粉煤灰对混凝土耐磨性能的影响.pdf

文章 编号 ： 1 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 1 6 0 3 实 盒 研究： 粉煤灰对混凝土耐磨性能的影响 Ef f e c t s o f Fl y As h o n W e a r Re s i s t a n t Ab i l i t y o f Co n c r e t e 赵晓妍 ，王文杰 ( 湖 南2 1 2 大联 智桥 隧技术有 限公 司，湖南 长沙 4 1 0 0 1 1 ) 摘要：研究了粉煤灰掺量对混凝土不 同龄期耐磨性能的影响 ，结果表明：混凝土早期耐磨性能随粉煤灰掺量增加而降低 ，但 混凝 土后 期 耐磨性 能随粉 煤灰掺 量增加 而提 高， 当粉煤 灰掺 量为 3 0 时 ，混凝土 的后期 耐磨性 能最佳 ，粉煤灰 因活性 较低 ，掺 入会 降低 混凝土早 期耐磨性 能 ；粉煤 灰颗粒的 高耐磨性 和在 后期粉 煤灰 火山灰 效应 的发 挥是提 高混凝土后期 耐 磨性 能的主要 原 因。 关键 词 ：粉 煤灰 ；混凝 土 ；耐磨 性能 中图 分 类号 ：T U5 2 8 2 文献 标 识码 ：A Abs t r ae t ： h e e f f e c t s o f t he a m o un t of f l y as h o n wea r r e s i s t a n t a bi l i t y o f c o nc r e t e a t di f f e r e n t a ge s we r e s t u di e d Th e r e s ul t s s ho we d t h a t ： t he we a r r e s i s t a n t a bi l i t y o f c o n c r e t e r e d uc e d a s t he a m o u nt o f fly a s h i n c r e as e d a t e a r l y a g e b ut t he we a r r e s i s t a nt a b i l i t y of c o nc r e t e i nc r e as e d as t he a mou nt Of f l y a s h i nc r e a s e d a t 1 a t e r a ge ：whe n t h e a mo un t o f f l y a s h was 3 O t he we a r r e s i s t a n t a bi l i t y of c o n c r e t e a t l a t e r a ge wa s t h e be s t ；d u e t o l o w ac t i vi t y o f f l y a s h， t h e m i x o f f l y a s h wo ul d r e d uc e we a r r e s i s t a n t a bi l i t y o f c o n c r e t e a t e a r l y a ge ； t h e h i g h we a r r e s i s t a n t a bi l i t y o f fly a s h pa r t i c l e s a n d t he p oz z o l a ni c a c t i o n o f f l y a s h a t l a t e r a g e we r e t h e ma i n r e a s o ns i m p r o v i n g t h e we a r r e s i s t a n t a bi l i t y of c o nc r e t e a t l a t e r a ge Ke y wor d： f l y a s h ；c on c r e t e ：we ar r e s i s t a nt ab i l i t y 0前 言 随着现代交通量增加，超载和重载现象日益严重，混 凝土路面因磨损破坏引发的问题逐渐引起了国内外研究机 构与人员的注意，并展开了相关的研究工作。路面混凝土 的耐磨性能很大程度上取决于其表面性能，而混凝土的表 面性能主要受其原材料组成、 抹面方式和养护条件等因素 的影响，因此，这些因素也是影响混凝土耐磨性能的主要 因素。 迄今为止，国内外很多研究人员已对混凝土的耐磨性 能进行了研究 。 。本文主要研究粉煤灰对混凝土耐磨性能 的影响规律，为混凝土 ( 耐磨性能满足要求 ) 配合比设计 提供理论上的依据。 1原材料及试验方案 1 1原材料 水泥 ( C)：长沙坪塘 水泥有 限公 司生产 的太平牌 P 0 4 2 5 水泥，化学成分及主要性能指标见表 1 和表 2 。 粉煤灰( F A ) ：湘潭电厂生产的 I级粉煤灰，密度为 2 6 2 g c m ，比表面积为 4 6 0 m k g ，需水量比为9 6 ，化 学成分见表 1 。 1 6 COA三ASH 5 201 0 表 1 水泥和粉煤灰的化学成分 NN 凝结时间 m -n 8 0 m 筛筛余初凝 终凝 靛性 标 准 稠 度 竺 ： 用水量 3 d 2 8 d 天然集料 ( N G)： 碎石，级配合格，符合 5 3 1 5 m m 的连续级配要求。 砂f s ) ：湘江河砂，级配合格，细度模数 2 6 1 ，符合 区要求。 水f w1 ：自 来水。 1 2试验方案 试验过程中，为了消除其他因素的影响，采用单因素 试验方法，研究粉煤灰对混凝土耐磨性的影响规律。 试件在试验室制作，采用 6 0 L强制式搅拌机搅拌， 振动台振动成型，标准条件下养护至试验龄期后进行试验。 立方体抗压强度所用试件尺寸为 1 0 0 m m1 0 0 m m1 0 0 m m；耐磨性能按照J T G E 3 0 - 2 0 0 5 公路工程水泥及水泥 混凝土试验规程进行测试，试件尺寸为 1 5 0 m m X 1 5 0 m m 1 5 0 m m，以单位面积的磨损量作为评价指标，计算公 式如下 ( T 0 5 6 7 1 )。 G ： ( 1 ) 式中：G c 一 单位面积的磨损量 ( k g m )； 一 试件的初始质量 ( k g )； m 。 一 试件磨损后的质量 ( k g )； 0 0 1 2 5 一 试件磨损面积 ( m )。 2试验结果分析与讨论 2 1粉煤灰对混凝土耐磨性能的影响 变化粉煤灰掺量为 1 0 、2 0 、3 0 、4 0 ，以混凝 土单位面积磨损量为评价指标，研究粉煤灰对混凝土耐磨 性能的影响规律。为了消除其他因素的影响，试验过程中 其他试验因素不变，研究粉煤灰单掺对再生混凝土耐磨性 能的影响。试验混凝土配合比和测试结果见表 3 。 表 3 不同粉煤灰掺量试验混凝土配合比和磨损量 图 1 和图 2分别为不同粉煤灰掺量混凝土在不同龄 期时的强度和磨损量。由图 1 可知，粉煤灰的掺入降低了 混凝土的强度；随着粉煤灰掺量的增加，不同龄期混凝土 的强度逐渐降低；变化粉煤灰掺量从 0 至 4 0 时，混凝 土的 3 d 、7 d 和 2 8 d 强度分别降低了3 6 、3 4 和 1 l 。 这说明粉煤灰的掺入对混凝土的早期强度降低较后期强度 降低明显，这主要是由于粉煤灰的活性相对水泥较低，在 没有激发剂存在时，其活性效应的发挥与龄期有关，在早 期粉煤灰的反应程度降低，使其混凝土强度较基准混凝土 要低，而且强度会随着粉煤灰掺量的增加而逐渐降低；后 期，粉煤灰开始水化反应，虽然此时混凝土的强度随着粉 煤灰掺量的增加而降低，但降低幅度已经较小。 由图2 可知，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土早期磨 损量逐渐增加，耐磨性能逐渐降低；粉煤灰的掺人使混凝 土后期 ( 2 8 d )磨损量降低，耐磨性能提高，从试验结果 来看，当粉煤灰掺量为 3 0 时，混凝土的后期耐磨性能 最佳，磨损量较基准混凝土降低了0 4 5 k g m ( 1 5 )。 0 1 0 2 0 3 0 4 0 粉煤灰掺量 图 1 粉煤灰对混凝土强度的影响 粉煤 灰掺量 图 2 粉煤灰对混凝土耐磨性能的影响 2 2粉煤灰对混凝土耐磨性能的影响机理分析 粉煤灰是煤粉炉燃烧煤粉时，从烟道气体中收集得到 的细颗粒粉末，它在水泥基混凝土中的主要作用机理有 3 个方面。 ( 1 ) 火山灰活性效应。由于粉煤灰具有无定形玻璃体 形态的活性氧化硅 ( S i O )、氧化铝 ( A 1 0 ， )，且比表面 积大，这些成分能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙 ( C a ( H O ) ) 缓慢进行 “ 二次反应”，在表面生成具有胶 凝性能的水化铝酸钙、水化硅酸钙等胶凝物质，填充在集 料之问形成紧密的混凝土结构。同时氢氧化钙的消除使水 泥的碱度降低，在此环境中更有利于水化铝硅酸盐的形成。 ( 2 )微集料效应。混凝土在微观结构上是非匀质体， 理论上，粗集料的空隙由细集料填充，细集料的空隙由水 泥浆填充，水泥颗粒的空隙则由水和水泥水化产物及毛细 孔填充。由于满足混凝土施工和易性的需要，实际用水量 比水泥水化理论需水量多得多，再加上水泥在很长一段时 间内不可能完全水化，因此，胶凝孔和毛细孔大量存在， 孔隙率约占胶凝体的 2 5 3 0 ，而粉煤灰具有较小的粒 径，在水泥的水化过程中，均匀分散于孔隙和胶凝体中， 起到填充作用，改善了孔结构，提高了水泥石的密实度。 另一方面，未参与水化的颗粒分散于胶凝体中起到集料的 骨架作用，进一步优化了胶凝结构，改善了与粗细集料之 间的黏结性能和混凝土的微观结构，从而改善了混凝土的 ( 下转第2 2 页 ) 5 2 0 1 0 粉煤灰 1 7 ；q 加 m 罨越嘿 6 5 4 3 2 一 目 蛊 、 _軎 越 2 结论与建议 通过上述研究可知，A C M 0 0 0 4和 A M 0 0 2 4两种方法 学的异同点如下： ( 1 ) 来源方面：A C M 0 0 0 4为整合方法学 ， A M 0 0 2 4 是 大规模方法学 ，二者有着本质的区别； ( 2) 适用性方面： A M 0 0 2 4主要针对水泥工业中生产 熟料过程产生的余热，不适用生产过程中其他余热发电项 目；A C M 0 0 0 4 的适用范围比较广， 对于水泥工业的余热均 可考虑在项目过程中； ( 3 ) 项 目边界分析：均为包括化石燃料燃烧释放的 二氧化碳 ( C O ) 排放，对于甲烷 ( C H )和一氧化二氮 ( N 0)忽略；项目的混合边际均参考 A C M 0 0 0 2进行； A C M0 0 0 4主要针对与电力系统并网的化石燃料电厂的二 氧化碳 ( C O ) 排放 ，A M 0 0 2 4是针对化石燃料现场燃烧 释放的二氧化碳 ( C O )排放； ( 4 ) 识别基准线情景分析：A C M 0 0 0 4给定可互替的 基准线情景，只需按照给定的基准线情景进行项 目的基准 线识别；A M 0 0 2 4则需要按照规定三个步骤进行识别，需 对水泥余热发电量进行分析。但两者均追求最具经济吸引 力的基准线情形 ； ( 5 )项目排放量计算分析：A C M0 0 0 4项目排放量计 算是根据第 Y年消耗的燃料量乘以净热值和排放因子直接 进行计算；A M0 0 2 4 项目排放量计算则为第 Y年由于技术 更新导致的燃烧消耗值变化乘以燃料用量及排放因子进行 计算； ( 6 ) 基准线排放量计算分析：减排量计算均为用电 量乘以转换系数；A C M 0 0 0 4基准线减排量计算方法根据 排放因子来源不同分为三个选项，基准线情景是自备发 电；基准线情景是电网电力输人；基准线情景包括自 备和输入电力两种。A M 0 0 2 4 基准线计算方法是水泥生产 电力供应排放量与联网电力排放量相加 ； ( 7) 项目减排量计算公式相同。 水泥工业作为建材生产的耗能大户，切实利用国际规 则，了解和掌握水泥工业的方法学知识， 有利于提高水泥 行业余热的利用效率，获得相应的温室气体减排量和减排 收益 ，推动中国水泥工业的发展。 参考文献 1 】清华大学中国2 1 世纪议程管理中心 清洁发展机制【 M】 _ B 京：社会科 学文献出版社，2 0 0 5 2 吕学都，刘德顺 清洁发展机制在中国 M】 2 0 0 4 3 罗玉和，丁力行，邓玉艳 水泥P c 窑纯低温余热发 O C DM项目案例 分析 J 1 _ 企业技术开发， 2 0 0 8 ， ( 6 ) 5 A p p r o v e d c o n s o l i d a t e d b a s e l i n e me t h o d o l o g y AC M0 0 0 4 ” C o n s o l i d - a t e d b a s e l i n e me t h o d o l o g y f o r wa s t e g a s a n d o r h e a t a n d o r p r e s s u r e f o r po we r g e n e r a t i o n ACM 0 0 0 4 V e r s i o n 2 0 3 ， Ma r c h 2 0 0 6 6 】 ( Ap p r o v e d b a s e l i n e me t h o d o l o g y A M0 0 2 4” B a s e l i n e me t h o d o l o g y fo r g r e e nh o u s e g a s r e d u c t i o n s t h r o u g h wa s t e h e a t r e c o v e r y a n d u t i - l i z a t i o n f o r p o we r g e n e r a t i o n a t c e me n t p l a n t s ” AM0 0 2 4 V e r s i o n 1 3 0 ， Se p t e mb e r 2 0 0 5 ( 上接第1 7 页 ) 3 结 论 宏观综合性能。 ( 3 ) 形态效应。由于粉煤灰含有大量的球状玻璃微珠 ， 填充在水泥颗粒之间起到一定的润滑作用，因此在一定 程度上粉煤灰能起到减水作用。此外，在混凝土流动性相 同时掺粉煤灰的混凝土比不掺的内摩擦阻力减小，更容 易泵送施工和振捣密实。 细观机构上，硬化后的混凝土由水泥基相、分散粒子 ( 集料 ) 和界面过渡层三个要素组成 。在集料的品种和 含量确定的条件下 ，影响混凝土耐磨性的主要因素是水泥 石基体和界面过渡区 。矿物掺合料的掺入，其火山灰效 应的发挥改善了硬化浆体的水化产物组成，降低了c s H 凝胶的钙硅比，提高了水泥石基体的质量，并减少了C H 的负面影响；另外，提高了混凝土中胶凝材料颗粒之间的 填充性，其微集料效应使水泥石的致密度和强度得到提高。 矿物掺合料对混凝土耐磨性能的影响与龄期有关，这 主要是因为矿物掺合料活性效应的发挥与龄期有关。早期， 粉煤灰还未水化，这些颗粒与基体之间的结合力较弱，在 磨损过程中很容易脱离基体而增大混凝土的磨损量，所以 当它们掺量恒定时，其配比的变化对混凝土早期耐磨性能 影响较小，但会随着其掺量的增加而使混凝土早期耐磨性 能降低。随着龄期增长，矿物掺合料火山灰效应的发挥使 混凝土的性能得以改善，从而提高了混凝土的后期耐磨性能。 2 2 CoAL ASH 5 2 01 0 ( 1 ) 混凝土早期耐磨性能随粉煤灰掺量增加而降低， 但混凝土后期耐磨性能随粉煤灰掺量增加而提高，当粉煤 灰掺量为 3 0 时，混凝土的后期耐磨性能最佳，磨损量 较基准混凝土降低了0 4 5 k g m 。 ( 2 ) 粉煤灰因活性较低，掺入会降低混凝土早期耐 磨性能；粉煤灰颗粒的高耐磨性和在后期粉煤灰火山灰效 应的发挥是提高混凝土后期耐磨性能的主要原因。 参考文献 1 】陈瑜， 周士琼 道路粉煤灰高性能混凝土耐磨性试验研究【 J _ 混凝土， 2 0 0 1 ， ( 2 ) ：7 1 0 【 2 吕丽华， 柳俊哲， 李玉顺， 等 粉煤灰对混凝土路面耐磨性的影响【 J 低温建筑技术，2 0 0 6 ， ( 3 ) ：1 3 1 5 3 郑秀华， 葛勇， 李惠， 于纪寿， 袁杰 轻骨料混凝土耐磨性影响因素的研 究 J 低温建筑技术，2 0 0 8 ， ( 6 ) ：1 8 - 2 0 4 P r o k o p s k i a G ， Ha l b i n i a k j I n t e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o n e i n c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ，2 0 0 0 ， 3 0 ( 6 ) ：5 7 9 - 5 8 3 5 曾阳春， 郑克仁， 李益进 矿物掺合料对道路混凝土耐磨性的影响及机 理 J 铁道科学与工程学报，2 0 0 7 ，4( 2 )：5 9 6 2 作者简介： 赵晓妍( 1 9 8 4 ) ，女，湖南工大联智桥隧技术有限公司 联系方 式：湖南省长沙市韭菜园 1 7 5号综合楼 2 0 9室， 邮编：4 1 0 0 1 1 E - ma i l ：z h a o x i a o y a n 0 1 2 9 1 2 6 c o rn 收稿日期： 2 0 1 0年 3月 2日