粉煤灰对外掺氧化镁混凝土自生体积变形的影响.pdf

2 0 1 2 年 第 5期 (总 第 2 7 1 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 01 2 ( T o t a 1 No 2 71 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I Nl CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 2 2 粉煤灰对外掺氧化镁混凝土 自生体积变形的影响 陈昌礼 。方坤河 1 ,2 。蒋君 ，赵振华 ，刘小萤 ( 1 贵州师范大学 材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 5 5 0 0 5 9 ；2 武汉大学 水资源与水 电工程科学国家重点实验室 ，湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要： 为了进一步探索粉煤灰对外掺 Mg O混凝土自生体积变形的影响规律， 在实验室进行了粉煤灰对掺 Mg O的一级配、 二级配和 三级配混凝土的自 生体积变形影响的试验。 结果表明： 粉煤灰的掺入使掺 Mg O混凝土的早期 自生体积变形增大， 后期降低。 粉煤灰何时 使掺 Mg O混凝土的自生体积变形从高于转化为低于不掺粉煤灰 昆 凝土的自生体积变形， 与粉煤灰的掺量及 Mg O的掺量有关。 研究成果 对进一步促进外掺Mg O混凝土和粉煤灰的研究与应用， 具有实际意义。 关键词： 水工材料； Mg O混凝土；粉煤灰；自 生体积变形 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 2 ) 0 5 0 0 6 7 0 3 I n f l uen c e o f f l y a s h c on t e nt on a ut oge ni c vol ume ch ang e of c on c r e t e m ixe d w it h MgO CHEN Ch a n g- l i 1 ， F ANG Ku n - he 1 ,2 ， J IA NG J u n ， Z HAO Zh e n- h u a。 ， LI U Xi a o - yi n g ( 1 S c h o o l o f Ma t e ri a l s a n dA r c h it e c t u r e E n g i n e e r i n g ， G u i z h o uNo r ma l Un i v e r s i t y ， G u i y a n g 5 5 0 0 5 9 ， C h i n a ； 2 S t a t eKe yL a b o r a t o r yo f Wa t e r R e s o u r c c s a n dHy d r o p o we r E n g i n e e r i n g S c i e n c e ， Wu h a nUn i v e r s i t y ， W u h a n 4 3 0 0 7 2， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n o r d e r t o t md e r s t a n d t he inf l u e n c e o f fly a s h c o n t e n t o n a u t o g e n i c v o l u me c h a n g e o f c o n c r e t e mi x e d wi t h l i g h t b u r n e d Mg O， a u z t o g e n i c v o l u me c h a n g e s o f o n e g r a d i n g M g O c o n c r e t e mi x e d wi t h d i f f e r e n t fly a s h c o n t e n t h a d be e n t e s t e d Mo r e o v e r a u t o g e n i c v o l um e c h an g e s o f t wo g r a d i n g a n d t h r e e gra d i n g f l y a s h c o n c r e t e mi x e d wi t h d i f f e r e n t M g O c o n t e n t h a d b e e n t e s t e d Te s t r e s ul t s s ho w t h a t a u t o g e n i c v o l u me c h a n g e s o f c o n c r e t e mi x e d wi t h fl y a s h i s r e d u c e d a t l a t e a g e a n d i s a d v a n c e d a t e a r l i e r a g e W he n a u t o g e n i c v o l u m e c h a ng e s o f fly a s h c o n c r e t e f r o m b i g g e r t h a n a u t o g e n i c v o l u me c ha n g e s o f n o fly a s h c o n c r e t e c h a n g e d t o l e s s t h a n a u t o g e n i c v o l u me c h an g e s o f n o fl y a s h c o n c r e t e， i t ha s s o m e c o n n e c t i o n wi t h fl y a s h c o n t e n t a n d M g O c o n t e n t Th e f r ui t h a s p r a c t i c a 1 s i g ni fic a n c e tbr f a r t e r s t u d y a n d a p p l y o f c o n c r e t e m i x e d wi t h M g O an dfl y a s h。 Ke yw o r ds ： h y d r a u l i cma t e ria l ； c o n c r e t emi x e dwi t hl i g h t - b u rne dMg O； flya s h； a ut o g e n i c v o l t i me c h a n g e o f c o n c r e t e 0 引言 粉煤灰是燃煤电厂的磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道中 排除、 由收尘器收集的灰粉， 表面为玻璃态的实心或空心球状 颗粒。 粉煤灰以活性 S i O 和 A 1 O 为主要化学成分( 约占5 5 以 上) ， 掺人大体积混凝土后 ， 不仅降低混凝土的生产成本， 改善 混凝土的和易性和硬化后混凝土的后期强度， 更重要的是降低 大体积混凝土的绝热温升值， 减少温度裂缝的产生 ， 提高混凝 土的耐久性能 。 在大体积 昆 凝土中掺用 Mg O膨胀剂， 利用 Mg O的延迟水 化微膨胀性能， 可以在一定程度上补偿混凝土的温降收缩， 改善 混凝土的抗裂能力 ， 因此得到了坝工技术人员的重视。 在大体积 混凝土中同时掺人粉煤灰和 Mg O时， 二者如何共同作用 ， 或者 说， 粉煤灰的掺入对 Mg O的膨胀作用如何影响， 这方面已有不 少的研究报道。 文献 1 指出， 随粉煤灰掺量的增加 ， 外掺 Mg O 混凝土的压蒸膨胀率降低； 文献 2 3 指出， 粉煤灰的掺入降低 了外掺 Mg O混凝土自生体积变形； 文献 4 指出， 在 4 0养护 下， 掺粉煤灰的Mg O混凝土的自生体积膨胀变形随着粉煤灰掺 量的增加而减小， 但在 2 0养护下 ， 掺粉煤灰的Mg O混凝土 的自生体积变形随粉煤灰掺量的减少而减小。 然而， 压蒸情况下 混凝土的膨胀变形与在室温情况下混凝土自生体积变形 的发 展规律是不同的。 但现有的资料都仅反映了粉煤灰对混凝土 自 生体积变形影响的最终结果， 未涉及整个过程影响的研究。 而且 在Mg O掺量不同的情况下， 粉煤灰的掺入对混凝土自生体积变 形的影响资料极少。 本试验针对上述内容开展研究， 以进一步探索粉煤灰对外 掺 Mg O混凝土 自生体积变形的影响规律。 1试 验 1 1 试验原材料 ( 1 ) 水泥： 试验昕用水泥为P 04 2 5 级水泥， 密度为3 0 6 g c m ， 比表面积为 3 5 5 m2 k g ， 标准稠度用水量为 2 7 5 ， 安定性合格， 其主要化学成分见表 1 。 表 1 P 0 4 2 5级水泥的主要化学成分( 质量分数 ) Ca O S i O2 A1 2 O3 F e 2 03 M g O S O3 Na 2 0 K2 0 f - Ca O L os s 6 O 1 9 2 0 5 8 5 5 8 2 8 4 24 7 2 1 8 0 1 8 0 4 8 1 9 4 4 1 0 4 ( 2 ) 粉煤灰： 试验使用的粉煤灰取 白贵州安顺发电厂， 细度 ( 0 0 4 5 r n l Y l 筛的筛余) 为 1 5 6 0 ， 需水量比为 9 4 8 0 ， 烧失量 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 1 _ 2 O 基金项目：国家自 然科学基金( 5 0 9 6 9 0 0 2 ) ； 贵州省优秀科技教育人才省长专项资金( 黔省专合字 2 0 0 9 1 1 6 号) 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 为 4 7 3 ， 其品质达到G B J 1 4 6 - - - 9 0 ( ( 灰混凝土应用技术规范 规定的1 I 级灰标准。 粉煤灰的主要化学成分检测结果见表 2 。 表 2粉煤灰的主要化学成分检测结果( 质量分数 ) S i O2 A1 2 O3 Fe 2 O3 Ca O M g O S O3 Na Ks O Ti O2 P 2 05 M n O L o s s 4 34 4 2 2 4 7 1 5 2 3 40 9 1 0 4 1 4 5 1 7 9 2 6 8 28 8 0 2 4 00 5 4 1 2 ( 3 ) 骨料 ： 试验使用的骨料为来 自贵州某水电站工地的灰 岩人工砂和碎石。 人工砂的细度模数为2 4 3 ， 属中细砂， 颗粒级配属于第 区， 级配良好， 砂的视密度为 2 7 1 5 g c m ， 吸水率为 2 3 l 。 粗骨料由 工地加工成小石( 5 2 0 ml n ) 、 中石( 2 0 4 0 n l n 1 ) 、 大石( 4 0 8 0 n 3A n ) 三级 。 ( 4 ) 氧化镁 ： 试验所用的氧化镁为辽宁海城东方滑镁公司 生产的轻烧 Mg O， 密度为 3 3 9 4 g c m ， 细度( 0 0 4 5 rai n筛的筛 余) 为 2 6 8 ， 活性指数为 2 1 9 S ， 其主要化学成分见表 3 。 混凝土使用水泥 3 1 7 k g m3 , 水 1 7 4 5 k g m3 , 砂 8 7 3 5 k g m3 , 小石 1 1 1 3 k g m3 ； 二级配混凝土使用水泥 2 7 5 k g m3 、 水 1 5 1 3 k g m 3 、 砂8 5 0 k g m3 , 小石 5 1 0 k g m 、 中石 7 6 5 k g m ； 三级配混凝土使 用水泥 2 4 0 k g m 、 水 1 3 2 k g m 、 砂 7 5 0 k g m 、 小 石 4 0 5 k g m。 、 中石 5 4 0 k g m 3 、 大石 4 0 5 k g m3 o 不同水灰比( 或水胶比) 的混凝 土 ， 在相应基准混凝土配合比的基础上对砂率作适当调整 ， 并 通过调节外加剂的掺量，使混凝土的坍落度控制在 7 O 9 0 mn l 的范 围。 混凝土自生体积变形的试验方法和试验结果处理按 s L 3 5 2 2 o o 6 ( 水工混凝土试验规程 有关规定进行， 试件中埋入 DI 1 0 型应变计。 成型三级配混凝土的自生体积变形试件时， 筛除了拌 和好的三级配混凝土中的大于4 0 mm的粗骨料。 2 试验 结果及其分析 重 里 塑 圭 墨 兰 壁 坌! 垦 墨 坌 塑 2 1 试验结果 ( 5 ) 外加剂： 萘系高效减水剂， 其品质符合现行标准。 1 2试验 方 法 在实验室拌制外掺 Mg O的混凝土。 其中， Mg O的外掺量按 胶凝材料总质量的百分数计。 试验的基准混凝土配合比： 一级配 同时掺入 Mg O和粉煤灰的混凝土在典型龄期的白生体积 变形值列入表 4 ， 并将其绘制成图。 图 1 反映掺 5 Mg O对粉煤 灰掺量为 0 、 3 0 、 5 0 的一级配混凝土自生体积变形的影响； 图2反映不掺粉煤灰与掺 3 煤灰对掺Mg O为0 、 5 、 7 的二 级配混凝土自生体积变形的影响； 图 3 反映掺 3 0 粉煤灰与不掺 粉煤灰对掺5 、 7 Mg O的三级配混凝土自生体积变形的影响。 表 4 混凝土在典型龄期 的自生体积变形值 编号 材料种类 Mg 量 粉煤灰掺量 典型龄期的混凝土膨胀量 1 0 7 d 1 4 d 28 d 6 0d 9 0d 1 5 0 d 1 8 0 d 2 4 0 d 3 0 0 d 3 6 0 d 一 级配混凝土 二级配混凝土 三级配混凝土 2 2 结 果分析 首先， 从表 4和图 2看出， 不管是否掺用粉煤灰， 掺 Mg O 的混凝土在相同龄期的自生体积变形总是比不掺 Mg O的混凝 土高。 这再次说明， 在混凝土中外掺 Mg O， 可使混凝土产生延迟 微膨胀变形， 粉煤灰的掺入不会改变外掺Mg O混凝土的这一基 本特性 。 其次 ， 从表 4和图 1 3的试验结果可见， 不管是一级配混 凝土还是二 、 三级配的混凝土， 也不管是否掺用 Mg 0， 粉煤灰的 掺入使混凝土的早期自生体积变形高于未掺粉煤灰的混凝土， 但后期自生体积变形降低。 而且， 随着粉煤灰掺量的增大 ， 混凝 6 8 土的早期自生体积变形增大。 这是因为， 混凝土的白生体积变形 是水泥水化过程中Mg O水化产生的膨胀抵消水泥水化产生的 收缩后的综合结果。 一方面， 掺入的粉煤灰降低了水泥的水化收 缩量 ； 另一方面， 不同粉煤灰掺量的混凝土在相同龄期的强度 和弹性模量不同， 粉煤灰掺量大的混凝土的早期强度和弹性模 量小于粉煤灰掺量小的混凝土的强度和弹性模量( 见表 5 ) ， 因 此在相同的 Mg O水化产生的膨胀应力作用下， 弹性模量低者 变形量大 。 然而 ， 随着养护龄期的延长 ， 粉煤灰与水泥的水化产物 C a ( O H) ： 发生二次水化反应， 其水化产物使粉煤灰混凝土的强 l 一 ， 一 1 O ， 7 8 4 9 龃 枷埘 8 4 2 3 6 4 9 5 4 9 4 4 O 3 一 一 一 一 一 一 一 舶 一 那 =寻 州蚍如 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 _ 2 盯J J 5 圳 引 & H 枷 一 一 一 一 一 ：2 档 _ 2 3 J 2 圳 L m 哪 州 们 郇 枷踟 书 加 伽 弛 舢舢们。 ” 4 4 9 2 5 3 7 4 3 m 3 8 8 3 0 0 乱 m & 0 如 如 0 如 O 如 O O 如 O O 如 O 如 O 5 5 5 O 0 4 4 5 5 6 6 7 7 5 5 6 6 7 7 9 5 6 0 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 舵 舵 斛 M 斛 斛 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3O 2 O 1 O 0 一1 O 一20 -3 0 - 40 -50 0 5 0 1 O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 O 0 3 5 0 4 0 0 龄 期 ， d 图 1 粉煤灰的掺入对一级配 M9 0混凝土 自生体积变形影响的试验结果 注 ： A1 9 5 - 0 5 5 0 一 I ， 混凝 土编号 一 Mg O外掺量百分数 一 水灰 E E ( 或水 胶比) 一 粉煤灰掺量百分数一 混凝土级配。 其余类推。 以下各图相同。 20 0 q 一 2 0 一4O 一 60 8O 一 1 O 0 2O 0 一 2 0 制 一 4 0 J -6 0 8 0 一 l O 0 冬 制 0 5 0 1 O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 O 0 3 5 0 4 0 0 龄 期 ， d ( a ) 0 5 0 1 O 0 l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 ， d (b ) 0 5 0 】 U U l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 O 0 3 5 0 4 0 0 龄期 ， d ( c ) 图 2 粉煤灰掺量对二级配 Mg O混凝土 自生体积变形影响的试验结果 度和弹性模量逐渐提高， 并逐渐超过未掺粉煤灰的混凝土 ， 因 而对 Mg O水化产生的膨胀应力的约束作用增大 ， 使粉煤灰混 凝土的自生体积变形相应变小。 掺粉煤灰混凝土的白生体积变 形何时从高于转化为低于不掺粉煤灰混凝土的自生体积变形 ， 这与粉煤灰的掺量有关， 也与 Mg O的掺量有关。 综观图 1 3可 见， 粉煤灰掺量较小( 如 3 0 以下) 时， 这种转变较早 ， 相反则转 变较晚； Mg O掺量较小( 本试验为 5 以下) 时， 这种转变较早 ， 相反则转变较晚。 这可能是由于粉煤灰掺量的增大， 延缓了混 凝土强度和弹性模量的提高， 以及 Mg O掺量的增加， 增大了膨 胀抵抗力。 3结 论 ( 1 ) 粉煤灰的掺入不会改变外掺 Mg O混凝土的延迟微膨 2O 1 O 冬 。 一 1 0 一20 30 4O 0 5 0 1 O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 ， d ( a ) 0 5 0 1 O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 O 0 3 5 0 4 0 0 龄期 d ( b ) 图 3 粉煤灰掺量对三级配 Mg O混凝土自生体积变形影响的试验结果 表 5 粉煤灰的掺入对混凝土 2 8 d龄期的抗压强度和弹性模量的影响 水眦 粉 d 叫 量 胀特性， 它使早期 自生体积变形高于未掺粉煤灰的Mg O混凝 土， 后期 白生体积变形降低。 掺粉煤灰的 Mg O混凝土的自生体 积变形何时从高于转化为低于不掺粉煤灰的 Mg O混凝土的自 生体积变形， 与粉煤灰及Mg O的掺量有关。 粉煤灰掺量较小或 Mg O外掺量较小时， 这种转变较早； 反之， 转变较晚。 ( 2 ) 混凝土的白生体积变形是水泥水化过程中Mg O水化 产生的膨胀抵消水泥水化产生的收缩的综合结果。 掺粉煤灰的 Mg O 昆 凝土的早期 自生体积变形高 ， 是由于粉煤灰的掺入降低 了混凝土的收缩， 且早期粉煤灰混凝土的弹性模量低 ， 降低了 对 Mg O水化产生的膨胀变形的约束作用。 参考文献 ： 【 1 韦润锋， 邓敏， 莫立武 高温养护和粉煤灰掺量对外掺氧化镁混凝土 膨 胀和劈 裂抗拉 强度 的影响田 华 东理工大 学学报 ： 自然科 学版 ， 2 o l o ( 1 ) ： 8 3 8 7 【 2 李承木 高掺粉煤灰对氧化镁混凝土自生体积变形的影响 J 四川水 利水 电， 2 0 0 0 ( 8 ) ： 7 2 7 5 3 方坤河 过烧氧化镁的水化及其对混凝土自生体积变形的影D NJ 水 力发电学报， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 4 5 4 9 4 李承木， 李晓勇铜头水电站外掺 M g O混凝土的性能研究 J 1 _广东水 利水电， 2 0 0 3 ( 3 ) ： l - 3 作者简介 联系地址 联 系电话 陈昌 b 09 6 6 一 ) ， 男， 教授 ， 高级工程师， 国家注册监理工程 师， 硕士生导师， 主要从事混凝土材料的研究与应用。 贵阳市 白云区 白云北路 3 5号( 5 5 o o 5 9 ) l 3 9 8 5 5 9 68 7 9 69 - 0 0 0 O 0 O O 2 0 姜 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 2 2 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m