粉煤灰对混凝土抗冲磨性能的影响.pdf

2 0 1 0 年 第 8期 (总 第 2 5 0 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 5 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原 材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 8 0 2 7 粉煤灰对混凝土抗冲磨性能的影响 刘冬梅 ( 三峡大学 土木水电学院，湖北 宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要： 研究了粉煤灰对混凝土强度和抗冲磨性能的影响， 考虑了水胶比、 粉煤灰掺量及引气剂等影响因素。 结果表明： 水胶比大于 O 3 5 的混凝土中掺人适量粉煤灰可以显著提高混凝土的抗压强度， 但粉煤灰的掺人明显降低了混凝土抗冲磨强度。 水胶比一定的情况下 ， 粉煤 灰掺量越大， 混凝土抗冲磨强度越低。 粉煤灰掺量一定时， 混凝土的抗冲磨强度随水胶比的增加而降低。 粉煤灰掺量对混凝土抗冲磨强度 的影响大于水胶 比。引气剂的掺入 同时降低 了混凝土的抗压强度 和抗 冲磨强度 。 关键词 ： 混凝土 ；粉煤灰 ；水胶 比；抗 冲磨强度 ；强度 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 0 ) 0 8 0 0 8 0 0 2 E ffe c t of f l y a sh O n t he a br a s i o n-e r os i on r e s i s t an ce of c on c r e t e LI U Do n g - m ( C o l l e g e o f C i v i l a n d H y d r o e l e c t r i c E n g i n e e r i n g ， T h r e e G o r g e s U n i v e r s i t y ， Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r a ct： Effe c t s o ffl y a s h o n t h e a b r a s i o n e r o s i o n r e s i a n c e o f c o n c r e t e h a v e b e e n s t u d i e d i n t h i s p a p e r T h e r e s u l t s s h o w tha t a pr o p e r c o n t e n t o fny a s h c a n s i g ni fi c a n t l y i n c r e a s e t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t hs o f c o n c r e t e wi t h W B g r e a t e r t h a n 0 3 5 Ho we v e r ， t h e a b r a s i o n e r os i o n r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e d e c r e a s e s wh e n t h e r e p l a c e me n t o f fly a s h a n d r a t i o o f wa t e r t o b i n d e r s i n c r e a s i n g Th e i n fl u e n c e o f fl y a s h r e pl a c e me n t o n a b r a s i o n e r o s i o n r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e i s gr e a t e r t h a n t h e r a t i o o f wa t e r t o bind e r s Ad d i t i o n o f a i r i n t r o d u c e r i n c o n c r e t e m a d e t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d a b r a s i o n e r o s i o n r e s i s t a n c e a l l d e c r e a s e Ke y wor ds ： c o n c r e t e； fl y a s h； r a t i o o f wa t e r t o b i n d e r s ； a b r a s i o n e r o s i o n r e s i s t a n c e ； s t r e n g t h 0 引言 用于大坝泄水建筑物溢流面和水轮机尾水部位的混凝土 常受到高速水流的冲刷 ， 磨损严重， 因此 ， 对混凝土的抗冲磨性 能有着很严格的要求。 一般认为， 混凝土的抗冲磨强度与混凝 土的强度关系很大 ， 通常通过提高混凝土的强度来提高混凝土 的抗冲磨强度。但低水灰比混凝土中水泥用量较大 ， 混凝土的 温升和体积变形也很大 ， 施工 中容易开裂 ， 尤其是早期开裂 ， 从 而使混凝土的抗冲磨性能降低。 研究表明f 1 ， 掺人粉煤灰能降低 高强混凝土的早期自收缩和温升， 有利于混凝土的早期抗裂。此 外， 在混凝土中掺加适宜的外加剂也可以起到改善工作性， 避免 早期开裂的作用。本试验主要研究了粉煤灰和引气剂对混凝土 强度和抗冲磨性能的影响。 1 试验原材料和配合比 1 1 试验原材料 1 1 1 水泥和粉煤灰 试验所用水泥为葛洲坝 4 2 5级中热水泥， 水泥的物理力学 性能符合国家标准。 粉煤灰采用的是重庆珞璜电厂电收尘 I 级灰， 质量检测结果符合国家规定的I 级粉煤灰标准。 1 1 2 砂石料 试验用砂为花岗岩人 工砂 ， 砂的细度模数 为 2 5 4 2 5 6 。试 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 3 1 8 基金项目：三峡大学博士科研启动基金项目 8 O 验用花岗岩碎石为二级配， 中石和小石的比例是 5 5 ： 4 5 。 碎石骨 料和人工砂物理I生质试验结果见表 1 。 表 1 花 岗岩碎石和人工砂物理性质试验结果 1 1 3 外加齐 0 试验用了Z B 。 1 高效缓凝减水剂， 掺量为0 5 。 引气剂采用 DH 9 ， 掺量由达到的含气量确定。 1 2混凝 土 配合 比 试验采用了 0 3 5 、 O 4 0 、 O 4 5和 0 5 O四组水胶比， 粉煤灰的 掺量为 1 0 、 1 5 和 2 0 。 混凝土的坍落度控制在 5 7 c m， 混凝 土拌和采用 6 0 L自落式搅拌机。 掺用引气剂混凝土的含气量控 制在 3 - 4 。 具体混凝土配合比见表 2 ， 每组混凝土的养护龄 期分别为 7 、 2 8 d和 9 0 d 。 混凝土的抗压强度和抗冲磨强度测试 均按“ 混凝土试验规程” 进行。 2 试验结果分析与讨论 2 1 混凝土 的抗压 强度 不同水胶 比下粉煤灰掺量与混凝土抗压强度 的关系如图 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 混凝土试验配合比 注： E 1 、 E 2 1 、 E 2 2 、 E 3 1 四组混凝土中掺有引气剂 ， 掺量依次为 O 7 、 0 6 、 0 6 、 0 6 。 40 3 5 皇 3 0 疆 2 5 菩2 0 1 5 1 0 5 0 45 4 0 蓄 ， 萋 o 2 5 2 0 粉煤灰掺量 ( a ) 7 d 图 1 粉煤灰掺量 ( b ) 2 8d 混凝土抗压强度 与粉煤灰掺量关 系图 所示。从图 1 可知 ， 水胶比为 0 4 0 0 5 O ， 粉煤灰掺量1 0 时， 混凝土各龄期的抗压强度显著增加。 粉煤灰掺量 1 O 时， 混凝 土各龄期的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低。粉煤灰掺量 增至 2 0 时， 混凝土 7 d和2 8 d的抗压强度明显降低， 9 0 d强度 已接近基准混凝土。 因此， 水灰比为 0 4 0 - - -0 5 O ， 粉煤灰的最佳掺 量为 1 0 。这表明， 粉煤灰掺量较小的情况下， 粉煤灰“ 减水效 应” 、 “ 微集料效应” 和“ 活性效应” 的发挥使粉煤灰混凝土的抗 压强度高于同水胶比下不掺灰混凝土的强度。但掺量较大时， 水泥用量的大量减少使得混凝土早期强度下降， 粉煤灰对混凝 土强度的贡献主要在后期。 水胶比为 0 3 5时， 混凝土各龄期的抗压强度均随粉煤灰掺量 的增加而降低。 主要是因为低水胶 比的混凝土采用普通混凝土 配制工艺， 掺人粉煤灰时可能对混凝土强度产生不利影响。 在胶凝材料用量相同的情况下， 掺引气剂混凝土与不掺引 气剂混凝土的强度对比见图 2 。 由图2可知， 尽管掺入引气剂后 混凝土的水胶比降低 ， 但混凝土各龄期的强度却低于不掺引气 剂混凝土 。 5 O 4 5 4 0 3 5 30 2 5 出 2 0 1 5 1 O 5 0 5 5 5 。 皇 蠢 善 。 3 5 3 0 O 5 l 0 l 5 2 0 粉煤灰掺量 ( c ) 9 0d 1 E1 2 -1 E2 -1 2 - 2 E 2 2 3 - 1 E 3 1 图2 引气剂对混凝土强度的影响 2 2混凝 土的抗 冲磨 强度 混凝土的抗冲磨强度主要与水胶比、 粉煤灰掺量和混凝土 的含气量有关。 从图 3和图4可知， 无论掺粉煤灰与否， 混凝土 2 8 d的抗冲磨强度均随水胶比的增加而线性降低。 保持水胶比 不变。 掺人粉煤灰将显著降低混凝土的抗冲磨强度， 粉煤灰掺 量小于 1 0 ， 混凝土抗冲磨强度下降较小， 掺量大于 1 0 时 ， 抗 下转第 1 3 1页 8 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 作用的缘故。从图 3可以看出， 随着混凝土强度等级的提高， 其 用水量减少， 使得较小水胶比成立。整个试验过程用水量十分 稳定 ， 水胶比层次分明， 强度等级递增均匀。 0 + 7 0 6O 5 0 40 3 0芒 2 0旺 1 0 00 混 凝土 强度等级 ， MP 图 3 混凝 土强度与水胶 比及用水量关系曲线 ( 5 ) 对于水工混凝土来说 ， 抗渗性是决定其耐久性最重要 的技术指标， 而掺加了超细矿渣粉的特细砂水工混凝土的抗渗 性和抗冻性是符合规范要求的， 可以满足工程需要。 5结 语 本试验采用 S 1 0 5级超细矿渣粉和 T L J 一 1 0 7高性能泵送剂 双掺的技术手段是很成功的。 T L J 1 0 7高性能泵送剂使混凝土 拌和用水量减小， 较小水胶比得以成立， 加之超细矿渣粉的增 j 虽_与微膨作用 ， 对提高特细砂混凝土强度和补偿收缩有很大的 贡献 。这次系列性试验符合鲍 罗米公式规律 。 上接第 8 1页 鲁 j 暖 量 水胶 比 圈 3 水胶 比对混凝 土 2 8 c l 抗冲磨强度的影响 ： 蠢 。0 羹 。 0 图 4 隧 撩 量 0 5 l 0 1 5 2 0 2 5 粉 煤灰掺 量 ， 粉煤灰掺量对混凝土抗冲磨强度的影响 l El 2一l E2-l 22 E2-2 3一l E3一l 图 5引气剂对混凝土抗冲磨强度的影响 冲磨强度迅速下降。 且粉煤灰掺量对混凝土2 8 d 抗冲磨强度的 影响比水胶 比大 。 例如 ， 水胶 比为 0 5 O ， 粉煤灰掺量为 1 0 混凝 土的抗冲磨强度 比水胶比为 O 3 5 、 0 4 0 、 0 4 5 ， 粉煤灰掺量分别为 1 5 和 2 0 混凝土的抗冲磨强度高。同样 ， 水胶比为 0 4 5 ， 粉煤 灰掺量为 1 0 混凝土的抗冲磨强度高于水胶 比为 0 3 5和 O 4 0 ， 值得注意的是 ， 施工时要特别注意施工环境的湿度 ， 未来 的施工环境湿度和实验室养护湿度是有很大差异的。养护湿度 对混凝土体积收缩是至关重要的， 尤其是特细砂混凝土。 采用 特细砂配制的混凝土， 水泥用量略多于粗、 中砂配制的混凝土， 但符合“ 因地制宜， 就地取材” 的原则 ， 它的经济效果仍然是很 显著的。随着超细矿渣粉在特细砂混凝土的推广使用 ， 对特细 砂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 ： 【 l 】 赵玉青， 王丽梅， 王静， 等 灰色系统模型在混凝土坝体温度预测中 的应用 J 人民黄河， 2 0 0 6 ( 7 ) ： 5 1 - 5 2 2 赵玉青， 王丽梅 ， 等 多变量灰色动态模型在大坝混凝土温度分析中 的应用【 J 】 灌溉排水学报， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 2 5 2 6 【 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 4 3 5 【 4 】4 赵述智， 王忠德建材与检澳 IJ 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 I 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 5 ： 7 8 7 9 作者简介： 赵玉青( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 讲师， 硕士， 主要从事混凝土材料教学 与研究。 单位地址： 郑州市北环路 3 6 号 华北水利水电学院土木与交通学院 ( 4 5 0 0 1 1 ) 联系电话 ： 1 3 8 3 8 3 7 3 8 3 5 粉煤灰掺量为 1 5 和2 0 的混凝土。 对于掺引气剂t 昆 凝土 ， 胶凝材料用量不变时， 抗冲磨强度 较不掺引气剂混凝土的抗冲磨强度明显降低。 例如， E l 与 1 相比， 混凝土抗冲磨强度减小 6 3 ； E 2 1 与 2 - 1 相比，抗冲磨强度减 小 7 8 ； E 4 3与 4 3相比， 抗冲磨强度较小 1 0 _ 8 。 因此 ， 从提高混凝土抗冲磨强度的角度出发， 选择混凝土 水胶比时应结合粉煤灰掺量大小进行选取。若不掺粉煤灰或粉 煤灰掺量较小时， 水胶比满足混凝土强度设计要求即可。若粉 煤灰掺量较大时， 则应尽可能选取低水胶比配制混凝土。 3结 语 从以上研究结果可知， 混凝土掺人少量的优质粉煤灰时， 混 凝土的抗压强度得到提高。但粉煤灰的掺入明显地降低了混凝 土 2 8 d 抗冲磨强度。粉煤灰掺量一定的情况下， 混凝土 2 8 d抗 冲磨强度随水胶比的减小而增大。引气剂的掺入同时降低了混 凝土 的强度和抗冲磨强度。 因此， 从提高混凝土 2 8 d 抗冲磨强度的角度出发， 应降低 混凝土的水胶比， 尽量少掺或不掺粉煤灰， 减少混凝土含气量。 但低水胶比混凝土中水泥用量较大， 混凝土的温升和体积变形 较大。笔者认为 ， 为了兼顾混凝土的抗冲磨性能和耐久性能， 采 用粉煤灰配制抗冲磨混凝土时可以利用混凝土 9 0 d的抗冲磨 强度， 而非 2 8 d 龄期的抗冲磨强度值。 参考文献 ： 【 1 】 陈磊， 张宏来， 黄登成 粉煤灰在抗冲磨混凝土中掺量问题的探讨 J 1 粉煤灰 ， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 1 0 1 4 作者简介： 刘冬梅( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 博士 ， 讲师， 从事水工混凝土性能研究。 单位地址： 湖j 噩 学路8 号 三峡大学土木水电水利系( 4 4 3 0 0 2 ) 联系电话 ： 1 5 8 7 2 4 7 1 7 0 5 1 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m