超细粉煤灰配制碎砖骨料混凝土试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 O期 (总 第 2 6 4期 ) Nm -n b c r 1 0i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TBCHN0U3 GY 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 1 0 0 4 8 超细粉煤灰配制碎砖骨料混凝土试验研究 赵玉青，邢振贤 ( 华北水利水电学院， 河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 采用粉煤灰超量取代法配制再生混凝土， 利用正交试验法分析了影响再生混凝土强度的主要因素。 并选择了配制粉煤灰再生混 凝土的较佳配合比。 试验结果表明： 在再生骨料掺量、 粉煤灰取代水泥量、 超代系数和水灰比4 个因素中， 对再生混凝土不同龄期抗压强度 的影响顺序是不一样的， 但是最主要的影响因素都是水灰比。 经正交试验确定的较优配合比设计的混凝土和易性和强度均能满足一般工程 的质量要求。 关键词： 粉煤灰超量取代法；再生混凝土；正交试验；影响因素 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 1 ) 1 0 0 1 4 2 - 0 3 Ex pe r i me nt a l s t ud y on a ppl i c a t i on of dO ubl e dOpe d t e ch nol ogy t o r ec y c l e d c onc r e t e ZHAO yu q 血 培 ， XI NG Zh e n - xi a n ( N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ， C h in a ) Ab s t r a c t ： Re g e n e r a t e d c o n c r e t e i s mi x e d b y me a n s o f fly a s h s u p e r s c a l a r s u bs t i t u t i o n me t h o d， t h e p rima r y f a c t o r i n fl u e n c i n g r e g e n e r a t e d c o n c r e t e s t r e n g t h i s r e s e a r c h e d b y o r t h o g o n a l t e s t ， t h e mo r e e x c e l l e n t mi x p r o p o r t i o n i s o b t a i n e d t o mi x n y a s h r e g e n e r a t e d c o n c r e o rt h o g o n t e s t c h o o s e s f o u r f a c t o r s ， t h e y a r e r e g e n e r a t e a g g r e g a t e p o r a v e r ， fl y a s h s u b s t i t u t i o n a mo u n t ， c o e f fi c i e n t o f e x c e s s a n d wa t e r c e me n t r a t i o T h e r e s u l t s h o ws t h a t i n flu e nc i n g o r d e r i s d i ffe r e n t for c o n c r e t e s t r e n g t h a t d i ff e r e n t a g e， b u t t h e mo s t i mp o r t a n t f a c t o r o f f o u r f a c t o r s wh i c h a ffe c t c o n c r e t e s tre n g t h i s wa t e r c e me n t r a t i o， T h e wo r k a b i l i t y a n d s tre n g t h o f r e g e ne r a t e d c o n c r e t e mi x e d by t h e mo r e e x c e l l e n t mi x p r o po r t i o n C a l l s a t i s f y the q u a l i ty r e q u e s t o f g e n e r a l e n g i n e e ri n g Ke y wor ds： fly a s h s u p e r s c a l a r s u bs t i tut i o n me t h o d； r e g e n e r a t e d c o n c r e t e； o rth o g o n a l t e s t ； f a c t o r 0 引言 所谓再生混凝土是利用再生骨料作为部分或全部骨料配 制的混凝土。 二战后， 前苏联 、 德国、 日本等国家对废弃混凝土 进行了开发研究和再生利用， 已召开过多次有关废混凝土再利 用的专题国际会议， 提出混凝土必须是绿色化的。 再生混凝土的 利用已成为发达国家所共同研究的课题。 自2 0世纪 9 0年代以来， 发达国家在再生混凝土方面的开 发利用发展异常迅速。 再生混凝土的开发和利用， 一方面可大量 利用废弃的混凝土， 经处理后作为循环再生骨料来替代天然骨 料， 从而减少建筑业对天然骨料的使用； 另一方面 ， 还可在其配 制过程中掺人一定量的粉煤灰等工业矿渣 ， 这又充分利用了工 业废渣； 同时再生混凝土的开发应用还从根本上解决了天然骨 料 日益缺乏及大量混凝土废弃物造成生态环境 E I 益恶化等问 题， 保证了人类社会的可持续发展。 粉煤灰属于工业废渣 ， 但是加入到混凝土中， 不但能提高 混凝土的强度等性能， 更重要的是有一定的环保意义。 本研究采 用粉煤灰超量取代法配制再生混凝土。 粉煤灰超量取代法是指 粉煤灰的掺入量大于所取代的水泥量， 其掺量与粉煤灰的超代 系数有关 ， 多出的粉煤灰取代等质量的砂， 此法可以弥补掺粉 煤灰后混凝土早期强度低的缺点。 本研究从选择再生混凝土的 较优配合比出发 ， 通过正交试验分析了再生骨料取代量 、 粉煤 收稿 日期 ：2 0 1 1 Jo 4 3 0 1 42 灰掺量及超代系数、水灰比四个因素对配合比设计的影响， 提 出了较优配合比， 为再生混凝土的研究和推广利用提供了依据。 1 试验研 究 1 1 试验原材料 本试验拟采用山西长治市易天粉煤灰开发有限公司出品的 粉煤灰和河南省新郑市新星混凝土外加剂厂出品的“ 运星” 牌高 效减水剂复合使用， 粉煤灰为 I 级， 其技术指标按 C E C S 1 0 4 ： 9 9 标准控制 ， 其化学组成及性能指标见表 1 。 表 1 粉煤灰的性能指标 项 目 S i O2 A 3 F e 3 C a O Mg O S O3 L o s s 含量 6 1 9 5 2 3 7 3 6 0 2 2 5 6 1 2 9 0 2 6 O 8 6 为了提高粉煤灰的潘生 |作用， 将粉煤灰进行超细粉磨9 0 rai n ， 使之成为超细粉煤灰( 平均粒径为 5 5 8 t z m) 。 试验采用河南省焦作坚固水泥有限公司生产的“ 坚固” 牌 P 0 3 2 5级水泥作为胶凝材料 ； 普通信阳河砂 ， 连续级配的 石灰岩碎石 ， 郑州 自来水。 各种原材料质量均符合国家检测 依据。 表2 “ 运星” 高效减水剂技术指标 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2试验 设 计 根据试验经验， 并参考已有成果资料， 本试验采取三水平 四因素的正交试验设计选择影响粉煤灰再生混凝土强度的主 要因素 ： A为再生骨料掺量； B为粉煤灰取代水泥量 ； C为超代 系数； D为水灰 比； 考查 4个主要因素对混凝土强度的影响。 正 交试验安排见表 3 ， 再生混凝土配合比见表 4 。 表 3 碎 砖骨料 的技术指标 1 3 试验注意事项 ( 1 ) 因再生骨料的吸水率比普通骨料要高， 因此试验之前 在再生骨料上泼水， 使其达到饱和面干状态。 ( 2 ) 每组试验制作 3 个尺寸为 l 5 0 m mx l 5 0 m mx l 5 0 mm立 方体试件， 共 9组， 2 7个试件， 在同一天 内浇筑完成。 每组试件 在装模前现场测定和易性。 ( 3 ) 浇筑时， 在振动台上振动密实。 2 4 h后拆模， 试件放在 标准养护室进行养护， 7 、 2 8 d测定抗压强度。 2 试验 结果 分析 2 1 混 凝 土的性 能 2 1 1 新拌混凝土的和易性 再生混凝土拌合物的黏聚性与保水性均满足施工要求 ， 但 流动性较大。 9 组试验坍落度在 1 0 0 mm以上。 原因之一是粉煤 表 4 超量取代法正交试验表 灰是被超细粉磨 ， 超细粉煤灰大都呈圆球形 ， 能均匀分散于水 泥石中， 起到了分散、 匀质化 、 致密效应， 事实上 ， 超细粉煤灰本 身就是一种普通矿物减水剂。 其填充于水泥颗粒孔隙，改善了 水泥基材的孔结构， 原来水泥孔隙中的水被超细粉煤灰置换出 来为流动胜做贡献， 起到了减水作用。 原因之二是掺加了高效减 水剂 ， 另外水灰比对流动Jf 生 也有影响。 再生骨料混凝土的流动性 完全可以满足工程施工要求。 2 1 2 硬化后混凝土的抗压强度 从表5 试验数据看， 混凝土的2 8 d 抗压强度最低为 1 7 6 MP a ， 最高可以达到 3 2 9 MP a ， 完全可以用于普通混凝土结构工程中。 如果要提高再生混凝土的强度， 可以通过提高水泥强度等级、 降低 水灰比、 根据使用环境合理选用其他品种的水泥等措施来实现。 表 5 混凝 土 7 、 2 8 d抗压 强度试验结果 表 6混凝土 7 、 2 8 d抗压 强度极 差分 析表 7 d 抗压强度极差分析 2 8 d 抗压强度极差分析 因素A 因素 B 因素 c 因素 D 因素 A 因素B 因素 c 因素D 4 2 8 O 5 1 8 0 4 07 0 5 5 3 0 7 3 4 0 8 49 0 7 0 2 0 9 5 9 0 3 6 6 O 3 9 7 O 4 3 20 4 0 9 0 7 6 8 0 7 56 0 7 94 0 7 8 O 0 47 6 0 3 5 5 0 43 1 0 3 O 8 0 81 5 0 71 2 O 8 2 1 0 5 78 0 m l 42 7 1 7 2 7 1 357 l 8 43 2 4 4 7 2 83 0 2 3 4 0 31 9 7 m， 1 22 0 l 3 2 3 1 44 0 1 3 6 3 2 5 6 0 2 5 2 O 2 6 4 7 2 6 O 0 m 1 5 8 7 1 1 8 3 l 43 7 1 0 2 7 2 7 1 7 2 3 7 3 2 7 3 7 1 9 2 7 R 3 6 7 54 3 0 8 3 8 1 7 2 7 0 4 5 7 3 9 7 l 2 7 0 2 2 配合 比参数显著性分析一 极差分析 因素的极差值越大， 说明它对混凝土强度影响越大。 由表 6 极差分析结果可以判断： 粉煤灰再生混凝土 7 d抗压强度影响 因素的主次顺序 DB Ac； 即水灰比起主导作用、 次之为 粉煤灰取代水泥量、 然后是再生骨料掺量、 超量系数的作用最 小。 粉煤灰再生混凝土 2 8 d 抗压强度影响因素的主次顺序 D B c A。 即水灰 比起主导作用、 次之为粉煤灰取代水泥量、 然 后是超量系数 、 再生骨料掺量的影响最小。 综合比较， 决定再生 混凝土抗压强度的最主要因素仍然是水灰比， 这与普通再生混 凝土的影响规律是相同的。 2 3 影响因素水平分析 为了更直观分析各因素水平的变化对粉煤灰再生混凝土 抗压强度的影响关系， 绘出各因素水平与再生混凝土 7 、 2 8 d 抗 压强度关系的变化曲线。 分别见图 1 - 4 。 水 灰 比 图 1 混凝土抗压 强度 随水灰 比变化 曲线 通过分析 ， 可以得出如下结论： 1 4 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 超量 系数 图 2 混凝土抗压强度随粉煤灰超量系数 变化 曲线 窆 鼎 辖 再生骨料掺量， 图 3 混凝土抗压强度随再生骨料掺量 变化 曲线 粉煤灰 取代量 ， 图4 混凝土抗压强度随粉煤灰取代量变化曲线 ( 1 ) 从图 1 可以看出， 随着水灰比( 因素 D) 的增大， 再生混 凝土抗压强度均降低。 ( 2 ) 从图2可以看出， 随着超量系数( 因素 C) 的增大 ， 再生 混凝土抗压强度均升高， 升高的幅度 2 8 d比7 d的幅度要大。 ( 3 ) 从图3可以看出， 随着再生骨料掺量( 因素 A) 的增大， 再生混凝土 7 d抗压强度先降低后升高， 而再生混凝土 2 8 d 抗 压强度则升高。 ( 4 ) 从图4可以看出， 随着粉煤灰取代水泥量( 因素 B) 的 增大， 再生混凝土抗压强度均降低。 综合图 1 至图 4 ， 可以看 出再生混凝土 2 8 d强度较佳配 合比为 A 3 1 3 。 C ， D 。 即再生骨料掺量为 1 0 0 ， 粉煤灰取代量 2 0 ， 超量系数为 1 8 ， 水灰 比为 0 4时， 混凝土的 2 8 d抗压强度为 最大 。 上接第 1 4 1页 ( 2 ) 界面剂方案 1 为掺加一种外加剂或掺合料的界面剂 ( 硅灰， 相对值均值为0 5 1 7 ) ， 其快速碳化 5 、 1 1 、 1 6 、 2 2 d的碳化 深度相对值分别为0 4 2 、 0 5 1 、 O 5 8 、 0 5 6 ， 该界面剂方案简单， 效 果优 良。 ( 3 ) 界面剂方案 2 为掺加两种外加剂或掺合料的界面剂 ( 硅灰 +减水剂， 相对值均值为 0 5 5 2 ) ， 其快速碳化 5 、 l 1 、 1 6 、 2 2 d 的碳化深度相对值分别为 0 4 8 、 0 5 2 、 0 6 0 、 0 6 0 ，减水剂能够和 硅灰对混凝土很好地发挥联合防碳化作用 ，由于减水剂的使 用， 涂刷该界面剂时流动性更好， 方便工程施工。 ( 4 ) 界面剂方案 5 为掺加三种外加剂或掺合料的界面 剂( 硅灰 +减水剂 +和减缩剂 ， 相对值均值为 O 5 5 2 ) ， 快速碳 化 5 、 1 1 、 1 6 、 2 2 d的碳化深度相对值分别为 0 6 1 、 0 5 8 、 0 5 5 、 0 5 8 ， 该界面剂的流动性好 ， 长碳化龄期的防碳化效果优于 2 方案的效果 。 1 4 4 3结论 由正交试验得到， 在再生骨料掺量 、 粉煤灰取代水泥量及 超量系数、 水灰比4个因素中， 影响再生混凝土强度的最主要 的因素为水灰比， 与普通再生混凝土规律相同。 当再生混凝土的 较佳配合比为再生骨料掺量为 1 0 0 ， 粉煤灰取代量 2 0 ， 超量 系数为 1 8 ， 水灰比为 0 4时， 用此配合比配制的再生混凝土工 程性能较好 ， 可用于普通混凝土工程施工。 使用再生混凝土， 不但创造很好的经济效益； 而且还有一 定的环保意义。 随着粉煤灰在再生混凝土中的推广使用， 对再生 混凝土的性能和施工工艺必然会进行更深入的研究。 参考文献： 1 】 赵玉青， 仝玉萍， 闫雪莲， 等 超细矿渣粉在特细砂水工混凝土中的 应用研究f J 混凝土， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 1 2 9 1 3 1 2 】 胡玉珊 ， 邢振贤 粉煤灰掺入方式对再生混凝土强度的影响 J 新型 建筑材料， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 2 6 2 7 【 3 杨东海 ， 李喜昌 建筑材料手册【 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 7 8： 3 9 41 4 1 赵述智， 王忠德 建材与检测 M 】 郑州： 河南混凝土协会， 1 9 9 5 ： 8 9 - 9 2 5 】 沈在康 混凝土结构试验【 M 】 _ E 京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 5 ： 7 8 - 7 9 【 6 】 张海宾， 党志良， 余方智 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