掺稻壳灰活性粉末混凝土配合比试验.pdf

第 3 2卷第 6期 2 O 1 5年 1 1月 建筑科 学与 J o u r n a 1 o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 3 2 NO 6 NO V 2 01 5 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 5 8 - 0 8 掺稻壳灰活性粉末混凝土配合比试验 朱 鹏 ， 李 宗阳， 屈 文俊 ， 毛文婷 ( 同济大学 土木 工程学 院， 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 ： 通过试验 研 究 了掺稻 壳灰 的活性粉 末 混凝土 R P C ) 的配合 比 ， 根据 最 大 密实度 理论 对掺 稻 壳 灰 的 R P C进行 了基本 配合 比设 计 ； 试验 比较 了石 英砂 和天 然砂 2种 细集料 对 R P C性 能 的影 响 ； 对 不同水胶 比的 R P C进行试验 ， 推荐 了适宜水胶比； 以稻 壳灰替代硅灰， 试验研究不同稻壳灰替代率 对 RP C的流动性、 强度及耐久性的影响。结果表 明： 采用天然砂替代石英砂作为细骨料对 R P C抗 折强度 、 抗压 强度及 流动 度影响 不 大 ； 掺 稻 壳灰 的 R P C的适 宜水胶 比为 0 2 0 0 2 2 ； 随着 稻 壳灰 替代硅灰掺量的增加 其收缩率降低且随龄期增长变化减缓 ， 同时其抗 氯离子渗透性能有所下降； 建议根据不 同使用性能要求选择稻壳灰部分或完全替代硅灰的 R P C 。 关键词 ： 稻 壳灰 ； 活性 粉 末混凝 土 ； 强度 ； 流动 性 ； 收 缩 ； 抗 氯 离子 渗透性 能 ； 水胶 比 中图分 类号 ： TU5 2 8 2 文献标 志码 ： A Ex p e r i m e nt o n M i x Pr o p o r t i o n o f Re a c t i v e Po wd e r Co n c r e t e wi t h Ri c e Hu s k As h Z HU P e n g，LI Z o n g y a n g，QU We n j u n ，MAO We n t i n g ( Co l l e g e o f C i v i l En g i n e e r i n g ，To n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e mi x p r o p o r t i o n o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ( RP C)wi t h r i c e h u s k a s h wa s i nv e s t i ga t e d t hr o ug h e x pe r i m e nt On t he b a s i s o f m a xi m u m de ns i t y t he or y， t he pr i ma r y mi x pr o po r t i on o f RPC wi t h r i c e hu s k a s h wa s de s i gne d I n f l u e n c e s o f t wo ki nd s o f f i ne a gg r e g a t e ， s u c h a s q u a r t z s a n d a n d n a t u r a l s a nd，o n t he p r op e r t y o f RPC we r e i n v e s t i g a t e dExp e r i me n t s on RPC wi t h d i f f e r e nt wa t e r b i nd e r r a t i o s we r e d o ne， a nd a r a ng e f o r wa t e r bi n d e r r a t i o wa s s u gg e s t e d The r i c e hus k a s h wa s u s e d t o r e pl a c e t he s i l i c a f ume i n RPC，a nd t he i n f l ue nc e s of t h e r e p l a c e me n t r a t i o o n f l o wa b i l i t y，s t r e n g t h a n d d u r a b i l i t y we r e i n v e s t i g a t e d Th e r e s u l t s s h o w t ha t t he r e i s l i t t l e i nf l u e n c e o n f l e xu r a l s t r e n gt h，c o mpr e s s i v e s t r e n gt h a n d f l u i d i t y by t a ki ng n a t u r a l s a n d a s f i ne a gg r e g a t e r e p l a c i n g q u a r t z s a nd Th e a p p r o p r i a t e wa t e r bi n d e r r a t i o of RPC wi t h r i c e hus k a s h i s 0 2 0 0 2 2 W i t h t he i n c r e a s i ng o f a m o u nt of r i c e hu s k a s h r e p l a c i ng s i l i c a f u me ，t h e s h r i n k a g e r a t e r e d u c e s a n d c h a n g e s l o wl y wi t h a g e s ， a n d t h e c h l o r i d e p e n e t r a t i o n r e s i s t a nc e r e du c e s I t i s s u gg e s t e d t h a t t he s i l i c a f u m e i n RPC c a n b e r e p l a c e d by r i c e hus k a s h p a r t i a l l y o r c o m p l e t e l y a c c or d i n g t o d i f f e r e nt a p pl i c a t i on r e qu i r e me n t s Ke y wo r ds ：r i c e hu s k a s h；r e a c t i v e p o wd e r c on c r e t e；s t r e n gt h；f l o wa b i l i t y；s hr i n ka g e；c hl o r i de p e n e t r a t i o n r e s i s t a nc e；wa t e r b i nd e r r a t i o 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 7 0 9 基金项 目： 国家 自然科学基金青年科学基金项 目( 5 1 2 0 8 3 7 3 ) ； 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项 目( 2 0 1 2 0 0 7 2 1 2 0 0 0 8 ) 作者简介 ： 朱鹏( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 河南新 乡人 ， 讲师 ， 工学博士 ， E - ma i l ： p z h u t o n g i i e d u c n。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 朱 鹏 ， 等： 掺稻壳灰活性粉末混凝土配合 比试验 5 9 0 引 言 活性 粉末 混凝 土 ( R P C ) 是通 过提 高材 料组 分 的 细度与活性 ， 减小材料内部 的缺陷 ( 孔隙与微裂缝) 来获得高强度、 高韧性 、 高耐久性的新型水泥基复合 材料口 。R P C原材料包 括活性组分 、 高效减 水剂 和 短细 钢纤 维等 ， 其 中活性 组 分通 常 由优质水 泥 、 硅 灰 、 细石 英 砂 ( 粒 径小 于 1 mm) 等构 成 j 。 RP C中水泥用量比较高( 6 0 0 9 0 0 k g r f l _ ” ) ， 造成了较大 的资源和能源消耗 。同时， R P C中硅灰 作为主要 的活性掺 和料 ， 掺量 ( 质 量分数 ) 为 2 O ( 水泥掺量) 以上， 且价格昂贵， 资源较 为匮乏 ， 石英 粉等细集料 的使用也增加了 RP C的成本， 都使其在 工程 中的推广应用受到限制_ 4 。另外 ， 较高的水泥 用量不仅增加 了生产水泥所需的资源和能源消耗 ， 还造 成 了不利 的环 境影 响 ， 如粉 尘和 烟尘 污染 、 温 室 效应等。因此， 为了降低 R P C的成本 ， 节约资源， 减 少能耗和保护环境， 发展有 良好经济环保性能的绿 色 活性粉 末 混凝 土具 有重 大意 义 。 遵 循绿 色 活 性 粉末 混 凝 土 的发 展 方 向 ， 在 常 规 的水 泥一 硅 灰二元 胶 凝体 系基 础上 ， 有 关 学 者合 理 利 用工业废渣 ， 在 R P C中复合掺入粉煤灰、 矿渣等活 性掺和料 ， 形成 了水 泥一 硅 灰一 矿渣 ( 粉煤灰) 三元或 水泥一 硅灰一 粉煤灰一 矿渣 四元胶凝材 料体 系， 在减少 硅灰或水泥用量 的同时， 进一步提 高 RP C的性 能 ( 如耐 久性 ) _ 6 j 。 RHA) 富含 9 0 以上 的无定 形 S i O ， 具 有 巨大 比表 面积 和高 火 山灰 活 性 9 ， 可 作 为 一 种 理 想 的 混 凝 土 活性矿 物掺 料 。各 国 已有 一些 学者 对稻 壳灰 混凝 土各 方 面 的性 能 进 行 了相 关 研 究 ， 包 括 工 作 性 能 I I - 1 2 、 孔 隙 特性 1 3 1 4 、 强 度 。 及耐 久 性 能 ， 稻壳灰不仅可以提高混凝土 的强度 ， 还可以改善混 凝土的耐久性。此外 ， 稻壳灰来源广泛， 对其进行合 理 利用 具 有 良好 的 经 济环 保 效 益 1 引。 因此 可 将 稻 壳灰作为一种绿色环保的新型活性掺料应用于混凝 土中。本文 的主要研究 内容是稻壳灰对 R P C的强 度 、 工 作性 能 以及耐 久性 能 的影 响 。 1 原 材 料 水泥采用 P O 4 2 5普通硅 酸盐水泥 ， 其 化学 成分见表 1 ， 物理性能见表 2 l_ 】 叼； 硅灰 由上海某公司 生产 ， 其 平 均 粒 径 为 0 2 6 m，比表 面 积 大 于 2 0 I n g ， 化学 成分 见 表 3 ； 石 英 砂 粒 径 为 2 0 0 6 5 0 m， 平均粒径为 2 8 0 m； 筛分后天然砂粒径为 1 5 0 8 0 0 0 z m， 平均粒径约为 3 0 0 m； 高效减水剂 为上海建筑科学研究院研制生产 的 TF 一 8 1 0 1 B聚羧 酸 高性 能 减 水 剂 ， 固 含 量 ( 质 量 分 数 ， 下 文 同 ) 为 4 I ， 减水率为 3 1 8 。 表 I P O 4 2 5普通硅酸盐水泥的化学成分 Tab 1 Che m i c a l Co mp o s i t i o n of P O 42 5 Co mmo n Po r t l an d Ce me nt 成分 S i 0 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 C a 0 Mg 0 N a z O K 2 o S O 3 含 量 2 3 2 5 0 7 7 9 0 2 4 1 0 4 6 7 8 0 0 4 5 9 l0 1 1 6 0 0 5 7 4 4 1 0 0 研 究 发 现 ， 优 质 的 稻 壳 灰 ( Ri c e Hu s k As h， 注 各化学成分含量为质量分数， 下文同。 表 2 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥的物理性能 Ta b 2 Ph y s i c a l Pe r f o r ma n c e o f PO 4 2 5 Co mmo n Po r t l an d Ce me nt 凝结时间 mi n 抗 折强度 MP a 抗压强度 MP a 性能参 数 细度 密度 ( g c m ) 体积安定性 初 凝 终 凝 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 试验 水泥 5 7 3 1 3 1 5 O 4 9 O 合格 5 5 7 6 2 4 6 4 4 3 标准值 1 O 4 5 6 0 0 合格 3 5 6 5 1 7 0 4 2 5 表 3硅 灰 的化 学 成 分 Ta b 3 Che mi c al Co mp o s i t i o n of S i l i c a Fume 成分 S i 02 A1 2 O 3 F e 2 O3 Mg O Ca O K s O Na 2 0 含量 9 4 5 1 0 0 8 7 0 0 1 0 0 1 5 6 O 0 4 3 0 0 3 3 0 0 0 8 2 2试件 制备和试 验方 法 2 1试 件 制备 本文试件 的制作养护方法参 照 水泥胶砂强度 检验方 法 ( GB T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 ) 2 。 。 ， 为控 制 流动 度 ， 设计如下搅拌制度 ： 将称量好的各种胶凝材料 干拌 i rai n ； 加 入 7 O 水和 7 O 的减水 剂 ， 搅拌 3 mi n ； 加 入砂 子 ， 搅 拌 1 mi n ； 加入 剩余 3 0 水 和 3 O 减水 剂 ， 搅拌 5 rai n 。搅 拌 完成 后 ， 将拌 和 物 浇 注于试 模 中 ， 在振 动 台 ( 频率 为 5 0 Hz ) 上振 动 3 4 mi n ， 振捣密实后成型。 采用标准养护方法 ： 试件成型后在标准养护箱 中养 护 2 4 h后拆 模 ， 然后 放置 于混凝 土 标 准养 护 室 中养护至试验龄期 ， 温度为( 2 0 士2 ) ， 湿度为 9 0 以上 。 2 2 试 验方 法 根据 水 泥 胶 砂 流 动 度 测 定 方 法 ( GB T 2 4 1 9 -2 0 0 5 ) 2 进行 流动度 试 验 ， 根据 水 泥胶 砂 强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 建 筑科 学与 工程 学报 2 0 1 5鱼 度 检验 方法 ) ( G B T 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 ) 进行 抗 压强 度 及 抗折强度试验。 3 稻 壳灰性能试验 稻壳 灰 尚处于试 验研究 阶段 ， 没有标 准化 生产 ， 不同地区和不同生产条件下的稻壳灰存在较大的差 异 ， 因此需要对试验采用的稻壳灰进行相关的物理 化学检测 。本文试验采用的稻壳灰为江西某厂 自主 生产的无碳稻壳灰 ， 并在试验前将本次使用 的稻壳 灰用球磨机进行 3 0 mi n的球磨处理 ， 以增加稻壳灰 的细度 。 3 1 化学成 分 与密度 采用 X射线荧光光谱仪测定 稻壳灰的化学 成 分 ， 结果 如表 4所示 。 表 4稻壳灰 的化学成分 Ta b 4 Ch e mi c a l Co mpo s i t i o n of Ri c e Hu s k As h 成 分 S i0 2 A t2 0 3 l C a O M g O I F e a O s I N a z O K 2 O 含 量 8 0 O 8 1 3 0 l 1 2 1 0 4 5 1 0 4 0 l 0 1 7 2 3 4 采用李氏瓶法测定稻壳灰的密度 ， 测定结果为 2 2 8 gc m 。 3 2粒径分布 采用激光粒度仪测定稻壳灰的粒径分布 ， 测定 结果如图 1 所示。稻壳灰的平均粒径为 3 7 4 m。 图 1稻 壳灰粒径分布 Fi g 1 Pa r t i c l e Si z e Di s t r i b ut i o n o f Ri c e Hu s k As h 3 3 需 水量 比 参照 高强高性能混凝土用矿物外加剂 ( GB T 1 8 7 3 6 -2 0 0 2 ) 。 设 计 基 准 组 配 合 比 和稻 壳 灰 组 配合 比， 由于稻 壳灰 与 粉煤 灰 的活性 以及 粒 径分 布 较为接近 ， 试验 中稻壳灰用量参照磨细粉煤灰 。 其 中标 准 砂 符 合 水 泥 胶 砂 强 度 检 验 方 法 ( G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ) c 要求 。基 准组 和稻壳灰组配合 比 如表 5所示 ， 其需水量 比( 质量 比) 分别 由 3个试件 结果取 平均 值获得 。 表 5 稻 壳灰 需水量 比试验结果 Ta b S Te s t Re s n l t s 0 f W a t e r De m a n d Ra t i o o f Ri c e Hu s k As h 各材料用量 g 稻壳灰替 需水 量 组别 水泥 稻壳灰 标准砂 水 代率 i：t 基 准 组 4 5 O O 1 3 5 O 2 2 5 0 0 1 O 0 稻壳灰组 3 1 5 l 3 5 1 3 5 0 2 4 0 8 3 O 1 0 7 由表 5可知 ， 稻壳灰的需水性比水泥大， 水泥基 材料中掺入稻壳灰可能会在一定程度上降低拌和物 的流动 性 。 3 4活性 指数 参照 高强高性能混凝土用矿 物外加剂 ( GB T 1 8 7 3 6 - 2 0 0 2 ) l_ 2 以及 水 泥 胶砂 强度 检 验 方 法 ( G B T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 ) E z o 测 试 稻 壳 灰 活 性 指 数 ， 其 中标准砂符合规范 2 要求。掺稻壳灰配合 比及 2 8 d抗压强度和抗折强度如表 6 所示 ， 强度结果均为 3 个试件测试结果的平均值。 由试验结果可知， 本文试验所采用的稻壳灰的 抗压 强度 比为 8 2 8 ， 大于 6 2 ， 说 明稻 壳 灰具 有 火 山灰活性 。表 7为稻壳 灰火 山灰 效应 分析 结果 。 根据抗 压 强度 比得到 的活性 指数 只能反 映掺 和 料是否有火 山灰活性 ， 而不能反映掺和料火山灰活 性的高低。蒲心诚 2 提出以“ 火山灰活性效应强度 贡献率” 来反映掺和料的火山灰活性高低， 计算得到 稻壳灰活性指数为 0 5 8 ， 反映了其火 山灰活性与水 泥火山灰活性 的 比值 ， 说 明基本达 到活性 掺和料 要 求 。 4配合 比设计 本文采用稻壳灰作为活性粉末混凝土中的掺和 料 ， 与硅 灰 、 水 泥一 起 形 成三 元 胶 凝 材料 混 合 体 系 。 根 据 基 于 D i n g e r F u n k方程 最 紧 密 堆 积 模 型 的 配合 比设计 方 法 ， 进行 活性 粉末 混 凝 土 的配合 比 表 6 稻 壳灰 活性指数试验结果 Tab 6 Te s t Re s u l t s o f Ac t i v i t y I n de x o f Ri c e Hu s k As h 各材料用量 g 稻壳灰替 2 8 d 抗压 2 8 d抗压 2 8 d抗折 2 8 d 抗折 组 别 水 泥 稻壳灰 标准砂 水 代率 强度 MP a 强度比 强度 MP a 强度 te L 基准组 4 5 O O 1 3 5 0 2 2 5 0 4 4 3 1 O 0 0 7 3 1 O 0 0 稻壳灰组 3 1 5 1 3 5 1 3 5 0 2 2 5 3 0 3 6 7 8 2 8 6 2 8 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 朱 鹏 等 ： 掺 稻 壳灰 活性粉 末 混凝 土配合 比试 验 6 1 表 7 稻 壳 灰 火 山灰 效 应 分 析 结 果 Ta b 7 Ana l y s i s Re s ul t s of Po z z ol a ni c Ef f e c t of Ri c e Hu s k As h 基准组比强度 MP a 0 4 4 3 含掺和料组比强度 MP a 0 5 2 4 火山灰效 应比强度 MP a 0 0 9 1 火 山灰效应强度贡献率 1 7 4 活性指数 0 5 8 设计 。 首先测得各 固体原材料的粒径分布 ， 如图 2所 示 。然后 确 定 目标 函 数 、 调 节 函数 以及 相 关 限 制 条 件 。按基 于 D i n g e r F u n k方程 的配合 比设 计 方 法求 解 ， 结果 见 图 2及 表 8 。 摹 槲 捌 鼎 嘴 图 2 R P C组分粒径分布 曲线 Fi g 2 Par t i c l e Si z e Di s t r i b u t i o n Cu r v e s o f RPC Com p o ne nt s 表 8 配合 比设计求解结果 Ta b 8 So l v i n g Re s ul t s of M i x Pr o po r t i o n De s i g n 原材料 水泥 硅灰 稻壳灰 石英砂 水 体积 ms 0 2 3 4 2 0 0 6 2 3 0 0 4 0 9 0 3 7 2 8 0 2 4 9 8 质量 k g 7 2 6 0 1 3 7 1 9 3 3 9 8 7 9 2 4 9 8 质量比 0 7 5 9 0 1 4 3 0 0 9 8 1 0 3 2 0 2 6 O 由图 2及表 8可 知 ， 对 于 掺有 稻 壳 灰 的活 性 粉 末混凝土， 当各固体原材料如水泥、 硅灰 、 稻壳灰、 石 英砂 的配合 比为 1： 0 1 8：0 1 3： 1 0 3时， 体 系可 接 近最 密实 堆积状 态 ， 由此 选 定最 佳 配 合 比 ， 如表 9 所示 。 表 9设计最佳配合 比 Ta b 9 De s i g n e d O p t i m al M i x Pr o po r t i o n 胶凝材料比例 组别 石英砂 水泥 硅灰 稻壳灰 基准组 1 0 2 5 0 0 1 0 稻壳灰组 1 0 1 5 0 1 1 0 5细集料对 比试 验 试验研 究石英砂 和天然砂 2种细集料对 RP C 性 能 的影 响 。进 行 流 动度 、 抗 压 强 度 及 抗 折 强 度试 验 ， 不 同 细集 料 试 验 配 合 比如 表 1 o N 示 ， 测 试 结 果 表 1 0 不同细集料的 R P C试 验配合比 Ta b 1 0 Te s t Mi x Pr o po r t i o n o f RPC wi t h Di f f e r e nt Ki n ds o f Fi n e Ag g r e g a t e 试件 水胶 比 胶凝材料比例 砂子 减水剂 编号 水泥 硅灰 稻壳 灰 种类 砂胶 比 质量分数 R Q 0 2 0 1 0 1 5 0 1 石英砂 1 0 0 0 2 5 R N 0 2 0 1 0 1 5 0 1 天然砂 1 0 0 0 2 5 见表 1 1 ， 其 中每个数据由 3个试件结果取平均值。 表 l 1 不同细集料的 R P C试验结果 Ta b 1 1 Te s t Re s u l t s o f RPC wi t h Di f f e r e n t Ki n ds o f Fi n e Ag g r e g a t e 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a 试件 编号 流 动度 mm 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d RQ 1 2 0 1 3 7 6 5 4 9 6 7 1 6 5 RN 1 3 6 1 4 3 5 9 6 9 O 4 1 7 0 由表 1 l 可知 ： 对于掺有稻壳灰的活性粉末混凝 土 ， 采用经过筛分的天然砂作为细骨料 ， 其流动度比 掺石英砂的 R P C略高 ； 其抗折 强度 与掺石英砂 的 R P C相近， 抗压强度略低于掺石英砂的 R P C。 天然砂的级配较石英砂更为连续 分布更均匀 ， 如图 3 所示 ， 能与其他固体原材料颗粒形成更为紧 密 的堆积 状态 。基 于 D i n g e r F u n k方 程 的配合 比设 计结果( 图 3 ) 也表明， 采用天然砂的 RP C配合 比计 算曲线与 目标 曲线拟合程度略优于石英砂 。由于石 英砂具有优 良的质地 ， 其 S i O。 含量高， 莫 氏硬度高， 且颗 粒 圆整光 洁 ， 杂 质 少 ， 而 天 然砂 成 分 复 杂 ， 杂 质 含量较多 ， 因此 ， 掺天然砂 的 R P C强度略低于掺石 英砂 的 R P C强 度 。 摹 瓣 捌 蚓 嘴 图 3 天然砂和 石英 砂的粒径 分布 及拟合曲线 Fi g 3 Par t i c l e Si z e Di s t r i b u t i on a nd Fi t t i ng Cu r v e s f o r Na t u r a l S a n d a n d Qu a r t z S a n d 采用天然砂替代石英砂作 为细骨料对 R P C强 度及 流动 度 的影 响不大 。以下试验 均 采用天 然砂 作 为 R P C的细骨料 。 6 水胶 比试验 在以上得出的设计最佳配合比基础上进行水胶 比试 验 ， 试 验所 用减 水剂 采用 其厂 家推 荐用量 ， 即胶 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 建筑科学与工程学报 2 0 1 5 年 凝材料质量 的 2 。表 1 2为稻壳灰活性粉末混凝 土水胶 比试验配合 比。根据相关文献 2 7 3 ， 2 8 ， 活 性粉末混凝 土水 胶 比范 围为 0 。 1 6 0 2 4 ， 试 验 以 0 0 2 为差值进行掺有稻壳灰活性粉末混凝土在不 同 水 胶 比下 的强 度及 流 动 度试 验 ， 每 种 配 合 比 的抗 压 强度、 抗折强度以及流动度分别 由 3个试件取平均 值获得 ， 试验结果如表 1 3所示。 表 1 2 稻壳灰活性粉末混凝土水胶 比试验 配合 比 Ta b 1 2 Te s t M i x Pr o po r t i o n o f RPC wi t h Ri c e Hus k As h Un de r Di f f e r e nt W a t e r Bi n de r Ra t i o s 胶凝材料 比例 减水剂 试件编号 水胶 比 砂胶 比 水泥 硅灰 稻壳灰 质量分数 W 1 0 1 6 1 0 1 5 0 1 1 0 0 O2 5 W B一 2 0 1 8 1 0 1 5 0 1 1 0 0 O2 5 W E 3 0 2 0 1 0 1 5 0 1 1 0 0 O2 5 W I 4 0 2 2 1 0 1 5 0 1 1 0 0 O2 5 W I 5 0 2 4 1 0 1 5 0 1 1 0 0 O2 5 表 l 3 不同水胶比的稻壳灰活 性粉 末混 凝土 强度及流动度 Ta b 1 3 St r e n g t h a n d Fl u i d i t y o f RPC wi t h Ri c e Hu s k As h Unde r Di f f e r e nt W a t e r Bi n de r Ra t i o s 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a 流动度 试件编号 水胶 比 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d W B- 1 0 1 6 1 3 4 1 5 7 6 6 9 1 0 5 7 l O 6 W B一 2 0 1 8 1 2 1 1 4 2 6 9 3 1 O 8 7 1 3 1 W B- 3 0 2 0 1 0 7 1 3 4 6 8 0 9 9 6 1 6 3 W B 一 4 0 2 2 7 8 9 7 5 9 0 9 3 5 1 8 6 W B r 5 0 2 4 7 1 8 6 3 9 5 8 O 8 1 9 7 由表 1 3可知 ： 对于 掺有稻 壳灰 的活性 粉末混 凝 土的流动性 ， 水胶 比影响较大 ， 随水胶 比的增大 ， 拌 和物的流动度增 大； 当水胶 比在 0 2 0 0 2 4之 间 时， 拌和物流动性很好， 很容易振捣成型； 当水胶 比 为 0 1 8时， 拌和物较粘稠 ， 但仍具有较好 的流动性 。 对 于掺 有稻 壳 灰 的活 性粉 末 混凝 土 ， 其 抗折 强 度及抗压强度随着水胶 比的增大总体呈逐渐减小的 趋势 ， 当水 胶 比从 0 2 2增 大到 0 2 4时 ， 抗压 强度有 明显下降。当水胶 比从 0 1 6增大到 0 1 8时， 抗压 强度 略有增 大 ， 这 可 能 是 由 于在 水胶 比为 0 1 6时 ， 混凝 土拌 和物 的流 动性 较 差 ， 在 成 型 过程 中不 易振 捣密实 ， 从而影响了其抗压强度。 综合考虑强度和流动性 ， 稻壳灰活性粉末混凝 土 的适 宜水胶 比为 0 2 O O 2 2 。 7 稻 壳灰替代硅灰试验 7 1 流 动度 、 抗压 强度及 抗折 强度 稻壳灰 以 0 ， 2 0 ， 4 0 ， 6 0 ， 8 0 ， 1 0 0 的 替代率替代 R P C中的硅灰 ， 配合比见表 1 4 ， 试验研 究不 同替换 率对 RP C性 能 ( 抗 压强 度 、 抗折 强 度 、 流 动度) 的影响。每种配合比的抗压强度 、 抗折强度及 流动度分别由 3个试件结果取平均值获得， 结果如 表 1 5所示 。 表 1 4 稻 壳 灰 替 代 硅 灰 试 验 配 合 比 Ta b 1 4 Te s t M i x Pr o p or t i on o f Ri c e Hu s k As h Re p l ac i n g Si l i c a Fu m e 胶凝材料 比倒 减水剂 试件 水胶 比 砂胶 比 编 号 水泥 硅灰 稻壳灰( 替代率 ) 质量分数 RS - 0 0 2 0 1 0 2 5 0 0 0 ( 0) 1 0 0 O 2 5 R 1 0 2 0 1 0 ，2 0 0 ， 0 5 ( 2 0) 1 ， 0 0 0 2 5 RS - 2 0 2 0 1 0 1 5 0 1 0( 4 0) 1 0 0 0 2 5 RS - 3 0 2 0 1 0 1 0 0 1 5 ( 6 0) I 0 0 0 2 5 RS - 4 0 2 0 1 0 0 5 0。 2 0( 8 0) 1 0 0 O 2 5 R 5 0 2 0 1 0 0 0 0 2 5 ( 1 O 0) 1 0 0 O 2 5 表 1 5 稻壳灰替代硅灰试验 结果 Ta b 1 5 Te s t Re s u l t s o f Ri c e Hu s k As k Re p l a c i n g Si l i c a Fu me 试件 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a 流动度 编号 3 d 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d RS - 0 1 0 9 1 2 8 1 5 2 4 5 3 7 3 0 1 0 7 2 1 7 3 Rs _ 1 1 0 3 1 1 4 1 3 4 4 6 3 7 1 2 1 01 8 1 6 9 RS - 2 9 3 1 1 8 1 3 7 3 9 7 65 4 9 6 7 1 6 5 R 3 8 4 9 6 1 2 6 3 4 5 5 8 8 8 5 5 1 6 0 R 4 7 7 1 0 2 1 1 8 3 1 9 5 6 0 8 3 8 1 4 9 Rs _ 5 6 5 8 5 1 0 4 2 5 6 49 1 7 8 2 l 2 8 由表 1 5可知， 稻壳灰替代硅灰时不同替代率对 R P C强 度及流 动性 能的影 响为 ： ( 1 ) 在水泥用量不变的情况下， 随着稻壳灰替代 硅灰掺量的增加， R P C的流动性逐渐下降。当稻壳 灰替代硅灰掺量超过 6 O 时， 拌和物流动性 明显变 差 ， 流 动度 为 1 6 0 mm。 稻 壳灰 比表 面积 很 大 ， 稻壳 灰 微观 粒 子 中存 在 大 量微米 尺度 的蜂 窝状稻 壳 纤维 网络孔 l 2 ， 这 些 孔 隙能够 吸附混 凝土 浆 体 中的水 分 ， 具 有 表 面 吸水 效 应 ， 尤其在低水胶 比下 ， 这种对水分的吸附作用 更为显著， 从而降低 了浆体 中的 自由水， 使拌和物流 动性下 降 。此外 ， 减 水剂 的减 水 机理 是 通 过 吸 附在 胶 凝材 料 的颗粒 表 面上 释 放 出颗 粒 表 面 的包 裹 水 ， 而稻壳灰粒子的表面积绝大部分为孑 L 隙内表面 ， 对 于内表面吸附的表面水 ， 减水剂无法使其释放出来 ， 在有稻壳灰的情况下 ， 减水剂的减水效果受 到较大 影 响。因此 当稻壳灰掺量增大时 ， 拌和物的流动性 逐 渐减 小 。 ( 2 ) 在水 泥用量 不变 的情 况下 ， 随着稻壳 灰替 代 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 朱鹏， 等 ： 掺稻 壳灰活性粉末混凝土配合比试验 6 3 硅灰 掺量 的增大 ， R P C的抗 折强 度 和 抗 压强 度 总 体 呈逐渐下 降 的趋 势。当稻壳灰 替代 率为 6 O 时 ， R P C的 7 d抗压强度为 5 8 8 MP a ， 2 8 d抗压强度为 85 5 M Pa。 稻壳灰 的化学成分 中 S i O 含量较高 ， 与硅灰相 差 不 大 ， 但 可 能 由于煅烧 温 度和 制度 的影 响 ， 其 晶体 S i O 的含 量偏 高 ， 影 响 了稻 壳 灰 的 活 性 发 挥 ， 因 此 稻壳灰的火山灰活性比硅灰低。随着稻壳灰替代硅 灰掺量的逐渐增 加 ， RP C的强度逐渐 降低 。其次 ， 从 矿 物掺 和 料 的物理 填 充 效 应 来 看 ， 随着 稻 壳 灰 和 硅灰掺入 比例的改变， 体系的密实度也产生 了相应 的变化。当硅灰的替代量过大时( 超过 6 0 ) ， 体系 的堆积密实度下降 ， 从而影响了最终 的强度。此 外 ， 随着稻壳灰掺量 的增 大， 拌 和物 的流动性下降。 当稻壳 灰完 全替 代硅 灰 时 ， 拌 和物 流动 性较 差 ， 试 件 在 成 型过程 中不 易 振 捣 密 实 ， 因此试 件 的 密实 度 有 所降低 ， 从而影响了其强度发展。 值得注意的是 ， 根据最大密实度理论 ， 硅灰与稻 壳灰存在一个最佳 比例掺量 ， 使体系的堆积密实度 最大 ， 此时获得 的强度应该较 高， 但试 验结果却显 示 ， 随着稻壳灰替代硅灰掺量 的增加 ， RP C的强度 呈逐渐下降的趋势 。这说 明 R P C的最终强度同时 受掺和料的物理填充效应和火 山灰活性的影 响， 且 火 山灰活性对 RP C强度 的影响更为显著。 ( 3 ) 根据 流动 度 、 抗 折 强度 和抗 压强度 试 验结果 可知 ： 稻壳 灰 部分 或完 全替 代硅 灰 时 ， 其 流动 度可 以 接受 ， 抗折强度和抗压强度较高 ； 稻壳灰完全替代硅 灰时 ， 其流动度为 1 6 0 mm， 2 8 d抗折强度 为 1 0 4 MP a ， 2 8 d抗压 强 度为 7 8 2 MP a 。 7 2 收 缩性 能 选取稻 壳 灰 替代 硅 灰 的替 代 率 分 别 为 0 ， 4 O ， i 0 0 的配合 比( 试件 R S - 0 ， R S - 2 ， R S - 5 ) 进行 收缩性试验 ， 配合 比见表 1 4 。参 照