 原材料性 能 试验采用亚泰水泥公 司生产的标号为 P O 4 2 5 级水泥 ， 其细度为 3 4 0 mE k g ； ( d 灰为白色细粉 ， 平均粒径在 0 3 1 Ix m 收稿日期：2 0 1 4 - 0 1 - 0 2 基金项 目：国家 自然科学基金项 目资助( 5 0 8 7 8 0 4 0 ) 1 00 左右 ， 比表面积 为 1 4 3 1 0 m2 k g ； 粉煤灰 由吉林市松花江热 电厂提供 ， 密度为 2 2 5 g c m , 烧失量 为 4 3 0 ； 需水量 比为 9 4 0 ； 细度 4 5 Ix m筛筛余率为 3 。 石英砂由吉林市某砂 厂定做， 不同规格的各项指标见表 1 。 减水剂采用北京建筑 工程研究所生产 的新型非萘 系高效减水剂 A N 3 0 0 0 ，其固 含量为 3 0 ， 减水率为 2 9 ， 1 h 无坍落度损失， 拌和水及 养护水均采用当地 自来水 。 表 1 石英砂参数 1 2 试验 室配合 比 水胶 比 ： 0 2 0 。 硅灰水泥 比： 0 3 。 石英砂用量 ， 砂 胶 比： 1 _ 3 ， 颗粒 级配 ： 3 8 8 6 2 9 ： 5 9 5 0 5 4 ( 质量 比 ) 。 粉 煤灰水 泥 比 分别取 0 2 、 0 3 、 0 4 。 1 3 试件制作及养护 按试验室配合 比称量各组分 ， 先将石英砂倒入搅拌机 搅拌 2 3 mi n ， 再将水泥、 粉煤灰、 硅灰倒入， 搅拌 2 3 mi n 至 均匀， 先将一半的水与减水剂混合后倒入搅拌机搅拌 3 mi n ， 最后将剩余水倒人， 搅拌至浆体结束。 将混凝土装入模具 中， 在振捣台上振捣成型 ， 置于室温养 护 ， 并盖上浸湿 的棉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 试验室配合 比 被 ， 2 4 h 后 拆模 ， 拆模后将试件分成 两组 ， 一组在 2 5的 水中养护至 2 8 d ； 一组放入蒸汽养护箱 ， 在 9 0下养护 3 d 后 ， 放入水 中养护至 2 8 d 。 1 4试 验 方 法 按照 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行抗 压和抗弯拉强度试验 _4 。抗压试验试件 尺寸为 1 0 0 ra m 1 0 0 mlT I 1 0 0 m m， 抗 弯 拉试 验 试件 尺 寸 为 和 1 0 0 m mx 1 O 0 mm x 4 0 0 mm 。 2 试验结果及 分析 本次试验抗压强度的试验结果 如表 3 所示 ，抗弯拉 强度试验结果如表 4所示 ， 粉煤灰水泥比以及养护条件对 抗压强度 的影响如图 1 所示 ， 对抗弯拉强度的影 响如图 2 所示 。 试验结果表明， 蒸汽养护条件下的试件抗压强度达到 8 2 5 MP a 以上， 标准养护条件下的试件抗压强度达 8 0 1 MP a 以上 ， 由此可见 ， 虽然在标 准养 护条件 下活性 粉末混凝土 表 3 抗压强度试验结果 注： 一 表示该数据与同组数据 中问值相差超过 1 5 ， 故舍去 。 表 4 抗弯拉强度试验结果 醴 蟋 粉煤 灰水 泥比 图 1 粉煤灰掺量及养护条件对抗压强度的影响 粉煤灰 水泥 比 图 2 粉煤灰掺量及养护条件对抗弯拉强度的影响 的抗压强度有所降低， 但是仍高于高强混凝土。 标准养护 条件下， 粉煤灰掺量越高活性粉末混凝土的抗压强度越低 ； 蒸汽养护条件下， 当粉煤灰与水泥掺量比为 0 3时， 活性 粉末混凝土 的抗压强度最高 ， 达 到 1 O 1 - 3 MP a 以上。 9 0 C的热养护使混凝土的火 山灰效应加速 ， 并 改变 了 它已形 成的水化物的微结构 ， 这些水化物在 9 0热处理 后仍保持着非结晶态。 养护温度 的提高加速 了水泥的水化 进程 ， 使混凝 土的早期强度提高 ， 在高温状态下水泥水化 产物水化硅酸钙失去一部分水 ， 转化成为密实度更大的硬 硅钙石 ， 进一步增加强度嘲 。 分析图 2 可知 ， 活性粉末混凝土 的抗弯拉强度随粉煤 灰掺量的增强而增强 ， 而且 ， 蒸汽养护条件下活性粉末 混 凝土 的抗弯拉强度要远高于标准养护条 件下的抗 弯拉 强 度 。 说明蒸汽养护有利于提高混凝土 的抗弯拉强度 。 加入粉煤灰可以改善胶凝材料体系的颗粒级配 ， 当达 到粉煤灰的最佳掺量范围时， 可显著提高浆体填充密实度旧 。 水泥的粒径在 3 0 Ix m左右 ，在水泥生产过程中其粒径分 布 不够合理 ， 颗粒间空隙较大 ， 无法达到最佳 紧密堆积。 粉煤 灰 的粒度分布在水泥与硅灰之间 ，粒度分布较为合理 ， 增 加填充到水泥大颗粒堆积的三角孔和四角孔 中的细颗粒 ， 使孔内的自由水排出， 从而使混凝土在低水胶比条件下具 备较高的流动性， 增加体系的致密度， 减小空隙率， 提高胶 凝体系的致密度 ， 最终使强度增加 。 3结 论 粉煤灰掺量和养护条件对混凝土的强度有一定影响。 蒸 汽养护条件有利于活性粉末混凝 土的强度的增强 。 随着 粉煤灰掺量的增加 ，混凝土 的抗弯拉强度有一定 的增强 ； 抗压强度 在标准养护条件下随粉煤灰掺量的增加而降低 ， 在 蒸汽养护条件下 当粉煤 灰水泥 比为 O _ 3时抗压强度最 高 ， 可达到 1 0 1 3 MP a 。 参考文献： 1 】P I E E R R ， M A R C E L C C o m p o s i t i o n o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) 下转第 1 0 4页 1 01 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 鼎 呔 馄 凝 土 试 件 图 3 不养护条件下掺合料对混凝土抗冻临界强度的影响 从 图 3 可 以看 出 ， 不论在恒低温还是 自然变低 温养护 条件下 ， 掺人 1 0 粉煤灰和掺人 5 硅灰的混凝 土与未掺 矿物掺合料的混凝土相比较 ， 抗冻临界强度值和抗冻临界 龄期变化不大， 复掺粉煤灰( 超量取代水泥 1 5 ) 硅灰( 等 量取代水泥 5 ) 时 ， 混凝土在低温条件下抗冻临界强度值 与抗冻临界龄期有所降低。 随着矿物掺合料掺量的增加， 抗冻临界强度值变化 并不是很大 ， 但抗冻临界时间延长 ， 当粉煤灰掺量超过 1 5 尤为明显 ， 恒低温养护条件下 1 8 h 可达到抗冻临界强度 6 9 MP a ， 变低温条件下 1 7 h可达 到 抗冻临界强度 6 7 MP a ， 这是 由于粉煤灰掺量过高 ， 因为水 化慢会影响早期强度增长 ， 而硅灰掺量高 ， 会增加需水量 ， 对早期抗 冻性不利 ， 而 当掺量适宜时 ， 由于其密实填充效 应 ， 细化孔径 ， 隔断大孔 通道 ， 改善混凝土 内部孑 L 结构 ， 减 少可冻水量， 使混凝土强度在低温下持续发展 ， 尽早达到 抗冻临界强度 ， 缩短抗冻临界龄期 。 通过图 3的对比可以看出 ， 在恒低温条件下养护的混 凝土较在 自然变低温下需要更高的抗冻临界强度 ， 才能保 证不受冻害， 这是因为当混凝土在变低温养护时混凝土经 过多次自然条件下的冻融循环使混凝土更好的水化， 而使 混凝土的抗冻临界强度很低就能满足不受冻害的要求 ， 而 当混凝土在一直处在恒低温条件下进行养护时混凝土水化 进行 的不是很好 ， 综上原 因 自然变低温养护更适合冬季施 工。 在负温下掺加高活性矿物质活性掺合料 ， 并经正温预养 之后有利于改善孔结构 ， 有助于混凝土的早期结构的形成 ， 使骨料界面和次级骨料界面显微结构得到了很大改善 ， 进 而有利 于降低冰点 ， 维持 了充分 的液相 ， 从而有条件使水 泥在负温下水化。 早期结构形成后 ， 水泥石基体内孔结构 向 孔径小的方向移动 ， 在微小的变化过程中水泥石 内的毛细 孔体系可视为一封闭体系， 增加了基体内部的液相量， 使水 泥石内的冰点降低， 进而冰胀作用减弱， 加速了水泥的水化 作用。 在自然变负温条件下， 对体系中水而言， 小孔中水分 子的熵比大孑 L 中的大， 增加了水分子的活性， 获得的自由能 上接第 1 0 1 页 2 12张燕 活性粉末混凝土( R P C ) 的结构工程应用及发展空间I J 1 山 东建材， 2 0 0 4 ， 2 5 ( I ) ： 4 6 4 8 【 3 1耿春雷， 许零， 陈红岩， 等 活性粉末混凝土的研究与工程应用 进 J J 材料导报 A： 综述篇， 2 0 1 2 ， 2 6 ( 3 ) ： 7 0 7 3 4 1 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准【 s 1 【 5 】时术兆， 齐砚勇， 严云， 等 活性粉末混凝土的配合比试验研究l J 1 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 8 3 8 6 】 0 4 大 ， 这样就增加 了体系 中的 自由能差 ， 进而加速了负温下 水泥水化硬化， 所以强度要高于恒低温养护的混凝土7 J 。 3结 论 ( 1 ) 在不改变外加剂掺量的条件下 ， 当粉煤灰掺量 1 0 2 0 时 ， 随着粉煤灰掺量 的增加 ， 低温条件下混凝 土 强度逐渐降低 ， 当粉煤灰掺量超过 1 5 尤为 明显 ； 当硅灰 掺量 5 1 0 时 ， 混凝土的抗压强度先增 加后 降低 ， 所 以 粉煤灰掺量不宜超过 1 5 ， 硅灰不宜超过 8 ； 当复掺粉煤 灰 1 5 和硅灰 5 时， 混凝土的强度较之不掺加掺合料的 混凝土有很大 的增加 ， 增加 2 8 8 ， 随着养 护时间 的增 长 混凝土 的强度将会继续增长。 ( 2 ) 掺适量 的掺合料的混凝土 ， 恒低温养护条件下 1 8 h 可达到抗冻临界强度 6 9 MP a ， 变低温条件下 1 7 h可达到 抗冻 临界强度 6 7 a ， 通过试验可知不 同组分 的混凝土 的抗冻临界强度值不相同。 ( 3 ) 对 比恒低温养护条件下和变低温养护条件下 掺合 料对混凝土强度及抗冻临界强度和达到抗冻临界强度 的时 间的影响可知， 自然变低温养护更适合冬季混凝土的养护。 参考文献： 1 F U M I N O R I T ， K WA N G R Y U L H _ A s t u d y o n t h e c o n c r e t e u s i n g fl y a s h a s a p a r t o f fi n e a g g r e g a t e J S u mma r i e s o f T e c h n i c a l P a p e r s o f A n n u a l M e e t i n g ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 2 5 3 2 6 1 2 KWAN GR YUL H， F U MI NOR 1 A p r o p e r t i e s o f p o r e s t r u c t u r e o n t h e c o n c r e t e u s i ng f l y a s h a s a p a rti r e p l a c e me n t f o r f i n e a g g r e g a t e C e me n t S c i e n c e a n d C o n c r e t e T e c h n o l o g y J a p a n C e me n t A s s o c i a t i o n ， 2 0 0 1 ( 5 2 ) ： 8 6 8 7 3 3 杨英姿 ， 等 负温混凝土的受冻临界强度及其耐久性 J 武汉理 工大学学报， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 3 7 4 1 4 鞠丽艳， 张雄 掺多元复合矿物外加剂高性能混凝土研究l J 1 _ 同 济大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 8 ) ： 1 0 2 7 1 0 3 2 5 李东升 ， 今正浩 ， 等 混凝土冬季施工 】 E 京 ： 北京中国水力水 电出版社， 2 0 0 1 6 刘军 ， 等_ 1 氏温混凝土抗冻临界强度影响因素的研究 J J _沈阳建 筑大学学报： 自然科学版， 2 0 0 5 ， 2 1 ( 3 ) ： 2 2 8 2 3 1 7 刘润清， 等- 1 氐 温混凝土早期内部水化结构形成的研究 昆 凝 土， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 2 1 2 3 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 田悦 ( 1 9 8 2 一 ) ， 女 ， 博士在读 。 沈阳市东陵区白塔街 3 8 0号 沈阳城市建设学院 ( 1 1 0 1 6 7 ) 1 3 4 7 8 2 0 42 9 3 【 6 J 龙广成 活性粉末混凝土研究 D 1 长沙： 中南大学， 2 0 0 0 作者简介 联系地址 联系电话 ： 鞠彦忠( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 教授， 硕士生导师。 吉林市长春路 1 6 9号东北电力大学建筑工程学院 ( 1 3 2 0 1 2 ) 1 39 4 3 2 4 93 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m