硅灰对低标号混凝土性能的影响.pdf

第 4 3卷第 8 期 2 0 1 4年 8月 应用化工 Ap p l i e d Che mi c a l I n d us t r y Vo 1 4 3 No 8 Au g 2 01 4 粉煤灰 硅灰对低标 号混凝 土性 能 的影响 冯辉红 ， 潘海泽 ， 谭超群 ， 陈静思 ， 王果 ( 1 西南石油大学 土木工程 与 建筑学院， 四川 成都6 1 0 5 0 0 ； 2 兰州理工大学 石油化工学院， 甘肃 兰州7 3 0 0 0 0 ) 摘要： 研究了单掺粉煤灰、 硅灰和双掺粉煤灰 硅灰对低标号混凝土的工作性、 强度和干缩性的影响。结果表明， 粉煤灰和硅灰能改善新拌低标号混凝土的工作性， 硅灰使得低标号混凝土在短期内的干缩变化加大， 造成早期裂 缝， 短期内双掺粉煤灰 硅灰能有效提高低标号混凝土的抗压强度。 关键词： 粉煤灰； 硅灰 ； 低标号混凝土； 性能 ； 试验研究 中图分类号 ： T Q 0 9 ； T U 5 0 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 3 2 0 6 ( 2 0 1 4 ) 0 81 3 6 30 2 I n flu e nc e o f fly a s h s i l i c a f u m e o n t h e pe r f o r ma nc e o f l o w- g r a d e c o n c r e t e F E NG Hu i h o n g ， P A N Ha i z e ， T A N C h a o q u n ， C HE N J i n g s i ， W A NG G u o ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f P e t r o c h e mi c a l T e c h n o l o g y ， L a n z h o u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e e f f e c t s o n t h e l o w g r a d e c o n c r e t e wo r k a bi l i t y， s t r e n g t h a n d s h r i n ka g e o f s i n g l e fly a s h， d o u b l e d o p e d s i l i c a f u me f l y a s h s i l i c a fume w e r e s t u d i e d， t h e r e s u l t s s h o w t h a t fl y a s h a n d s i l i c a fume c a n i mp r o v e t h e wo r ka b i l i t y o f f r e s h l o w g r a d e c o nc r e t e a nd s i l i c a f u me c a n i n c r e a s i ng c h a ng e s o f c o n c r e t e s h r i n k a g e i n s h o r t t e r m， r e s u l t i n g i n e a r l y c r a c k s ， d o u b l e d o p e d fl y a s h s i l i c a fume c a n e f f e c t i v e l y i mp r o v i n g t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f l o w g r a d e c o n c r e t e i n s u c h a s h o rt t e r m Ke y wo r d s ： fl y a s h；s i l i c a fume；l o w g r a d e c o n c r e t e；p e rf o r ma n c e；t e s t r e s e a r c h 粉煤灰和硅灰曾一度被认为是工业废料 ， 不仅 污染环境 、 危害健康 ， 还堆积 占地造成二次污染 ， 但 随着研究的深人 ， 粉煤灰和硅灰已被利用 到建筑原 材料中， 起到了取代水泥和节约水泥的作用， 现今更 是发展到利用其改善新拌混凝土和硬化混凝土的多 种性能 。 本文研究不同掺量的粉煤灰和硅灰对普通低标 号混凝土的工作性 、 强度和干缩性的影响及其规律 性 ， 为今后配制低标号特殊混凝土提供参考 。 1 实验部分 1 1材料 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ； 甘肃省某电厂生产 的 级粉煤灰； 嘉峪关巨大冶炼有限公司副产品硅 灰 ； 标准砂 ， 石料为 51 5 m m连续级配的花岗岩碎 石 ； 普通 自来水 j 。 1 2实验方法 混凝土的设计强度为 C 2 0 ， 配合比设计依据为 普通混凝土配合 比设计技术规程 J G J 5 5 _2 O 1 1 。 水胶 比 0 5 ， 胶凝 材料 总量 5 0 0 k g ， 砂 1 1 2 2 ， 石 2 2 7 8 ， 分别对水泥进行 1 5 粉煤灰以及 5 ， 1 0 硅灰等量取代 ， 共 5 组配合比， 见表 1 。 表 1 混凝土配合比一览表 Ta b l e 1 Li s t o f c o n c r e t e m i x p r o p o r t i o n 混凝土采用人工拌合， 振动台振动成型， 2 4 h 后脱模 ， 在标准条件下养护至一定龄期后进行测试。 抗压强度试 件 7 0 mm7 0 m m 7 0 m m； 干缩试件 4 0 m m 4 0 m ml 6 0 m m。每组配合 比按有关规范 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 4 - 0 9 修改稿 日期 ： 2 0 1 4 -05 1 6 基金项目： 国家自然科学基金( 5 1 0 6 3 0 0 3) ； 四川省教育厅重点项 目( 1 4 Z A 0 0 4 8 ) 作者简介： 冯辉红( 1 9 7 1 一) ， 女， 甘肃临夏人， 西南石油大学副教授， 硕士， 硕士生导师， 主要从事绿色建筑材料、 全生命周 期工程造价管理方向的研究。电话： 1 3 0 7 2 8 2 6 1 6 0 ， Em a i l ： n g h h 1 6 3 1 6 3 t o m 应用化工 第 4 3卷 或标准进行坍落度 、 泌水率 、 抗压强度、 干缩性测试。 2 结果与讨论 2 1 粉煤灰和硅灰对混凝土拌合物工作性能的影响 不同配 比下混凝土的坍落度和泌水率见表 2 。 表 2 不同配比下混凝土坍落度和泌水率 Ta b l e 2 Co n c r e t e s l u mp a n d bl e e d i n g r a t e o f d i ffe r e n t p r o p o r t i o n s 由表 2可知 ， 基准混凝土的坍落度最大 ， 随着粉 煤灰加人， 坍落度减少， 加入硅灰后， 坍落度持续减 少 ， 双掺硅灰与粉煤灰时坍落度最小 ； 基准混凝土和 粉煤灰混凝土 ， 在坍落度试验中 ， 提起坍落筒后都有 少量水分从底部析出 ， 在泌水试验 中， 都有一定的泌 水量， 而掺有硅灰的混凝土其泌水率为0 。原因是： 一 方面 ， 硅灰的比表面积大， 其湿润需要大量水分 ， 硅灰颗粒能够约束住新拌混凝土 的大量 自由水 ， 使 得混凝土内部很难有多余的水分溢出 ； 另一方面 ， 硅 灰粒径微小 ， 堵塞了新拌 昆 凝土的毛细孔。所 以， 在 混凝土中掺人硅灰， 提高了混凝土的粘聚性和保水 性 ， 但流动度大大降低 ， 且流动度降低值随着硅灰用 量的增加而增大 J 。 2 2 粉煤灰和硅灰对混凝土力学性能的影响 不同配 比下混凝土试样不 同龄期时的抗压强度 见表 3 。 表 3 不同掺 量混凝土抗压强度 Ta b l e 3 Di ffe r e n t c o n c r e t e w t h c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 由表 3可知， 3 d抗压强度中， 单掺和双掺 混凝 土都小于基准混凝土； 7 d抗压强度中， 只有双掺混 凝土的值超过基准混凝土； 3 d与 7 d抗压强度相 比， 单掺粉煤灰时， 强度增长较慢， 单掺硅灰时变化 趋势与基准混凝土一致， 双掺时变化最明显。 粉煤灰混凝土的早期强度低， 是因为粉煤灰的 火山灰活性较低， 二次水化反应滞后 ， 造成混凝土凝 结较慢。据资料显示 ： 混凝土水胶 比取 0 5时 ， 粉煤 灰的水化反应程度在6 0 d 龄期时也不会大于2 5 ； 单掺硅灰混凝土 ， 由于硅灰 的细小粒径和微集料效 应 ， 使水泥石均匀性和密实性得到提高 ， 同时硅灰 的 火山灰效应进一步增强 了混凝 土的密实度， 提高 了 混凝土的强度； 双掺混凝土中， 粉煤灰能够降低用水 量， 减少水泥石中因用水量过大所造成的微裂缝， 但 短期内强度发展很慢 ， 而硅灰需水量大 ， 但其微集料 作用和火山灰效应保证了短期内混凝土的强度 J 。 2 3 粉煤灰和硅灰对混凝土干缩性能的影响 不同龄期试件干缩长度和质量见表 4 。 表4 不同掺量混凝土干缩长度和质量 Ta b l e 4 Di ffe r e n t c o n c r e t e s h r i n k a g e l e n g t h a n d we i g h t 由表4可知， 3 d和7 d干缩变化值中， 单掺和 双掺混凝土变化不 大， 其中双掺混凝土的干缩变化 最小； 2 8 d干缩变化值中， 单掺粉煤灰 的变化最小 ， 掺人硅灰的变化明显。3 ， 7 ， 2 8 d的质量改变值中， 有硅灰掺人的混凝土质量减轻的最快， 基准混凝土 质量减少 的最慢。 主要原因是混凝 土中掺人硅灰后 ， 随着混凝土 早期水化反应加快 ， 混凝土的质量改变加快 ， 干缩程 度也较基准混凝土和单掺粉煤灰混凝土的大 引。 3 结论 ( 1 ) 在混凝土 中单掺硅 灰时， 使 得混凝 土的流 动性降低， 对工作性造成不利的影响， 同时也会使得 混凝土发生早期收缩裂缝的机会较普通混凝土大大 增多， 但因硅灰混凝土的孔隙细小、 结构致密、 水分 迁移困难、 体积变化趋势相对平缓等特点， 后期其收 缩量将与普通混凝土相近或减小。 ( 2 ) 在混凝土中掺人粉煤灰和硅灰来等量取代 部分水泥可以改善新拌混凝土的工作性， 提高混凝 土的和易性。尤其是硅灰能很好的增加混凝土黏聚 性 ， 大大减少泌水量和骨料的离析。 ( 3 ) 粉煤灰与硅灰的活性不同使其对混凝土抗 压强度的表现上存在差异： 粉煤灰混凝土早期抗压 强度较低， 但随着其二次水化反应的逐渐进行， 后期 ( 下转第 1 3 6 8页) 1 3 6 8 应用化工 第4 3卷 涞 旃 蕊 磁 使 用次 数 图3 催化剂的重复使用性能 F i g 3 R e u s a b i li t i e s o f c a t a l y s t s 3 结论 ( 1 ) 制备的s o ： 一 Z r O 、 s o ： 一 T i O ： 等固体超强 酸均对酰基化反应有一定的催化活性 ， 其 中 s o 2 一 Z r O 催化剂的活性最高。 ( 2 ) 引入适量的A l 对 s o 一 Z r O ： 超强酸进行 改性 ， 表征结果显示改性后的催化剂 比表面积明显 增大 、 活性四方相更稳定 。 ( 3 ) 改性后的催化剂用于催化酰基化反应 ， 催 化活性有较大提高， 在最佳反应条件下， 产物产率达 到 6 4 7 。且催化剂再生后催化活性基本保持不 变 。 参考文献 ： 1 G i o v a n n i S a a o fi， R a i m o n d o Ma g g i U s e of s o l i d c a t a l y s t s i n F r i e d e l C r a f t s a c y l a t i o n r e a c t i o n s J C h e m R e v ， 2 0 0 6， 1 0 6： 1 0 7 7 1 1 0 4 李兴泰， 隋静， 杨贤梅 1 一 氯乙基4- 异丁苯酮的绿色合 成工艺： C N， 1 8 0 7 3 8 3 A P 2 0 0 6 - 0 7 - 2 6 姜艳丽 布洛芬装置缩酮单元优化与技术改造 D 青 岛： 青岛科技大学 ， 2 0 1 2 于世涛， 宋湛谦 s o d 一 S n O 固体超强酸催化合成松 油醇的研究 J 林产化学与工业， 2 0 0 6 ， 2 0( 2 ) ： 3 9 44 D e u t s c h J ， T r u n s c h k e A， MU l l e r D， e t a1 D i ff e r e n t a c y l a t i n g a g e n t s i n t h e s y n t h e s i s of a r o ma t i c k e t o n e s o n s u l f a t e d z i r c o n i a J C a t a l y s i s L e t t e r s ， 2 0 0 3 ， 8 8 ( 1 2 ) ： 9 1 5 石文平， 卢旭军， 李国文 固体超强酸催化剂及其催化 合成缩酮 J 精细石油化工进展， 2 0 0 3 ， 4( 1 0) ： 3 2 3 6 K a z u s h i A r a t a ， H i d e o N a k a m u r a ， M i y u k i S h o F r i e d e l - C r aft s a e y l a t i o n o f t o l u e n e c a t a l y z e d b y s o l i d s u p e r a c i d s J A p p H e d C a t al y s i s A， 2 0 0 0 ( 1 9 7 ) ： 2 1 3 1 9 吴彬， 夏承建 ， 李青霖 对异丁基苯乙酮的绿色合成方 法： C N， 1 0 3 3 0 4 3 9 2 A P 2 0 1 3 - 0 9 - 1 8 陈颖， 孙雪， 李慧， 等 稀土改性对s o ： 一 Z r O 固体酸催 化剂结构与催化性能的影响 J 燃料化学学报， 2 0 1 2 4 0 ( 4 ) ： 4 1 2 - 4 1 7 ( 上接第 1 3 6 4页) 强度将持续增长； 硅灰混凝土早期抗压强度较高， 但 随着二次水化反应的结束， 后期强度将趋于平缓； 双 掺混凝土结合粉煤灰与硅灰的特性 ， 早期即具有了 较好的强度。 参考文献 ： 1 马艳芳， 李宁， 常钧 硅灰性能及其再利用的研究进展 J 无机盐工业 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 8 - 1 0 2 孙志刚 我国掺合料及掺合料技术现状和展望 J 中 国水泥 ， 2 0 0 4 ( 1 1 ) ： 1 0 6 1 1 0 3 杨玉喜， 刘学全 硅灰在混凝土中的作用 J 黑龙江交 通科技， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 5 1 4 彭利， 陈太林 ， 林振荣 ， 等 硅灰水泥混凝土性能探讨 J 河南建材， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 4 7 Z a c h a r y C Gr a s l e y， Da v i d A L a n g e ， Ma t t h e w D A mb r o s i a I n t e r n al r e l a t i v e h u mi d i t y a n d d r y i n g s t r e s s g r a d i e n t s i n c o n c r e t e J Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ( 3 9 ) ： 9 0 1 9 0 9 张遵海， 孙文标， 田坤云 绿色混凝土的水化硬化特征 研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 1 0 7 1 0 8 朱岳明， 刘有志， 曹为民， 等 混凝土湿度和干缩变形及 应力特性的细观模型分析 J 水利学 报， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 1 0 ) ： 1 2 6 3 1 1 6 5 Da n i e l C u s s o n， T e d Ho o g e v e e n A n e x p e r i me n t al a p p r o a c h f o r t h e a n a l y s i s of e a r l y a g e b e h a v i o r of h i p e rf o r ma n c e c o n c r e t e s t r u c t u r e s u n d e r r e s t r a i n e d s h ri n k a g e J C e m e nt a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 7， 3 7： 2 0 0 2 0 9 1 j 1j 1 J 1 J 1 ， 1j _1 J 1 j 1j 5 6 7 8 l 【r 【r l