粉煤灰的激发形式及其对混凝土性能的影响.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 0 3 0 3 实验研究 粉煤灰的激发形式及其对混凝土性能的影响 Ef f e c t o f Fl y As h Ac t i v a t i o n F o r m o n Co n c r e t e Pe r f o r ma n c e 张志恒 ，綦春明，左江波 ( 南华 大学，湖 南 衡 阳 4 2 l 0 0 1 ) 摘要： 采用硫酸 盐单掺 、硫酸 盐和 熟石灰复掺 ，磨 细、非磨 细等低 等级粉煤 灰 的活性激发 手段 ，取 水胶 比为 0 2 5和 0 3 0分 别对 不同掺 量粉煤灰 的 混凝 土进 行 对比试验 ，研 究激 发方 式 、粉 煤灰掺 量与 高性 能混凝 土强度 的关 系。研 究表明 ：硫 酸盐和 熟石 灰与粉 煤灰 共 同磨 细的 激发 方式 ，对粉煤 灰 火山灰 活性 激 发效果 最明 显 ，能 配制得 到粉煤 灰掺量 达 5 0 7 0 ，强度 为 8 0 MP a的 高强混凝 土 ；不磨细 处理 时 ，单掺 和 复掺 激发 剂对 混凝 土强度 影响效 果相 差不 大。 关键词 ： 粉 煤灰 ；掺量 ；活性 激发 中 图分 类 号 ：T U5 2 8 2 文 献 标识 码 ：A Abs t r a c t ：S uc h m e t h o ds a s s i n g l e b l e n di ng s u l f a t e ，do u bl e bl e nd i n g s ul f a t e a nd hy d r a t e d l i me ，g r i n di ng a nd n o n g r i n di n g we r e a pp l i e d f o r l o w gr a d e f l y a s h a c t i va t i o nA c o m p a r a t i v e e x p e r i me nt a l t e s t wa s ma de o n c on c r e t e mi x e d wi t h di f f e r e n t vo l ume fly a s h whe n t he wa t e r bi n de r r a t i o w a s O 2 5 a n d 0 3 0 t o s t u dy t h e r e l a t i o ns h i p of s t r e n g t h o f h i g h pe r f o r ma n c e c o nc r e t e wi t h a c t i v i t y f or m a nd f l y a s h m i x t u r e Th e r e s ul t s s h o w s t ha t ： t he a c t i v i t y wi t h fly a s h ，s ul f a t e a n d h yd r a t e d l i me g r o u n d c o mm o nl y i s t he mos t s i g n i f i c a n t a n d t h e s t r e ng t h of c o n c r e t e c a n r e a c h t o 8 0 M p wi t h t he d os a g e of f l y a s h u p t o 5 0 一 7 O ： whe n i t wa s n ot pu l ve r i z e d t h e e f f e c t s o f e i t h e r s i n gl e or d ou bl e bl e nd i n g a c t i v a t o r o n t he s t r e n gt h of c o nc r e t e w e r e t h e s a me Ke y wo r ds ：f l y a s h ；m i xt ur e ；a c t i v e e x c i t a t i on 0前 言 粉煤灰作为混凝土的理想矿物掺合料，在高性能混凝 土中已得到广泛的应用，而且掺量已超过 4 0 ，达到降低 成本 ，节约水泥等 目的 。在高性能混凝土中应用大掺量 粉煤灰的关键问题是粉煤灰的活性问题 ，主要是早期火山 灰效应的发挥。而 目前我国大多数电厂粉煤灰的品质都较 低，多为 级灰或等外灰，I 、级灰仅占5 0 0 8 0 0 ， 这使粉煤灰混凝土的早期强度低 ， 因此，不经处理的低 等级粉煤灰很难同时满足高性能混凝土的强度高 、 流动性 和耐久性好等要求。目前国内外提高低等级粉煤灰的主要 措施有机械磨细、化学激发和高温养护j种方式 川 ，机 械磨细能破坏粉煤灰颗粒表面的玻璃体结构， 促使玻璃体 中活性组分硅 ( S i )、铝 ( A 1 ) 离子解离，从而提高粉煤 灰的活性，但近年研究也表明粉煤灰球形颗粒的破坏会丧 失粉煤灰优异的减水效果。化学激发采用的激发剂多为碱 性激发剂或硫酸盐激发剂 ， 激发剂可打破粉煤灰颗粒表 面玻璃体中S i 一 0、A 1 0键，也可促进玻璃体中的活性组 基金项 目：湖南省科技厅基金资助项目( 项目编号：0 8 GK 3 0 2 3 ) 分硅 ( S i )、铝 ( A 1 )离子的解离。这样粉煤灰的活性成 分能与游离石灰以及高碱性水化硅酸钙产生二次反应 ，生 产低碱性水化硅酸钙，使胶凝物质的质量改善， 数量增加， 强度提高。 从 目前研究来看 ，对粉煤灰的活性激发方式虽然有多 种 ，并取得了一定的效果，但各种激发方式、掺量与混凝 土强度的提高关系研究还甚少 ，本研究立足于现有的研究 基础 ，在高性能混凝土中仅掺加粉煤灰一种矿物掺合料 ， 采用硫酸钠 ( N a S O ) 单掺非磨细 、与粉煤灰共同磨细， 硫酸钠 ( N a S O ) 与熟石灰复掺非磨细 、与粉煤灰共同磨 细四种激发方式进行对比试验 ，来配制高性能混凝土 ，并 分析各种激发方式 、粉煤灰掺量等与混凝土强度的关系。 1试验 1 1原材料 试验采用粉煤灰为湘潭粉煤灰厂生产的 级灰 ，水泥 为衡阳世达牌 P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥 ，实测 2 8 d抗压 强度为4 4 1 M P a ，水泥和粉煤灰的化学组成及粉煤灰的物 3 2 0 1 0 粉 煤灰 3 理性能指标如表 1 ，表2所示。由表 1 中粉煤灰的化学成 分分析可知 ， S i O + A I ： 0 ， + F e 0 7 0 ， 而氧化钙 ( C a O) 的含量 1 0 ，该粉煤灰属于低钙粉煤灰” ( F级) ；砂为 中砂，细度模数为 2 7 ， 粗集料为 5 2 0 m iT t 的石灰石碎石 ， 压碎指标为7 8 0 ，外加剂为聚羧酸类液态减水剂，掺量 为胶凝材料总量的1 5 0 ，胶凝材料的总用量取 5 5 0 k g m ， 粉煤灰按掺量为胶凝材料的 5 0 、6 0 、7 0 掺加，等 量取代水泥， 激发剂采用硫酸钠 ( N a s 0 ) 和熟石灰两种， 掺量为粉煤灰总量的 1 5 0 ，激发剂与粉煤灰共同磨细时 间为 3 h 。 表 I 水泥和粉煤灰的主要化学成分 技 术 指 标 (4 5 lJ ： 需 水 量 含 密 (g c m ) 表 (g c m 3) 技 术 指 标孔 筛 筛 余 1需 水 量 比 含 水 量 密 ) 表 面 积 ) 粉煤灰 1 1 5 1 0 2 0 5 1 2 3 0 5 0 1 1 2 试 验 方 法 按普通混凝土力学性能试验方法，进行混凝土试样的 抗压强度试验，试验加载速度取 0 5 0 8 M P a s ，以j个 试样的算术平均值作为该组试件的抗压强度瀚确至0 1 M P 矗 ) ， 如果三个测定值中的最小值或最大值中有一个与中问值的 差异超过中间值的 1 5 ，则把最大值和最小值一并舍弃， 取中间值作为该组试件的抗压强度值。如果最大值和最小 值与中间值相差均超过 1 5 ，则此组试验作废。试验结果 如表 3和图 1 图 6所示。 表 3 粉煤灰不同激发方式和掺量对混凝土抗压强度的影响 注：J 0 2 5 ，J 0 3 O 分别对应水胶比为 O 2 5和 0 3 0 的基准混凝 1 ，编号首 为 1 对应水胶比为 0 3 0 coAL AsH 3 2 0 0 7 0 O J 0 3 0 硫酸盐单掺 ( 非磨细) 口硫酸盐单掺 ( 磨细) 121 硫酸盐与熟石灰复掺 ( 非磨细) 一硫酸盐与熟石灰复掺 ( 磨细) 0 5 O 6 O 7 0 粉煤灰掺量 图 l 水胶比为 0 3 0 ，龄期为 3 d的抗压强度 l 1 硫J0酸25盐 单 掺 非 磨 细 J _ 硫J O 酸 3 0 盐荦掺 ( 非磨细) l 一 咖 J 0 3 0 臣 o 5 0 6 0 7 0 粉煤灰掺量 图 6水胶比为 O 2 5 。龄期为 5 6 d的抗压强度 2试验结果与分析 2 1粉煤灰掺量对抗压强度的影响 由表 3 结果可知，无论采用何种激发方式，3 d 、2 8 d ， 5 6 d 龄期的混凝土强度都随粉煤灰掺量的增加而降低。以 水胶 比为 O 3 0时来分析，未掺加激发剂的混凝土 ，在粉 煤灰掺量为5 0 、6 0 、7 0 时，混凝土的抗压强度分 别只有 2 5 2 M P a 、2 3 5 M P a 、2 3 + 2 MP a ，比基准混凝土降 低了3 7 1 M P a 、3 8 8 M P a 和 3 9 1 MP a ，降幅达到 5 7 左 右 ；到 2 8 d龄期时 ，比基 准混凝土降低 了 2 1 2 M P a 、 2 2 1 MP a 、2 7 2 M P a ，降幅为 2 7 3 左右，降低幅度明显 减少，到了 5 6 d龄期时降低幅度和 2 8 d龄期基本相近。 从 2 8 d 11 5 6 d ，基准混凝土的强度增长了 1 0 5 MP a ，掺 加粉煤灰的混凝土强度增长不大 ，表明粉煤灰混凝土后期 强度增加幅度不大。随着粉煤灰掺入量的增加，混凝土强度 降低的原因，从反应机理来分析 ，可能是由于大量的低钙 粉煤灰的掺入，相当于引人大量的微集料，这些微集料在 粉煤灰颗粒和水泥凝胶间形成许多界面，这些界面未被火 山灰反应产物充满到某种程度时是薄弱区。而普通低等级 粉煤灰火山灰反应少，加之水泥用量大量减少，导致的混 凝土立方体试样 ，编号首字为 2对应水胶 比为 0 2 5的混 凝土立方体试样。 水化产物少 ，不足以密实所有界面，也不足以提供足 够的氢氧化钙 ( C a ( 0 H ) ： ) 来激发粉煤灰的活性，故随掺量 的加大，混凝土强度会比基准混凝土强度要低。 2 2 水胶 比对抗压强度的影响 大掺量粉煤灰混凝土水胶比对抗压强度的影响与普通 混凝土水胶比对抗压强度的影响相似。由表 3和图 l 6 可知，无论是否掺加激发剂，都随水胶比的降低，抗压强 度都有所提高。现以不掺激发剂来比较，当混凝土的水胶 比从 0 3降到 0 2 5时 ，基准混凝土 的抗压强度分别从 6 2 3 MP a 、8 0 4 MP a 、9 0 9 MP a 增长到 7 1 5 MP a 、9 2 MP a 、 1 0 2 3 MP a ，掺加粉煤灰的混凝土也同样随水胶比的降低 而强度提高；从 3 d龄期来看，基准混凝土随水胶比的降 低，抗压强度提高了9 2 MP a ，而掺加粉煤灰的混凝土分 别提高了2 0 2 M P a 、1 6 1 MP a 、1 2 M P a ，不过随粉煤灰掺 加量的增加，抗压强度提高的幅度有所降低，故可以说大 掺量粉煤灰混凝土的水胶 比越低，对 早期强度的影响越大 ， 在大掺量粉煤灰混凝土混合料满足一定的流动性的同时 ， 降低水胶比能有效地提高大掺量粉煤灰混凝土的早期强度。 水胶比对抗压强度的影响主要是由于水胶比的降低，粉煤 灰混凝土的密实度提高，使混凝土更加致密，强度得到 很大的发展。 2 3不同激发方式对抗压强度的影响 由表 3和图 1 一 图 6 可知，无论何种水胶比，在相同 掺量的粉煤灰时，掺加激发剂的混凝土抗压强度比不掺激 发剂的混凝土抗压强度要高；若不与粉煤灰共同磨细，则 硫酸盐单掺与硫酸盐和熟石灰复掺对混凝土抗压强度的影 响基本接近；无论是单掺还是复掺，与粉煤灰共同磨细的 处理方式 匕 不磨细的处理方式更有利于激发粉煤灰的活 性；在各种激发方式中，以硫酸钠 ( N a S O )和熟石灰复 掺与粉煤灰共同磨细的处理方式最优，能配制得到粉煤灰 掺量达 5 0 一7 0 ，强度为 8 0 M P a 的高强混凝土。 3结 论 无论是否掺加激发剂 ，随水胶比的降低，粉煤灰 混凝土的抗压强度都有所提高， 但随粉煤灰掺加量的增加， 抗压强度提高的幅度有所降低； f 2 ) 无论是否掺加激发剂，随粉煤灰掺加量的增加， 抗压强度都降低 ； ( 3 ) 在各种激发方式中，以硫酸钠和熟石灰复掺与粉 煤灰共同磨细的处理方式最优，能配制得到粉煤灰掺量达 5 0 7 0 ，强度为 8 0 MP a的高强混凝土 ； f 4 ) 若不与粉煤灰共同磨细，则硫酸盐单掺与硫酸盐 和熟石灰复掺对混凝土抗压强度的影响基本接近。 参考文献 【 1 刘宝举 ，杨元霞大掺量粉煤灰高强度混凝土研究【 J 】 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 8 4 8 6 【 2 吴建华高强高性能大掺量粉煤灰混凝土研究【 D】 重庆大学，2 0 0 4 【 3 L a m L ， Wo n g Y L ， P o o n C S De g r e e o f h y d r a t i o n a n d g e l s p a c e r a t i o o f h i g h v o l u me fl y a s h c e me n t s y s t e ms J C o n c r e t e a n d C e me n t Re s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 O ( 5 ) ： 7 4 7 7 5 6 ( 4 柯国军，杨晓峰，彭红等 化学激发粉煤灰活性机理研究进展f J 】 煤炭学报，2 0 0 5 ，3 O ( 3 ) ：3 6 6 3 7 0 【 5 刘宝举，梁慧，杨元霞碱对水泥 粉煤灰体系中粉煤灰活性的激发 作用铁道科学与工程学报，2 0 0 9 ，6 ( 5 ) ：5 1 - 5 6 【 6 刘宝举，梁慧，杨元霞复合激发剂对粉煤灰的活性激发作用 J 】 铁道科学与工程学报，2 0 0 8 ，5 ( 6 ) ： 6 - 9 ， 7 钱觉时粉煤灰特性与粉煤灰混凝土 M 北京：科学出版社，2 0 0 2 作者简介： 张志恒 ( 1 9 7 4 9 一 )，男，湖南省衡阳人，工程师，硕士，主要 研究方向：高性能混凝土材料及力学性能，E - ma i l ：z z h 0 7 3 4 1 2 6 c o m 收稿日期： 2 0 1 0年 1月 1 3日 3 2 0 1 0 粉 煤灰 5