1、2 0 1 3年 第1 1期 (总 第 2 8 9期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CLE 大掺量粉煤灰混凝土抗压强度影响分析 孙家国,谷艳玲 ( 武夷学院 土木工程与建筑学院,福建 武夷山 3 5 4 3 0 0 ) 摘要: 通过采取大掺量粉煤灰 、 降低水胶比、 掺人减水剂等技术措施 , 研究 了大掺量粉煤灰对混凝土抗压强度的影响。 试验采用 常规的搅拌和成型方法 , 配制得到水胶 比为 0 3 5 , 水泥强
2、度等级 4 2 5 MP a , 粉煤灰掺量 4 0 的混凝土 , 实测 2 8 d强度为 3 5 2 MP a , 6 0 d 强度为 5 2 1 MP a , 满足混凝土 C 4 0 强度等级 , 并且具有 良好的工作性能 , 其综合性能达到学生公寓高性能混凝土的要求 , 适 用于对混凝土工作性要求较高和对早期强度要求不高的工程 。 关键词: 大掺量粉煤灰混凝土 ;抗压强度 ;试验;性能 ;应用 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 3 ) l 1 - 0 0 9 7 04 Anal ys i s of
3、t he compr e ss i ve s t r e ngt h i n f l uenc e of c onc r e t e wi t h a l a r ge a m oun t of f l y as h SUN J i a gu o, GU Ya nl i n g ( Co l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e , Wu y i Un i v e r s i t y, Wu y i s h a n 3 5 4 3 0 0, C h i n a ) Abs t r a c
4、t : Thr ou g h s uc h t e c h ni c a l me a s u r e s a s u s ing a l a r g e a mo u n t o f fly a s h, r e d u c i n g wa t e r b i n de r r a t i o a n d a dd i n g wa t e r r e d uc i ng a g e nt , s t u d y t h e i n f l ue n c e o f a l arg e a mo u n t o f fly a s h o n t h e c o mp r e s s i
5、v e s t r e n g t h o f c o nc r e t e Te s t ma ke s up the c o n c r e t e wi t h wa t e r bi n d e r r a t i o o f 0 3 5, g r a de o f c e me nt 4 2 5 MPa, t h e a mo u nt o f fly a s h 4 0 b y c o n ve n t i o na l mi x i ng a n d mo l d i n g me t ho d s , wi t h t h e me a s u r e d i n- t e n
6、 s i t y 3 5 2 MP a f o r 2 8 d, 6 0 d s t r e n g t h 5 2 1 MP a , t o me e t the gra d e o f c o n c r e t e C 4 0 s t r e n gth T h e c o n c r e t e h a s g o o d wo r k i n g p e r f o r ma n c e a nd i s s ui t a b l e f o r s t ud e nt a p a r t me nt h i g h c o nc r e t e r e q u i r e me n
7、 t s a n d l e s s d e man d i ng e arl y s t r e n g t h o f e n g i ne e r i n g wi th i t s c o mp r e he n s i v e p e r f o r ma n c e r e a c h i ng the r e q u i r e me n t o fh i g h pe r f o r ma n c e c o nc r e t e K e y wo r d s : c o n c r e t e wi th a l a r g e a mo u n t o f fl y a s
8、 h ; c o mp r e s s i v e s t r e n gth; t e s t ; p e r f o r ma n c e ; a p p l i c a t i o n 0 引 言 粉煤灰是把煤燃 烧过程中排放的烟气收集而来 的烟 灰 , 是排放量最大 的工业废品 , 据初步统计 , 2 0 0 9 年我 国粉 煤灰排放 量 3 7 5 亿 t , 而粉煤灰 的利用率仅在 4 5 左右 , 利用量远低于排放量 , 致使粉煤灰的堆积量越来越大 , 不仅 占用大量 的土地 , 而且严重污染环境。 因此 , 如何处理和利 用粉煤灰 , 已经成为关乎到建设生态文明和人类社会可持
9、续发展的重要课题 。 目前 , 许多 国家对这一课题 的研究 已 经有所成就 , 国内粉煤灰在建材行业的综合利用也越来越 受到关注 , 在混凝土中掺人粉煤灰可 以降低水泥用量 , 降低 工程建设的成本 。 因此 , 发展粉煤灰混凝土能达到节约土地 、 节省能源和资源 1 1 , 使人 和 自然 和谐相 处的 目标 , 所以 , 这 项研究具有深远的战略意义 。 武夷学院仁智学生公寓 1 7 1 9 楼位于福建省武夷山 市西南部 , 主体结构五层 , 采用框架结构形式 , 单栋建筑面 积 3 3 2 0 m , 2 0 1 2 年 7月开始动工 , 工期一年 , 其结构部分 采用 C 4 0高性
10、能混凝土 。 由于学生公 寓地质条件 复杂 , 所 在地气候 比较潮湿 , 对于混凝土的工作性能和强度要求 比 收稿 日期 : 2 O 1 3 - J 0 5 _ J 0 4 基金项目: 福建省教育厅科技项 目( J K 2 0 1 1 0 5 7 ) 较高。 为了配制 出符合工程要求 的混凝土 , 选用粉煤灰作为 混凝土的掺合料 , 采用 内掺技术对不同粉煤灰掺量进行试 验 , 研究各种掺量对粉煤灰混凝土抗 压强度 的影 响 , 设计 出满足技术要求 的高性能混凝土最优配合比。 1 大掺量粉煤灰 混凝 土的发展应 用 1 1 大掺 量粉 煤灰 混凝 土的概念 大掺量粉煤灰混凝土是一个新概念
11、, 目前 尚没有统一 的定义 , 根据我国几十年来在混凝土中粉煤灰取代水 泥率 l 5 左 右的现状 , 粉煤灰取代水泥率 3 0 及 以上配置的 昆 凝土 , 可称为大掺量粉煤灰混凝土 。 它把粉煤灰看作混凝土 的一个独立组分 , 使水胶 比尽量减小 , 使粉煤灰对强度发 展 的作用 明显提前 , 因此 , 粉煤灰掺量可 以比普通混凝 土 明显增大 , 粉煤灰的效能得到充分发挥2 1 , 经济效益显著 。 1 2 大掺 量粉煤灰混凝土发展应 用 我国自2 0 世纪 5 0年代就开始研究与应用在混凝土 中掺用粉煤灰作为混合材料的技术 , 特别是在水工建设 中得 到推广。 随着科研单位对粉煤灰掺
12、入混凝土中的系统研究 和在工程中的应用实践 , 特别是在水工建设工程应用后 , 在 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑T程中也得到推广应用【3 , 并取得了十分显著的效果。 大掺量粉煤灰混凝土大量使用矿物细掺料 , 既满足混 凝土高性能 的需要 , 又可减少对水泥熟料的需求 ; 既可以 减少锻烧水泥熟料时 C O 的排放 , 又因大量利用粉煤灰工 业废料减少二次污染 ; 既有利于节约资源和保护环境, 又能 获得 良好的经济效益和社会效益 。 因此 , 大掺量粉煤灰混 凝土有着广阔的发展前景。 2试 验 研 究 2 1 原材料性能分析 2 1 1 水泥 水
13、泥为福建省建阳海螺水泥有限责任公司生产的海螺 牌 P 0 4 2 5 级水泥。 对水泥进行细度和胶砂强度试验( 砂子 是 中国 I S O标准砂 ) , 其中细度为 1 3 2 , 胶砂强度见表 1 。 表 1 水泥胶砂强度试验结果 2 1 2 砂 子 砂子采用本地 中级河砂 , 试验测得该砂细度模数 2 6 5 , 级配 良好 , 含泥量 1 9 2 , 符合 J G J 5 2 2 o 0 6 普通混凝土 用砂 、 石质量及检验方法标准 的质量要求 。 2 1 _ 3 石子 本试验选用石子为当地产碎石 , 最大公称粒径为 2 0 m m, 符合 J G J 5 2 2 0 0 6 普通 混
14、凝 土用砂 、 石质量 及检验方法 标准 的质量要求 。 主要性能见表 2 。 2 1 4 粉煤灰 表 2 碎石性能表 G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 ( 用于水泥和混凝土 中的粉煤灰 规定的 质量要求 。 2 1 5 减水剂 减水剂为高效能混凝土外加剂 J - 2 型减水剂 。 2 1 6 水 水为本地 自来水 。 2 2混凝 土 配 合 比设 计 2 2 。 1 确定配合 比 混凝土设计强度等级为 C 4 0 ,按照粉煤灰掺量设计 5 个试验方案 , 分别为 : 方案一( A组 ) : 粉煤灰掺量 0 ( 基准混凝土 ) ; 方案-( B组 ) : 粉煤灰掺量 l 0 ; 方
15、案三( c组 ) : 粉煤灰掺量 2 0 ; 方案 四( D组 ) : 粉煤灰掺量 3 0 ( 大掺量粉煤灰混凝土) ; 方案五( E组) : 粉煤灰掺量 4 0 ( 大掺量粉煤灰混凝土) 。 混凝土各组成材料配合 比见表 3 。 2 2 2 试块的制作与养护 根据试验 配合 比确定 的粉煤灰掺 量分别为 0 、 l 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 制作成 5 组( A组 、 B组 、 C组 、 D组 、 E组 ) 试 块 , 按照试验的要求与 目的测试 3 、 7 、 2 8 、 6 0 d 的和易性和抗 压强度 , 每次确定 的强度值取 3个数据 的平均值 , 故每组 制作试块 1
16、 2 个 , 总计 4 8 个试块。 制作试块采用 1 5 0 mmx l 5 0 mmx l 5 0 mm标 准试模 , 根 粉煤灰为华能福州电厂生产的 I 级粉煤灰, 达到了 据混凝土试块的体积, 计算出拌制每组试块各材料用量如表4 。 表 3 混凝土试验配合比 k g m 根据 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方 法标准 的规定 , 将试块放在温度为( 2 0 _+ 5 ) 度环境 中静 置 2 4 h 之后编号 、 拆模 , 然后立即将试块放在温度 为( 2 0 2 ) 、 湿 度为 9 5 以上的标 准养护室中养护 。 在标准养护 室 内,
17、 试件按照彼此 1 5 m m 的间距放在架上 , 一直养护至 要求的龄期再进行相应试验。 2 3 和 易性测试 首先测试不 同组号混凝土拌合物的坍落度值 , 测定 结 98 果见表 5 。 表 5 各组混凝土拌合物坍落度值 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试 验可得 , 随着粉煤灰掺量的增加 , 混凝土拌合物 的 坍落度增大 , 改善 了混凝土拌合物 的流动性 。 黏聚性判别 是在量取坍落度后 , 用捣棒在各组 已坍落的试件锥体侧面 轻轻敲打 , 发现锥体 渐渐下沉 , 所 以 , 混凝土拌合物的黏聚 性 良好 。 再 观察各组拌合 物的保水性 , 由于锥 体
18、底部 没有 出现过 多的稀浆 , 混凝土拌合物也没有出现明显 的骨料外 露, 说明保水性良好。 因此, 该混凝土具有良好的和易性。 2 4抗 压 强度 试 验 当试块达到设计 的 3 、 7 、 2 8 、 6 0 d 养护龄期后 , 从养护室 中取 出 , 将试块 擦拭干净 , 通过测量 尺寸 、 检查 外观等 方 法, 确定本试验试块均合格。 根据 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通 混凝土力学性能试验方法标准 的规定进行抗压强度试验 , 使用液压式强度试验机 , 将加荷速度控制在 0 5 0 8 MP a s 范 围内。 测定各掺量混凝土抗压强度值见表 6 。 表
19、 6 各掺量混凝土不同龄期抗压强度值 3 试验 结果分析 3 1 和易性影响分析 本试验 以粉煤灰掺量为变量 , 通过测试不同掺量混凝 土的坍落度值 , 得出不同掺量粉煤 灰对不 同龄期混凝土流 动性的影响规律 , 其试验结果见图 1 。 粉煤 灰掺 量 图 1 各掺量混凝土坍落度曲线 从图 1 可 以看出 , 混凝土拌合物 的坍落度 随着粉煤灰 掺量的增加而缓慢上升 。 这是由于粉煤灰中 7 0 以上成分 是球状玻璃体 , 这些球 状玻璃 体表面光滑无 棱角 , 性能稳 定 , 在混凝土拌合物振捣过程 中起 着一种类似于轴承 的润 滑作用 5 1 。 同时 , 粉煤灰的掺人可分散水泥颗粒 ,
20、 释放更多 的浆体来润滑骨料 , 提高了混凝土的流动性 。 再者 , 在混凝 土 中掺入 了粉煤 灰 , 可以补偿 细骨料 中细屑的不足 , 减少 混凝土 的拌 和用水量 , 降低 了混凝 土的水灰 比, 减少 了泌 水和离析现象 , 提高 了混凝土的和易性阎 。 3 2 粉煤灰掺 量对混凝 土抗 压强度 的影响 本试验 以粉煤灰掺量为变量 , 通过测试不同掺量混凝 土的抗压强度值 , 得出不同掺量粉煤灰对不 同龄期混凝土 抗压强度的影响规律 , 其试验结果 见图 2 。 矗 山 、 魑 I + 7 d I I + 2 8 d l I + 6 0 d I I _J 粉 煤 灰 掺 量 图2 抗
21、压强度随粉煤灰掺量变化曲线 从 图 2可 以看 出, 随着粉煤灰掺量 的增加 , 混凝土试 块 3 、 7 、 2 8 d龄期 的抗压强度均略低 于基准混凝土 。 但是 , 从 6 0 d 龄期 的抗压强度可以看 出, 掺粉煤灰混凝土的抗压 强度已经略大于基准混凝土 , 而且随着粉煤灰掺量 的增加 而提高。 由此可以推断 , 随着 时间的推移 , 掺粉煤灰混凝土 的抗压强度与基准混凝土抗压强度差值会越来越大 , 而且 掺 比量越大这种趋势也就越 明显。 3 3 各掺 量混凝土抗压强度与龄期 的关 系 通过试验可 以看出 , 不 同掺量粉煤灰混凝土抗压强度 在各个龄期的变化情况不同 , 其变化规
22、律如图 3 所示。 龄 期 , d 图 3 抗压强度随龄期变化曲线 从 图 3可以看 出, 混凝土抗压强度随着龄期 的加大而 增长 , 各组 的强度发展 曲线趋势基本相同 , 其变化规律是 : 对早期强度 而言 , 随粉煤灰掺量 的增加而降低 , 到 了 6 0 d 龄期 以后 , 粉煤灰混凝 土的抗压强度逐渐大于基准混凝土 抗压强度 。 这是 由于 3 、 7 d龄期 时粉煤灰主要起物理填充作 用 , 并没有参加水化反应 , 这时候 昆 凝土的强度主要来 自于水 泥的水化作用提供 , 粉煤灰的掺入可分散水泥颗粒, 使水 泥水化更充分 , 所 以早期强度 主要决定于水灰比 ; 后期强 度增长较
23、快 的原因是 由于粉煤灰参与 了二次水化反应 , 加 之微集料填充效应提高 了水泥浆 的密实度 , 使混凝土 中骨 料与水泥浆的界 面强度提高罔 , 从而抗压强度得到增强。 通过试验可得 , 基 准混凝土 2 8 d龄期时就 已经 达到 了设计强度 , 但是 由于粉煤灰 的掺入 , 使得早期强度降低 并缓慢 发展 , 2 8 d 龄期时并没有达到混凝土的设计 强度 , 说 明粉煤灰混凝 土的早期强度低 , 适用 于对 早期强度 要 求不 高的混凝土工 程 。 所 以 , 用 于普通混凝 土的 2 8 d抗 压强度质量评定指标 , 显然不适用于粉煤灰混凝土 , 需要 考虑采用龄期更长 的强度指标
24、作为粉煤灰混凝土的衡量 标准【 。 99 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4结论 研究表明 , 掺入 3 0 4 0 粉煤灰 、 水胶 比 0 3 5 0 3 9 、 用水量为 1 7 8 k g m 的混凝土 , 用常规 的搅拌和成型方法 , 制备的混凝土具有 良好的工作性 和较高的抗压强度 , 尤其 是提高后期强度 十 分明显。 大掺量粉煤灰混凝土既能节约 资 源 , 又能消耗大量的粉煤灰 , 对于减轻环境压力 十分有 效。 目前 , 我 国要建设生态文明 , 人类要寻求与 自然和谐 , 随着科学技术的发展 , 大掺量粉煤灰混凝土一定会成为可 持续发展 的材
25、料 。 参考文献 : 【 1 J 孙 家国 , 谷艳玲 粉煤灰配置绿色高性能混凝土的研究I J 1 混凝 土 , 2 0 1 2 ( 7 ) : 9 3 9 4 【 2 】王成启 , 张悦然 粉煤灰海工自密实高性能混凝土配合比参数 的试验研究 混凝土与水泥制品, 2 0 1 1 ( 8 ) : 1 - 7 f 3 J 杨太文 大掺 量粉煤灰高性 能混凝 士的研究进展 【 J 1 _ 混凝土 , 2 0 0 4 ( 9 ) : 2 2 2 6 I 4 】 蕨文俊 , 邬生吉 , 秦宇航 活性粉末混凝土力学性能试验l J l _ 建筑 科学与工程学报 , 2 0 0 8 ( 4 ) : 1 3 1
26、 8 上接第 9 2页 隙, 有效地起到 了裂缝修复的作用。 参考文献 : 1 库马 梅塔, 保罗 J M 蒙特罗j 昆凝土微观结构、 性能和材料【 M 北京 : 中国电力出版社 , 2 0 0 8 I 2 1 J AC OB S E N S, E L L E V OI D S E J S e lf h e i n g o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t ea f t e r d e t e r i o r a t i o n b y f r e e z e t h a w J C e me n t a n d C o n c r e t e C
27、 o m p o s i t e s , 1 9 9 6 , 2 6 ( 1 ) : 5 5 6 2 i 3 】E DV A RDS E N C Wa t e r p e r me a b i l i t y a n d a u t o g e n o u s h e a l i n g o f c r a c k s i n c o n c r e t e J A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , 1 9 9 9 , 9 6 ( 4 ) : 6 3 3 6 4 0 【 4 】 蒋正武 水泥基材料裂缝自愈合的研究进展l J 】 材料导报 , 2 0 0
28、 3 , 1 7 ( 4 ): 3 9 4 2 上接第 9 6页 纤维体积率掺量的增大而逐步提高 , 而塑钢纤维增强轻骨料 混凝土的初裂耗能及破坏耗能曲线的总体走势是先升后降。 塑钢纤维对轻骨料混凝土破坏耗能的增强作用大于钢纤维。 参 考文献 : I 1 1王金晶, 刘志奇 , 李彦军 新型轻骨料混凝土特性及发展l J 1 混凝 土, 2 0 0 6 ( 1 2 ) , 6 5 6 6 I 2 】霍俊芳轻骨料混凝土的研究现状与发展【 J 1 _ 建筑技术 , 2 0 0 9 , 4 0 ( 4 ) : 3 6 3 3 6 5 3 J GA O J i a n mi n g , S U N We
29、 i , MO RI N O K J Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d h i g h s t r e n g t h l i g h t w e i g h t c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s , 1 9 9 7 ( 1 9 ) : 3 0 7 3 1 3 【 4 1 董祥 , 高建明, 朱亚菲 掺矿物掺合料高性能轻骨料混凝土力学 性能的试验研究l J
30、1 混凝土与水泥制品, 2 0 o 4 ( 增T U ) : 5 2 5 4 【 5 j5 孔丽娟轻骨料对中等强度混凝土耐久性能影响的研究【 J J _混凝 土 , 2 0 1 2 ( 1 2 ) : 4 6 4 9 】 00 【 5 】 吴 中伟 高性能混凝土一绿色混凝土 J l 混凝士与水泥制 品 , 2 0 0 0 ( 1 ) : 3 - 6 【 6 】 吴建华 , 蒲心诚 , 刘芳 大掺量粉煤灰高性能混凝土配制技术【 J I 重厌大学学报: 自然科学版, 2 0 0 5 ( 5 ) : 5 4 5 8 【 7 】 刘跃伟 , 户俊 , 孔德玉 大掺量粉煤灰高性能混凝土的研究【 J 1
31、粉 煤灰综合利用, 2 0 0 6 ( 1 ) : 4 O 一 4 2 8 周英梅 大掺量粉煤灰高性能混凝土的应用分析【 J 1 交通世界 , 2 0 1 0 ( 1 ) : 1 4 1 1 4 2 9 J9 J I T a o P r e l i mi n a r y s t u d y o n t h e w a t e r p e r me a b i l i t y a n d mi e r o s t r u e l u r e of c o n c r e t e i n c o r p o r a t i n g n a n o - S i Oz J 】 C e me n t a
32、 n d Co n c r e t e R e s e a r c h , 2 0 0 5 , 3 5 ( 1 0 ) : 1 9 4 3 1 9 4 7 【 1 0 0 t 建大掺量粉煤灰高性能混凝土的试验研究 J 1 浙江科技学院 学报 , 2 0 0 7 ( 3 ) : 2 0 8 2 1 1 作者简介 : 联系地址 联系电话 孙家国( 1 9 6 8 一 ) , 男 , 教授 , 硕士 , 研究万向 : 建筑新材 料、 新技术的研究与应用。 福建省武夷山市武夷大道 l 6 号 武夷学院土木工程 与建筑学院( 3 5 4 3 0 0 ) l 5 95 9 7 7 7 46 6 5 5 李
33、厚祥 , 唐春安 , 曾三海 昆凝土裂缝自愈合特性研究 武汉理 工大学学报 , 2 0 0 4 , 2 6 ( 3 ) : 2 7 2 9 6余剑英, 李旺林, 郭殿祥, 等 渗透结晶型防水材料赋予混凝土 裂缝自愈合性能的研究l J 1 中国建筑防水, 2 0 0 9 ( 8 ) : 1 4 1 6 7 】陈光耀, 吴笑梅, 樊粤明 水泥基渗透结晶型防水材料的作用机 理分析 新型建筑材料 , 2 0 0 9 ( 8 ) : 6 8 7 1 8 】朱子龙, 李建林 粉煤灰混凝土裂愈合能力的试验研究【 J 1 _ 南京 建筑工程学院学报 , 1 9 9 8 ( 4 ) : 7 0 7 6 作者简介
34、 : 黄涛( 1 9 9 0 一 ) , 男 , 硕士。 联系地址 : 北京市海淀区清华大学新水利馆 3 4 4 室( 1 0 0 0 8 4 ) 联系电话 : 1 5 1 0 1 1 4 6 1 9 7 I 6 J张盼钢纤维混合骨料混凝土抗压力学性能试验研究【 D l _北万工 业大学 , 2 0 1 2 7 l 程秀菊 , 朱为玄 冈 纤维混凝土 K I C计算公式初探I J J 河海大学 学报 : 自然科学版 , 2 0 0 5 , 3 3 ( 4 ) : 4 5 2 4 5 4 【 8 1沈荣熹 , 王璋水 , 崔玉忠 纤维增强水泥与纤维增强混凝土【 M1 _ 北京: 化学工业出版社, 2 0 0 6 f 9 1王璋水 , 申光前 钢纤维混凝土梁在冲击荷载下的韧性和动力 响应 A 纤维水泥与纤维混凝土全国第四届学术会议论文集 ( 一) c 】 1 9 9 2 : 2 3 5 2 4 2 作者简介 联 系地 址 联系电话 牛建刚( 1 9 7 6 一 ) , 男 , 博士 , 教授, 从事混凝土结构耐久 性与结构可靠, l生研究。 内蒙古包头市 昆区阿尔丁大街 7 号 内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院( 0 1 4 0 1 0 ) l 3 6 6 4 73 8 0 0 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m