粉煤灰的力学性能

关键词： 铝硅 粉煤灰 聚合度 排放量

粉煤灰的力学性能（精选十篇）

粉煤灰的力学性能 篇1

1 材料与实验方法

1.1 实验仪器

NJ-160A型水泥净浆搅拌机,TD31001天平, HY-84水泥快速养护箱,WE液晶显示万能试验机。

1.2 实验原材料

粉煤灰,化学成分如表1所示。

水泥选用42.5普通硅酸盐水泥。化学成分见表2所示。

其它材料:氢氧化钠为纯度为96%的片状氢氧化钠;水玻璃璃模数为1.2;石灰中氧化钙含量为85%;水为普通自来水。

1.3 实验方案设计及实验

1.3.1 实验方案设计

因为粉煤灰的氧化钙含量比较低,本试验加入氧化钙来补充体系的钙。通过试验选取一个合适的氧化钙掺量(本文选择10%),选取合适的水灰比。然后以粉煤灰-氧化钙为体系进行粉煤灰活性激发试验。碱掺量及碱种类的选择如表3所示。

根据以上的设计,选择不同的碱的种类及掺量,不同的水灰比,做好的试样标准氧化1天脱模然后在养护温度为80 ℃的蒸汽氧化箱中进行蒸汽氧化,养护时间12 h,分析在热养护条件下影响粉煤灰活性的各因素。

1.3.2 粉煤灰的碱性激发实验

将粉煤灰和一定量的石灰(粉煤灰质量的10%)混合在一起,分别以水玻璃和氢氧化钠作为碱激发剂,首先根据水灰比对粉煤灰强度的影响规律选择一定的水灰比,然后选择不同的碱、不同的掺量、对粉煤灰进行活性激发,测定不同参数下碱激发粉煤灰的强度。

1.4 分析方法

测定不同参数下碱激发粉煤灰的强度,分析不同参数对碱激发粉煤灰强度影响规律,得出碱激发粉煤灰较优的参数。

2 结果与讨论

2.1 水灰比的影响

选用比表面积413 m2/kg的普通粉煤灰,石灰掺量为15%(内掺),氢氧化钠掺量为10%,制备试件脱膜后80 ℃蒸气养护12 h,然后在标准养护的条件下,测定水灰比对其激发效果的影响,其强度如表4所示。

由表4可以看出,水灰比对碱激发胶凝材料的强度发挥有很大的作用,尤其是早期强度,当水灰比由0.40降到0.32时,3 d强度提高将近50%,7 d强度提高将近40%,28 d提高25%以上,这种影响主要是试件内水量的减少,使得其内部孔隙减少而造成的。从成型过程来看,碱激发粉煤灰胶凝材料体系与水泥成型过程有很大差异,碱激发粉煤灰胶凝材料的浆料较粘稠,通常成型时水灰比要求较高,当达到成型要求时其适宜的水灰比一般是0.36～0.40,在以后的试验中选取水灰比为0.38。

2.2 碱激发剂种类的影响

单选用氢氧化钠、水玻璃、水泥作为碱激发剂,掺量各为10%,复掺水玻璃+水泥(其中水玻璃和水泥掺量各为10%)、氢氧化钠+水泥(其中氢氧化钠和水泥掺量各为10%),水玻璃的模数为1.2,在80 ℃的温度下养护12 h再标准养护,测定其硬化浆体抗压强度如表5所示。

比较FJ-1、FJ-4和FJ-2、FJ-5,从表5可以看出,复掺比单掺的效果好,因为水泥是一种胶凝材料,直接水化生成C-S-H凝胶,提高了早期强度,水泥水化生成的碱也参与碱激发反应,而外掺的碱不仅激发粉煤灰的强度,对硅酸盐水泥也有一定的激发作用,所以复掺比单掺效果好。比较FJ-4、FJ-5两种复掺的效果,因为氢氧化钠的激发效果好于水玻璃的激发效果,同时各再增加10%水泥,叠加效果也是FJ-5好于FJ-4,从表中也可以看出,复掺的效果要优于两种碱单掺的效果之和,并且这种超叠加作用也产生了很高的强度。

2.3 碱掺量的影响

2.3.1 氢氧化钠为激发剂时碱掺量的影响

比表面积413 m2/kg的普通粉煤灰,在内掺10%石灰的条件下,水灰比为0.38,选用NaOH作为碱性激发剂,改变NaOH的掺量,在80 ℃的温度下蒸汽养护12 h然后再标准养护,测定其硬化浆体抗压强度,氢氧化钠掺量对硬化浆体抗压强度的影响规律如表6所示。

从表6中可以看出,随着碱掺量的增加,试件强度不断增加,当NaOH掺量达到10%时,出现强度最大值,之后随着NaOH掺量的增加,强度开始下降。这是因为当氢氧化钠含量较低时,随着碱含量的增加,增加了胶凝材料浆体的碱度,促进了粉煤灰迅速的解体,并且与溶解的钙离子生成C-S-H凝胶,从而提高了胶凝材料的强度,但当氢氧化钠的碱度达到一定值时,继续增加氢氧化钠的掺量,碱激发胶凝材料体系中过量的OH-会溶蚀粉煤灰,对粉煤灰的强度起破坏作用,从而导致胶凝材料机械强度的下降。

2.3.2 水玻璃为激发剂时碱掺量的影响

比表面积413 m2/kg的普通粉煤灰,在内掺10%石灰的条件下,水灰比0.38,选用水玻璃作为碱性激发剂,水玻璃模数为1.2,改变水玻璃的掺量,在80 ℃蒸汽养护12 h再标准养护,测定其硬化浆体抗压强度,水玻璃的掺量对硬化浆体抗压强度的影响如表7所示。

从表7中可以看出,随着水玻璃掺量的增加碱激发粉煤灰胶凝材料的强度先增加后降低。当水玻璃掺量达到10%时,出现强度最大值,之后随着水玻璃掺量的增加,强度开始下降。这是因为碱激发胶凝材料体系中过量的OH-会导致胶凝材料机械强度的下降。

3 结 论

(1)水灰比对碱激发胶凝材料的强度发挥有很大的作用,当达到成型要求时其适宜的水灰比一般是0.36～0.40,在以后的试验中选取水灰比为0.38。

(2)复掺比单掺的效果好,其中氢氧化钠和水泥的复掺效果优于水玻璃和水泥的复掺效果。

(3)水玻璃和氢氧化钠作为激发剂激发粉煤灰时的最佳掺加量为10%。

摘要：以氢氧化钠、水玻璃及水泥对粉煤灰(掺入一定量氧化钙)进行活性激发,采用蒸汽养护制度在80℃的条件下对粉煤灰试样进行蒸汽养护,研究水灰比、碱激发剂的种类、碱的掺量等因素对碱激发粉煤灰的强度发展规律。研究结果表明:水灰比对碱激发粉煤灰的强度发挥有很大的作用,当达到成型要求时其适宜的水灰比一般为0.38;复掺比单掺的效果好,其中氢氧化钠和水泥的复掺效果优于水玻璃和水泥的复掺效果;水玻璃和氢氧化钠作为激发剂激发粉煤灰时的最佳掺加量为10%。

关键词：碱激发,蒸汽养护,力学性能

参考文献

[1]Tanaka H,SakaiY,Hino R.Formation of NaA and NaX zeo-litesfrom waste solutions in conversion of coal fly ash to zeo-lites[J].Ma-terials Research Bulletin,2002,37:1873.

[2]孙俊民,韩德馨.粉煤灰的形成和特性及其应用前景[J].粉煤灰转化,1992,22(1):10-11.

[3]张华.粉煤灰中[SiO4]4-聚合度分布与水硬活性关系[D].南京:南京化工大学,2008.

[4]焦宝祥,钟白茜.激发剂对粉煤灰-Ca(OH)2系统性能的影响.粉煤灰综合利用,2004(1):7-10.

[5]李国栋.粉煤灰的结构、形态与活性特征[M].粉煤灰综合利用.1998(3):35-38.

粉煤灰的力学性能 篇2

摘 要：混凝土的性能受多种因素的影响，掺入粉煤灰和硅灰，混凝土的性能会有明显的改善。对单掺粉煤灰、硅灰和复掺粉煤灰、硅灰对混凝土力学性能影响的研究，并展望了复掺粉煤灰和硅灰对混凝土性能的研究前景。

关键词：混凝土；粉煤灰；硅灰；力学性能

混凝土是当前用途最广、用量最大的人造土木工程材料，也是单位质量产品能耗最低的材料之一，并主要用于工程结构。众多研究表明，在混凝土中掺入矿物掺合料既能减少水泥用量也能改善混凝土的力学性能，在实际生产中应用越来越广泛。在混凝土中掺入优质的矿物掺合料，不但能取代水泥、节约能源以及减少环境污染，也被誉为混凝土的“第六组分”。例如粉煤灰是一种具有火山灰活性的矿物掺合料，在混凝土中掺入粉煤灰，将有利于其后期强度的发展。但单一的矿物掺合料对混凝土性能会产生一些不利影响，例如新拌混凝土的泌水量会变大、和易性变差、早期强度降低等，使它在工程应用中受到一些限制。如果将两种甚至多种矿物掺合料复合使用，可能会产生复合交互效应，不失为改善混凝土综合性能的有效途径。已有研究表明同时在混凝土中掺粉煤灰和矿粉，比单掺粉煤灰或矿粉具有更好的效果。

在我国，硅灰通常是作为掺合料用于混凝土产业中，不仅可节约水泥熟料，降低成本，还能减少环境污染，保护环境，此外硅灰具有很好的活性，能够很好的改善混凝土的性能。

由此，本文对不同龄期，不同水胶比，单掺和复掺粉煤灰、硅灰混凝土的抗压和抗拉强度进行了实验研究。

1 试验原材料与方案

1.1 试验原材料

1.1.1 胶凝材料

水泥：试验采用杭州海狮水泥有限公司产的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，其化学成分及物理力学性能如表1所示。

1.1.2 其它材料

试验所用的砂为天然河砂，属于Ⅱ级中砂，孔隙率40.2%，细度模数2.6，堆积密度1630kg/m3，表观密度2.56g/cm3；石子为5mm-25mm的碎石，堆积密度为1465kg/m3；减水剂为萘系高效减水剂，减水效率20%；水为自来水。

1.2 试验方案

①在水胶比为0.5的情况下，取砂率为34%。用粉煤灰替代0%、15%、30%以及45%的水泥，对不同粉煤灰掺量的混凝土抗拉、抗压强度进行试验研究，分析粉煤灰掺量对混凝土抗拉、压强度的影响；

②在试验①的基础上，掺入硅灰，分析复掺粉煤灰和硅灰对混凝土抗压、抗拉强度的影响；

③在试验①、②的基础上，分别取水胶比0.4和0.6，对混凝土抗拉、抗压强度进行研究，分析水胶比对复掺粉煤灰和硅灰的混凝土抗拉、抗压强度的影响；

为了所拌制的混凝土能满足施工泵送要求，调配外加剂的掺量，使混凝土的坍落度处于160mm-180mm内。混凝土的具体配合比如表4所示。

混凝土抗压、抗拉强度的试件尺寸为150mm×150mm× 150mm，并按规范要求制作、养护，当养护龄期达到3d、7d、28d时分别测试不同配合比的混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度。

2 试验结果和分析

2.1 粉煤灰掺量对混凝土强度的影响

从图1、图2可知，混凝土的强度随着粉煤灰掺量的变化而变化，掺入粉煤灰使混凝土的前期抗压强度均有所下降，其中FA30（0.5）和FA45（0.5）这两组降幅较明显。此外，7d龄期前掺粉煤灰的混凝土的抗压强度发展比未掺粉煤灰的慢，且掺量越大，强度增长越缓慢。但在后期，粉煤灰混凝土的抗压强度增长较快。在28d龄期时，FA15（0.5）的抗压强度甚至要大于FA0（0.5），而FA30（0.5）和FA45（0.5）的抗压强度虽增长较快，但仍旧比FA0（0.5）的低。

在劈裂抗拉强度方面，早期掺粉煤灰混凝土的抗拉强度较低，FA45（0.5）的尤其明显。后期掺粉煤灰混凝土的抗拉强度有所提高，但仍然比FA0（0.5）的要低。由此可见，劈裂抗拉强度可能是限制掺粉煤灰混凝土综合性能的一个指标。根据本次实验的结果，分析混凝土抗压、抗拉强度之间的关系（如图3），得式2-1：

由此可知，本次试验所拟合的公式和现有已知公式虽大致相同，但还存在差异，考虑试验组数有限，系统误差得不到完全检定和校正。

2.2 单掺硅灰及复掺粉煤灰和硅灰对混凝土强度的影响

根据以上分析结果，认为粉煤灰掺量的相对最佳值约为30%，因此以下试验均以粉煤灰掺量30%为试验参数。从图4，图5可知，在3d龄期，FA0S（0.5）的抗压强度要比FA0（0.5）的低，且FA30S（0.5）的抗压强度比FA30（0.5）的要低。但到了7d龄期，FA0S（0.5）的抗压强度有明显的增长且比FA0（0.5）的要高。到28d龄期时，FA0S（0.5）的抗压强度虽然比FA0（0.5）的要高，但是相差不大。FA30S（0.5）的抗压强度在3d，7d龄期时虽然都比FA30（0.5）的要低，但是增长速度比FA30（0.5）的要快，到了28d龄期时，FA30S（0.5）的抗压强度就比FA30（0.5）的要高。可见硅灰是可以提高混凝土早期强度的。

在劈裂抗拉强度方面，早期FA0S（0.5）的抗拉强度比FA0（0.5）的要低，FA30S（0.5）的抗拉强度也要低于FA30（0.5）的抗拉强度。在7d龄期和28d龄期时，FA0S（0.5）的抗拉强度比FA0（0.5）和FA30（0.5）的抗拉强度均有较大的提升，而FA30S（0.5）的抗拉强度比FA30（0.5）的抗拉强度要低。

综上所述，单掺硅灰可以提高混凝土早期的抗压和抗拉强度。在此次试验中硅灰对强度的提高不能弥补粉煤灰对强度的.减少，可能它们之间存在一个最优配比，既能提高混凝土的强度也能弥补单掺粉煤灰混凝土在前期抗拉强度的不足。

2.3 水胶比对复掺粉煤灰和硅灰混凝土强度的影响

从图6，图7分析可知，在混凝土其它配比不变，养护条件相同的情况下，FA30S（0.4）的抗压强度在3d龄期虽然是最小，但增幅最大。到28d龄期时，FA30S（0.4）抗压强度最大，FA30S（0.6）的抗压强度最小，FA30S（0.5）则居中。

在抗拉强度方面，3d龄期时，三者的抗拉强度相差不大，到了28d龄期，FA30S（0.4）抗拉强度最大，FA30S（0.6）的抗拉强度最小，FA30S（0.5）居中。

可见，复掺粉煤灰和硅灰的混凝土抗压，抗拉强度与普通混凝土一样，在一定范围内随着水胶比的增大而减小。

3 结语

混凝土在掺入粉煤灰后，若量较少则对混凝土前期的强度影响不大，掺量过大则强度会有明显的降低。在中后期掺粉煤灰的混凝土的强度增长较快。当掺量在15%和30%之间时，28d龄期的抗压强度会比未掺粉煤灰的混凝土高。但粉煤灰对混凝土的抗拉强度增幅较小。

单掺硅灰会提高早期混凝土的抗压，抗拉强度。复掺粉煤灰和硅灰时，它们之间应该存在一个最优配比，既能提高混凝土的强度也能弥补单掺粉煤灰混凝土在早期抗拉强度的不足。

在混凝土其它配比不变，养护条件相同的情况下。混凝土同龄期的抗压强度会随着水胶比的减小而逐渐提高。可见，水胶比是影响混凝土强度的不能忽视的重要因素。

混凝土的强度会随着龄期的延长而增大。

在进行公路，桥梁，机场等道面混凝土施工时，不妨在混凝土中复掺粉煤灰和硅灰，并用高效减水剂控制好坍落度，这样不仅混凝土早期强度得到提高，而且后期强度的增长也有了保证，混凝土的性能和结构得以改善。

4 展望

本研究中硅灰掺量只有5%一种，且只与30%掺量的粉煤灰复掺。复掺其它量的硅灰和粉煤灰对于混凝土力学性能的影响还有待研究。

本研究中混凝土的力学性能试验龄期为3d，7d，28d，对于后期粉煤灰和硅灰对混凝土的力学性能的影响无法准确得知，还有待于延长龄期进行观察试验。

本研究中，混凝土试块是在20℃恒温养护条件下测试混凝土的力学性能，而实际应用中环境温度变化会可能会导致其性能变化，因此不同温度养护条件下混凝土的性能有待研究。

本研究只研究了粉煤灰和硅灰对混凝土力学性能的影响，而实际应用中还可能要考虑到混凝土的抗冻性，抗渗性，耐久性等性能。所以粉煤灰和硅灰对混凝土其它性能的影响还有待研究。

确定一个改进混凝土综合性能的最优粉煤灰、硅灰替代比并将其应用于实际生产中。既能减少水泥用量，改善混凝土性能，又科学环保符合可持续发展的主题。随着我国的建筑不断向高层化、大型化、现代化发展，高性能混凝土必将越来越受到人们的重视。

参考文献

[1] JOAO A.Rossignolo，Marcos V.C.Agnesini.Mechanical properties of polymer-modified lightweight aggregate concrete[J].Cement and ConcreteResearch，，32：329-334.

[2] WU Z.Green high performance concrete-The development trend of concrete[J].Concr.Cem.Prod，（1）：3-5.

[3] 杨华全，董维佳，王仲华.掺矿渣微粉和粉煤灰的混凝土性能试验研究[J]，人民长江，（11）：30-32.

[4] Mohammad I K，Rafats.Utilization ofsilica fume in concrete：Review of durability properties[J].Resources，Conservation and Recycling，，57： 30-35.

[5] 张亚梅，孙道胜，秦鸿根.土木工程材料[M].南京：东南大学出版社，.

浅谈粉煤灰路用性能 篇3

【关键词】 粉煤灰;性能;综述

Shallow talk powder ash from stove road to use function

Zhang Song-kai

(Zhejiang lianghe transportation construction limited company Ningbo Zhejiang 315000)

【Abstract】The physics, chemistry function of powder ash from stove are subjected to the variety of power station production factor influence, dissimilarity of the thermal power plant eject of function and quality of powder ash from stove also existence bigger difference, but they again all have many common of characteristic.This text is main the physics of the powder ash from stove, chemistry function and their road carried on discuss with the function.

【Key words】Powder ash from stove;Function;Overview

1. 概述

随着公路事业的飞速发展,对工程建筑材料的需求量的日趋加大,作为良好路基填料和无机结合料的粉煤灰,在近十年内得到了很好的开发和利用,广泛应用于各种等级公路的路基、路面中,基本解决了火力发电厂粉煤灰排放难,费用逐年增加的问题。

粉煤灰是燃媒发电厂在媒燃烧后,用机械或静电回收装置回收后的一种工业废渣。虽然用粉煤灰作为主、辅材料形成的产品,具有强度高,板体性好,水稳性和冻稳性优良等特点,但由于粉煤灰的化学和物理性能受媒种、媒粉吸毒、锅炉装置、负荷及人少条件、收尘输送及储存方法等多种因素的影响。所以,不同厂家,在不同条件下产生的粉煤灰的物理、化学性能也都各异,各项参数指标均有较大幅度的波动和变化,极大地影响了粉煤灰地路用性能。

2. 粉煤灰的化学性质

2.1 主要成分。

粉煤灰主要由SiO2, AL2O3, Fe2O3 ,CaO, MgO等矿物成分组成,各组分的含量随粉煤灰的来源不同而存在不同的差异。表1列出的是几种典型粉煤灰的化学组分。

2.2 化学分类及其特性。

从化学成分含量和性能上分,粉煤灰一般分为两大类。一类是含有大量的硅(SiO2)和铝(AL2O3),较少量的铁(Fe2O3),以及少量石灰(CaO)和硫(SiO3),称为硅铝型粉煤灰。其CaO和MgO含量低,自身不具有胶凝性,属于低钙灰范畴。但当其粒度较细并在有水条件时可与碱金属或碱土金属反应生成胶凝性产物;另一类粉煤灰硅铝含量少,石灰和硫的含量较高,属高钙灰范畴,称作硫钙型粉煤灰。具有自硬性。对工程有影响的主要成分是游离的石灰和未燃尽的碳,游离的石灰可影响粉煤灰的火山灰反应,未燃尽的碳则影响其压实性能。

2.3 路用要求。

按照《公路沥青路面设计规范》的要求,公路工程对粉煤灰在化学成分上的路用要求是:

(1)SiO2, AL2O3和 Fe2O3的总含量应大于70%。

(2)烧失量不(3)大于20%。

3. 粉煤灰的物理性能

3.1 物理成分。

粉煤灰外观光滑而松软,呈粒状,粒径较小,部分颗粒尺寸小于10μm,具有较大的比表面积。粉煤灰是由少部分结晶物质,一部分非结晶行物质和石英成分组成,完全的粉煤灰不含粘土矿物,因而不具备塑性。对粉煤灰的X光衍射分析得出:粉煤灰中主要为玻璃质,其次为莫来石、石英,还有少量的方解石、水云母、高岭石、绿泥石等。粉煤灰是由各种形状的颗粒组成的混合物,其中实心和空心圆形小球占很大比例;颗粒以非晶质的玻璃质体为主,是一种粒状球形玻璃质组成。

3.2 路用特性。

(1)粉煤灰通常是一种均匀级配材料,其粒径处于粉质砂土和粉质粘土范围内,粒径介于0.005mm~0.10mm之间。粉煤灰的粒度成分与它的路用性能应用协调一致。粉煤灰用作路基填筑材料时,影响其压实性能的主要方面是粉煤灰的粒径组成,粗颗粒含量较多的粉煤灰,内摩阻角会增大,表现出一定的有利作用。在作为路面基层无机结合料时,粉煤灰的比表面积应满足2500cm²/g的规定标准,以利于早期强度的发展和火山灰反应。

(2)粉煤灰的击实特性

有資料显示,在室内对粉煤灰和细粒土进行击实试验得出的结果非常相似,二者的击实曲线的在形状总体上类似。均符合随着击实功能的增大,含水量逐渐下降,最大干密度逐渐增大,以及在一定压实功能下,存在一个可达到的干密度的最佳含水量的一般规律。因此粉煤灰的最佳含水量是路基施工时,应该着重掌握和控制的指标。同时,粉煤灰的最佳含水量与最大干密度,又是影响其他物理力学性质的重要因素。

4. 粉煤灰的渗透性和毛细水上升高度

4.1 渗透性。

粉煤灰的渗透性取决于它的粒度成分、压实度和火山灰反应程度。粉煤灰的渗透性与其压实度有直接关系,压实度越大,其渗透系数越小。与粉性土相比,在同时达到90%的压实度的情况下,粉煤灰的渗透系数为1.9~7.5×10-5cm/s,而亚粘土的透系数约为1.49×10-7cm/s,可见粉煤灰的渗透性比土优越得多。

4.2 毛细水上升高度。

粉煤灰的毛细水上升高度与粉煤灰的原始含水量、密实程度等因素有关。密实度越小,毛细水上升高度越大,反之也然。

5. 粉煤灰的力学特点

5.1 粘聚力C。

粉煤灰是球形粉粒状材料,内聚力由自凝强度和灰内毛细水表面张力的作用构成。自凝强度来自粉煤灰的火山反应,与其含游离石灰量的多少有关,CaO、MgO含量高,则对自凝强度形成有利。试验表明,粉煤灰的自凝强度仅与密实度有关,密实度越大则其无侧限抗压强度也高;密实度小,则显示不出增长趋势。这是由于越密实,灰颗粒越靠近,火山灰质作用就易得到发挥的缘故。粉煤灰由毛细水张力所形成的粘聚力是一种“表观内聚力”。

5.2 内摩阻角Φ。

由于粉煤灰不具有塑性,属于无粘性材料,故其抗剪强度由三部分组成,即剪切时土粒接触面上的滑动摩擦力、体积膨胀产生的阻力以及颗粒重新排列所受到的阻力。三部分总的效应是随密实度的增大而提高。多项试验资料显示,不同密实度的Φ值相差不大,这说明粉煤灰由于体积膨胀与颗粒重新排列受到的阻力较小,其摩阻强度主要由颗粒接触面上的摩阻力构成。粉煤灰和沙土一样存在剪胀和剪缩性。随着密实度的增加,剪胀所占的比例越大,它对抗剪强度的影响就越明显,达到一定密实度后便会出现只有剪胀的现象。但比起砂来,粉煤灰的剪胀性小得多。

5.3 饱水后C、Φ值的变化。

饱水后粉煤灰的C、Φ值均有所降低,据快剪试验结果,其一般变化规律是C值较饱水前下降70~90%,C值下降10~30%。粉煤灰C值比亚粘土C值在饱水前后均小50%左右,而Φ值在饱水前粉煤灰比亚粘土大30%左右,饱水后两者接近。由于粉煤灰的内聚力C值主要由毛细水张力构成且饱和后急骤下降,内摩阻角也相应有所降低,故在路堤设计中用粉煤灰饱和状态下的C、Φ值为宜。

5.4 CBR值。

粉煤灰和土一样,CBR值都随压实度的增加而提高。由表2可以看出,粉煤灰的强度高于亚粘土强度1~2倍;按轻型击实标准压实度95%时,粉煤灰CBR为9.2,重型击实标准压实度95%时,CBR值为20.2,均达到水泥或石灰稳定土的CBR值,说明粉煤灰的强度已达到中等强度的水平。

5.5 回弹模量E0。

粉煤灰的回弹模量E0值是路基强度的常用指标,是一个重要的设计参数,它表征材料抵抗垂直变形的能力。从表3试验资料知,E0值是随压实度的增加而提高。饱水状态下的E0小于不饱水的E0值且强度约降低一半。与粘性土相比,粉煤灰的回弹模量值高于粘性土回弹模量值20~30%,说明粉煤灰具有较高的强度和均匀性。

粉煤灰的力学性能 篇4

废混凝土和废烧结砖是建筑垃圾的主要组分, 通过回收加工成为再生原料 (废混凝土再生原料和废烧结砖再生原料) , 可用于制备低强度等级的混凝土及制品。采用普通颚破工艺加工的再生原料, 其颗粒棱角多、表面粗糙, 导致再生混凝土混合料级配不佳、孔隙率大, 影响再生混凝土的浆体性能、物理力学性能和耐久性。同时, 因建筑垃圾来源和组成复杂, 再生原料质量波动大、均匀性差, 造成再生混凝土质量极不稳定。研究表明, 采用选择性拆除、建筑垃圾分类回收技术、再生原料预处理技术、配合比优化设计和添加活性混合材, 可有效控制再生混凝土及制品质量稳定性[1];利用粉煤灰取代再生原料或骨料, 可显著改善再生混凝土的物理力学性能和表观质量[2]。本文主要研究自然养护条件下粉煤灰再生混凝土的物理力学性能, 探讨粉煤灰对再生混凝土的增强效果。

1 试验

1.1 原材料

(1) 水泥:

北京琉璃河水泥厂生产的P·O 42.5 R水泥。

(2) 再生原料:

用颚式破碎机将回收的废混凝土和废烧结砖破碎成最大粒径<8 mm的再生原料, 即废混凝土再生原料 (代号Rc) 和废烧结砖再生原料 (代号Rb) 。

(3) 人工砂:

最大粒径<5.0 mm, 粒径<0.16 mm的细粉含量≯20 %。

(4) 粉煤灰:

北京石景山发电厂产Ⅲ级干排粉煤灰。

1.2 试件制作

按设定比例计量水泥、粉煤灰、废混凝土再生原料、废烧结砖再生原料、人工砂和水, 使用砂浆搅拌机搅拌180 s, 然后采用胶砂试模成型, 成型时在胶砂振动台上振动120 s。在标准试验环境下养护24 h后脱模, 然后密封自然养护至28 d。

1.3 性能测试

试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。抗压强度的测试参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》进行, 绝干密度和吸水率的测试参照GB/T 4111—1997《混凝土小型空心砌块试验方法》进行。

2 试验结果与分析

按再生原料组成的不同, 分别研究粉煤灰再生混凝土的物理力学性能。①由废混凝土再生原料制备的再生混凝土 (RcC) ;②由废烧结砖再生原料制备的再生混凝土 (RbC) ;③由不同比例的废混凝土再生原料和废烧结砖再生原料组成的混合再生原料制备的再生混凝土 (RcbC) 。

在再生混凝土配合比设计时, 固定水泥用量 (12 %) , 再生原料设计75 %、60 %、45 %和30 %等4个用量, 保持再生混凝土混合料稠度基本一致, 探讨粉煤灰掺量为5 %、10 %、15 %、20 %和25 %时对再生混凝土物理力学性能的影响。

2.1 粉煤灰掺量对RcC性能的影响

2.1.1 Rc用量为75 %时RcC的性能

Rc用量为75 %时, 利用Rc、水泥、人工砂和粉煤灰制备的RcC配合比及性能见表1。结果表明, 固定Rc和水泥用量, 掺加5 %的粉煤灰 (人工砂的比例相应减小, 下同) 后RcC的抗压强度显著提高, 增幅达19.6 %。而RcC的绝干密度和吸水率只略有变化, 前者增加0.4 %, 后者增加7.5 %。

采用颚式破碎机加工的Rc颗粒棱角多、表面粗糙, 影响了RcC的密实度, 孔隙率较高。在设计的4个再生原料用量中, Rc用量为75 %时RcC的密实度最差。掺加的粉煤灰由于填充了RcC中的孔隙, 提高了RcC的密实度, 因而提高了绝干密度。由于粉煤灰取代了一部分人工砂, 再生混凝土的吸水率有所提高。粉煤灰在碱性激发条件下可表现出较好的活性, 掺加5 %粉煤灰后RcC的抗压强度明显提高。本研究采用自然养护工艺, 与蒸汽养护工艺相比, 粉煤灰的火山灰效应没有充分发挥出来, 因而再生混凝土抗压强度增幅有限。

2.1.2 Rc用量为60 %时RcC的性能

当Rc用量由75 %降至60 %时, RcC中的人工砂用量相应增加15 %。表2列出了不同粉煤灰掺量下RcC的配合比和性能。结果表明, RcC的物理力学性能随着粉煤灰掺量的增加而出现明显变化。当粉煤灰掺量为5 %、10 %和15 %时, RcC的抗压强度分别提高17.9 %、11.4 %、2.5 %;但当粉煤灰掺量进一步增加至20 %时, RcC的抗压强度出现下降, 降幅达15.9 %, 表明粉煤灰掺量存在着一个适宜值。随着粉煤灰掺量的增加, RcC绝干密度的变化规律与抗压强度基本一致, 但适宜掺量不同。RcC吸水率和混合料拌和用水量随着粉煤灰掺量的增加而同步提高。

当Rc用量由75 %降至60 %时, 由于适宜掺量的粉煤灰填充了RcC的孔隙, 从而提高了RcC的密实度和强度。当粉煤灰掺量超过适宜掺量后, 粉煤灰大量取代了人工砂, 减少了作为骨架的人工砂体积, 不但RcC密度下降, 而且抗压强度增幅减小;当粉煤灰掺量过高后, 抗压强度甚至出现下降 (粉煤灰掺量为20 %时) 。由于粉煤灰和人工砂等质量取代, 而两者的密度差别悬殊, 提高粉煤灰掺量必然引起RcC吸水率和混合料拌和用水量的显著增加。

2.1.3 Rc用量为45 %时RcC的性能

Rc用量占45 %时, 利用Rc、水泥、人工砂和粉煤灰制备的RcC配合比及性能见表3。结果表明, 固定Rc和水泥用量, 粉煤灰掺量对RcC性能的影响规律与Rc用量占60 %的RcC基本一致。但粉煤灰掺量对RcC抗压强度、绝干密度、吸水率和混合料拌和用水量的影响程度有所不同。

2.1.4 Rc用量为30 %时RcC的性能

表4列出了Rc用量为30 %时, 粉煤灰不同掺量下的RcC配合比及性能。当粉煤灰掺量为5 %、10 %、15 %、20 %和25 %时, RcC抗压强度分别提高32.4 %、30.2 %、23.1 %、15.9 %、12.1 %。在设定的粉煤灰掺量范围内, 掺加粉煤灰均能明显提高RcC的抗压强度, 没有出现抗压强度负增长。即使如此, 粉煤灰仍然存在着一个适宜掺量。RcC绝干密度、吸水率和RcC混合料拌和用水量与粉煤灰掺量的相关性与上述试验结果基本一致。

2.1.5 小结

在RcC中掺加粉煤灰后, 其物理力学性能发生了明显变化。①随着粉煤灰掺量的增加, RcC的绝干密度先增加至最大值 (粉煤灰掺量在5 %左右) , 然后逐渐下降。随着Rc用量的降低, RcC的绝干密度增幅减小;②RcC的抗压强度先是随着粉煤灰掺量的增加而提高, 当达到最大值后, 进一步增加粉煤灰掺量时, RcC的抗压强度逐渐下降。当粉煤灰掺量较高时 (20 %) , RcC的抗压强度由Rc用量较高 (60 %) 时的负增长转变为Rc用量较低 (30 %) 时的正增长;③RcC的吸水率和混合料拌和用水量随着粉煤灰掺量的增加显著提高;④为保证RcC的综合性能, 粉煤灰掺量宜控制在5 %～10 %范围内。

2.2 粉煤灰掺量对RbC性能的影响

2.2.1 Rb用量为75 %时RbC的性能

Rb用量占75 %时, 利用Rb、水泥、人工砂和粉煤灰制备的RbC配合比及性能见表5。保持Rb和水泥用量, 掺加5 %粉煤灰后RbC的抗压强度显著提高, 增幅达56.5 %。同时RbC的绝干密度有所增加, 增幅达2.4 %, 吸水率基本不变。

由于Rb比Rc的吸水率高、表观密度低, 因而RbC具有比RcC更低的绝干密度、更高的吸水率和混合料拌和用水量, 抗压强度也低得多。RbC中的粉煤灰硬化体密度通常大于Rb, 而且能提高RbC密实度, 明显提高RbC的绝干密度和抗压强度。粉煤灰对RbC的强度贡献高于对RcC强度的贡献。

2.2.2 Rb用量为60 %时RbC的性能

表6列出了Rb用量为60 %时, 不同粉煤灰掺量下的RbC配合比及性能。当粉煤灰掺量为5 %、10 %、15 %和20 %时, RbC的抗压强度分别提高45.9 %、56.8 %、39.7 %和30.8 %。当粉煤灰掺量为10 %时, RbC抗压强度处于最大值。RbC的抗压强度随粉煤灰掺量的变化趋势与RcC很相似, 但粉煤灰掺量相同时RbC抗压强度的增幅要远高于RcC的增幅。由于Rb与Rc的强度存在显著差异, 当粉煤灰掺量很高时, 其对RbC的抗压强度仍有提高作用, 未出现负增长, 这与RcC不同。

RbC的绝干密度、吸水率和混合料拌和用水量随粉煤灰掺量的变化趋势与RcC很相似。当粉煤灰掺量为20 %时, RbC绝干密度降低5.9 %, 吸水率提高19.9 %, 混合料拌和用水量增加18.0 %;而RcC的绝干密度则降低8.7 %, 吸水率提高41.3 %, 混合料拌和用水量增加49.1 %。这主要与RbC的绝干密度较低、吸水率和混合料拌和用水量较高有关。

2.2.3 Rb用量为45 %时RbC的性能

Rb用量为45 %时, 不同粉煤灰掺量下的RbC配合比及性能测试结果见表7。当粉煤灰掺量为5 %、10 %、15 %、20 %和25 %时, RbC的抗压强度分别提高29.4 %、25.3 %、22.9 %、18.2 %和2.9 %。其中粉煤灰掺量为5 %时, RbC的抗压强度处于最大值;RbC抗压强度随粉煤灰掺量的变化趋势与Rb用量为60 %的RbC相似。

粉煤灰的力学性能 篇5

基于提高路用性能的水泥粉煤灰稳定碎石研究

针对水泥稳定类与二灰稳定类材料存在的问题,提出水泥粉煤灰稳定碎石基层,并对水泥粉煤灰稳定碎石的配合比设计及其性能进行了研究.研究表明,添加一定比例的粉煤灰后,水泥稳定碎石的`各种路用性能均有所提高.

作 者：吴虎 朱杰 王志军 WU Hu ZHU Jie WANG Zhi-jun  作者单位：吴虎,朱杰,WU Hu,ZHU Jie(北京华纬交通工程公司,北京,100036)

王志军,WANG Zhi-jun(河北北方公路工程建设集团有限公司)

刊 名：内蒙古公路与运输 英文刊名：HIGHWAYS & TRANSPORTATION IN INNER MONGOLIA 年，卷(期)： “”(2) 分类号：U414.1+5 关键词：基层   水泥粉煤灰稳定碎石   粉煤灰掺量   路用性能   研究  

粉煤灰的力学性能 篇6

早在1997 年, 吴中伟院士就首先提出绿色高性能混凝土 ( GHPC) 的概念[1], 并且国家大力提倡可持续发展, 鼓励废料的利用, 越来越多的工业废渣被应用到混凝土中, 目前国内对于掺粉煤灰的混凝土的研究已经逐渐展开, 张蔚等人提出粉煤灰对混凝土的抗渗性和抗收缩性有着明显提高[2], 袁承斌等人通过掺入不同量的粉煤灰, 得出粉煤灰掺量较少时, 混凝土的碳化深度增加不明显, 随着掺量增加, 碳化深度明显加大[3]。

以上对掺粉煤灰的混凝土多是在等量取代情况下的研究, 国内对于粉煤灰超量取代水泥和它与等量取代在抗压、抗折等力学性能上差异的研究较少。因此, 本文从最常用的普通硅酸盐水泥入手, 以粉煤灰掺量作为单一变量, 观察不同取代比情况下, 其对混凝土力学性能的影响并研究分析。

1 试验的设计与方法

1. 1 试验原材料

1) 水泥采用哈尔滨市亚泰集团“天鹅牌”P. O42. 5 水泥, 其各项性能见表1; 2) 砂采用河砂, 细度模数2. 6, Ⅱ区级配合格; 3) 碎石为哈尔滨市玉泉镇生产, 级配为5 mm ~ 31. 5 mm; 4) 粉煤灰为哈尔滨热电厂产Ⅱ级粉煤灰, 其品质指标见表2; 5) 采用佳木斯宏远建筑外加剂有限公司生产的萘系高效减水剂和引气剂; 6) 水是洁净的自来水。

1. 2 试验配合比

本次试验设置一个基准试验X1C, 即不掺任何掺合料的普通混凝土做对比, 然后分别设置粉煤灰等量取代 ( X2C ~ X4C) 和超量取代 ( X5C和X6C) 水泥, 取代比初步定为15% , 30% , 40% , 其中超量取代系数为1. 2。但在后续试验中, 发现粉煤灰超量取代40% 时, 和易性突然变差, 无法粘聚成型, 故此处舍去不再赘述。混凝土配合比见表3。

1. 3 试件制备

本次试验参照GBT 50080—2002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准制备100 mm × 100 mm × 100 mm混凝土立方体试件36 个, 100 mm × 100 mm × 400 mm混凝土棱柱体试件18 个。先进行原材料的称量, 然后进行混凝土的拌合、浇筑、振捣, 成型后自然养护24 h后拆模、编号, 并立即放入温度 ( 20 ± 1) ℃ , 相对湿度为95% 以上的标准养护室中养护。

2 试件的测试和试验的结果

2. 1 试件的测试

按照GBT 50081—2002 普通混凝土力学性能试验方法标准, 在混凝土试件养护7 d时, 取出18 块立方体试件采用YE-2000 液压式压力试验机进行抗压测试; 在养护试件28 d时, 分别取出18块立方体和18 块棱柱体试件并采用WE-300 液压式万能试验机进行抗折测试。

2. 2 试验的结果

对混凝土抗压和抗折实验所得数据处理后将结果列于表4。

MPa

3 试验结果的分析

为了便于数据分析, 将表4 的试验结果用图1 ~ 图4 表示, 由图1, 图2 可知: 粉煤灰混凝土早期强度比不掺粉煤灰的混凝土强度都低, 这是由于混凝土的“梯度水化反应”[4], 混凝土的早期强度主要取决于水胶比, 此阶段主要发生了水泥的初次水化, 而后期强度的提高主要是因为粉煤灰中活性物质Al2O3和Si O2与水泥的水化产物在水溶液中发生火山灰反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙, 并进一步与水泥中的石膏发生反应生成活性较大的水化硫铝酸钙, 它们将充满于结构中, 减少结构的孔隙率, 进而增强混凝土的粘聚性和不透水性。但是在初期阶段, 粉煤灰对水泥的取代作用仍旧不能弥补水泥用量减少所造成的强度降低[5]。

从图3 可以看到, 取代比为15% 的情况下, 养护7 d和28 d时, 粉煤灰超量取代比等量取代的强度都高, 这是因为超量加入的粉煤灰能充分参与并利用水泥初次水化的产物发生二次水化, 并且粉煤灰颗粒细度比水泥颗粒小得多, 比表面积大, 所以具有的表面能就大, 可以提供发生反应的作用面就多[6], 在取代比相同的情况下, 更容易分布于水泥颗粒空隙间, 发生微集料反应, 化学活性反应等来提高混凝土密实度和强度。

同时, 观察图3, 当取代比为30% 时, 粉煤灰超量取代的抗压强度明显下降, 28 d时, 降幅达到21. 7% , 在实际制件的过程中, 当粉煤灰混凝土的取代比为40% 时, 因和易性太差, 无法粘聚成型故舍去, 这说明粉煤灰掺量存在一个合理的范围, 并且粉煤灰对混凝土的早期强度促进作用并不大; 然而对于粉煤灰等量取代比例为30% 时, 在标准养护28 d后的强度与普通混凝土强度相差不大, 但取代比达到40% , 抗压强度较普通混凝土下降较大, 因此不难得出, 粉煤灰等量取代的比例不宜超过30% 。

不同粉煤灰掺量的混凝土28 d的抗折强度如图4 所示, 28 d时粉煤灰等量取代的抗折强度以掺量在30% 最佳, 超量取代比例在15% 时效果最好 ( 见图4) 。因为混凝土内部孔隙和在水泥颗粒界面上富集着较多的Ca ( OH) 2, 它对抗折强度的影响大于抗压强度, 掺入的粉煤灰可以与其发生活性反应生成胶凝物质, 改善了界面特性, 提高了抗折强度。

4 结语

随着粉煤灰的大力推广和应用到建筑行业中, 为了能更好的提高粉煤灰混凝土的性能, 结合本文对其抗压、抗折强度的分析, 现给出结论如下:

1) 随着粉煤灰掺量的增加, 使混凝土早期强度越来越低, 但对后期强度有较大促进作用, 到28 d粉煤灰混凝土已经接近有的甚至超过不掺粉煤灰的混凝土强度, 这在实际工程中是有好处的。

2) 对于C40 混凝土, 建议粉煤灰等量取代水泥的比例控制在15% ~ 30% , 当粉煤灰超量取代系数为1. 2, 取代比例15% 时最佳, 且此时的力学性能优于粉煤灰等量取代的情况。

参考文献

[1]吴中伟.绿色高性能混凝土与科技创新[J].建筑材料学报, 1998 (1) :3-9.

[2]张蔚, 刘洪学.不同掺量的粉煤灰对混凝土性能的影响[J].福建建材, 2008 (4) :10-12.

[3]袁承斌, 高文达.粉煤灰掺量对混凝土性能的影响[J].扬州大学学报 (自然科学版) , 2010 (1) :62-65.

[4]李志刚, 李家和, 张洪贵.粉煤灰与矿渣复合掺合料对混凝土强度影响[J].低温建筑技术, 2009 (4) :17-19.

[5]陆善后.粉煤灰特性对混凝土性能影响[J].粉煤灰, 1994 (5) :36-39.

粉煤灰高性能混凝土性能的实验研究 篇7

在高性能混凝土中掺入一定量的粉煤灰配制粉煤灰高性能混凝土, 一方面能够取代部分水泥、改善混凝土拌合物工作性、减缓水化放热、提高混凝土后期强度、提高混凝土抗渗性和耐久性;另一方面可以将工业废渣 (粉煤灰) 变为建筑材料, 即经济又环保;因此研究粉煤灰混凝土具有重大现实意义。

总之, 高性能混凝土性能好而且节能, 是一种很有发展前途的混凝土, 因其符合混凝土和钢筋混凝土的结构施工和使用要求, 适用范围很广。高性能混凝土的出现加强了人们对粉煤灰应用的重新认识。

1 实验方法

1.1 实验原材料

水泥原料为太原狮头P·O42.5, 其比表面积为351m2/kg、标准稠度需水量27.6%、初凝时间130min、终凝时间225min、安定性沸煮法合格。碎石为太原北郊5-26.5连续级配碎石;砂子采用忻州豆罗中砂;碎石、砂子各项指标均符合《普通混凝土用砂、碎石质量及检验方法标准》 (JGJ 52-2006) 要求。矿粉为S95级矿粉, 其含水率0.17%、烧矢量1.09%、比表面积418m2/kg、需水量98%。减水剂为武汉格瑞林ST-010高效减水剂, 其减水率27.4%、含气量5.3%、抗压强度比147%。粉煤灰为太原一电厂提供的I级粉煤灰, 指标如表1所示。

1.2 实验方案

坍落度、抗渗等级、抗压强度按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测定。混凝土配合比按行业《规范普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ 55-2000) 进行设计。设计参数为:坍落度30mm~50mm、设计强度30MPa、试配强度38.2MPa;配合比如表2所示。

按照表2配合比拌和混凝土, 测定坍落度;成型并在标准条件 (温度20±2℃, 湿度不小于95%) 下养护, 进行抗渗性实验, 28d、56d抗压强度实验。

2 实验结果及讨论

2.1 坍落度

分析图1可知, 随着粉煤灰掺量的增加, 坍落度随之增大, 混凝土的工作性能得到改善。这是由于在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒表面光滑, 粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃球体, 掺入混凝土中可减小内摩擦力, 从而减少混凝土的用水量, 起减水作用, 导致坍落度增大。

2.2 抗渗性

对不同掺量粉煤灰混凝土试件标准养护到56d, 做抗渗试验, 分析图2可得, 粉煤灰的加入有效提高了混凝土的抗渗性, 但并不是无限制的增加, 最佳掺量在40%左右。粉煤灰对混凝土抗渗性的影响主要是粉煤灰的微集料效应起作用, 粉煤灰微细颗粒均匀分布在水泥浆内, 填充孔隙和毛细孔并使混凝土内部的孔结构得到改善, 孔径不断细化, 孔道曲折程度增大, 从而提高粉煤灰混凝土的抗渗透能力。

2.3 抗压强度

由图3可知, 粉煤灰的加入对混凝土的强度产生影响, 粉煤灰的水化反应缓慢, 粉煤灰混凝土的早期强度低于素混凝土的早期强度。随着龄期的增长, 粉煤灰的活性效应逐步发生作用。活性成分的火山灰反应生成的水化硅酸钙C—S—H凝胶, 填充水泥石中的毛细孔隙, 阻断渗透通道, 使混凝土更加密实, 从而提高混凝土的后期强度以及抗渗性, 抗渗性的提高, 水和侵蚀介质就难以进入混凝土的内部, 因而提高了混凝土的耐久性。因粉煤灰的水化发应缓慢, 在保持混凝土的胶结材总量不变的条件下, 掺加粉煤灰相应地降低了混凝土中的水泥用量, 粉煤灰在混凝土中由于火山灰反应要放出水化热, 但其反应要滞后于混凝土中的水泥水化反应, 而且反应时间持续很长, 其反应热可以忽略, 粉煤灰有良好的温峰削减效应, 能减少因温升过大在混凝土内部产生内应力而引起的开裂, 提高混凝土体积稳定性。这对解决大体积混凝土因内应力引起的开裂有很大帮助;因粉煤灰早期强度低对于有早强要求的混凝土不适合掺加粉煤灰。

3 粉煤灰在混凝土中的效应与作用

粉煤灰作为一种大宗工业废渣, 其具有“形态效应”、“微集料效应”和“活性效应”, 大量实验证明粉煤灰的玻璃相落在项图中莫来石区域或者钙长石的上半部, 有助于提高混凝土的抗硫酸盐的侵蚀;粉煤灰的加入可以取代部分水泥作为混凝土的胶凝材料, 粉煤灰的微集料效应, 有助于减少混凝土的孔隙率, 增加密实度, 这就有助于提高混凝土的抗渗性, 从而提高混凝土的耐久性。所以研究粉煤灰混凝土具有十分重要的意义。

4 结语

(1) 粉煤灰的形态效应改善了混凝土的工作性, 更加有利于施工;粉煤灰的微集料效应改善了混凝土内部微观结构, 填塞了水泥石中的毛细孔隙, 堵塞渗透通道, 增强混凝土的密实度, 增大其渗透阻力, 从而提高混凝土抗冻性、抗渗性以及抗侵蚀, 从而使混凝土满足耐久性设计。 (2) 粉煤灰的加入对混凝土的强度产生影响, 由于粉煤灰的水化发应缓慢, 粉煤灰混凝土的早期强度低于素混凝土的早期强度, 但是随着龄期的增长, 粉煤灰的活性效应逐步发生作用, 活性成分的火山灰反应生成的水化硅酸钙C—S—H凝胶, 填充水泥石中的毛细孔隙, 阻断渗透通道, 使混凝土更加密实, 从而提高混凝土的后期强度, 56d强度显著提高。 (3) 通过试验结果分析, 大掺量粉煤灰高性能混凝土的最佳掺量范围应为30%~40%, 在此范围内既能满足混凝土的工作性又能保证混凝土强度。 (4) 绿色混凝土是当代建材工业发展的主要方向之一, 粉煤灰在混凝土中的大量应用, 很好解决了粉煤灰的污染问题;据调查太原地区P·O42.5水泥每吨价格在460元左右, 粉煤灰每吨的价格在200元左右, 所以从经济上考虑, 在保证混凝土各项性能指标的前提下加大粉煤灰的掺量, 可以大大减小工程造价, 节约开支。

参考文献

[1]黄维蓉, 李力.混凝土学.

[2]陈愈炯, 俞培基, 李少芬.粉煤灰的基本性质[J].岩土工程学报.

[3]胶凝材料学[M].北京:中国建筑工业出版社.

[4]公路工程集料试验规程, JTG E42—2005[S].

[5]建筑材料[M].中国水利水电出版社.

[6]陈愈炯, 俞培基, 李少芬.粉煤灰的基本性质[J].岩土工程学报.

粉煤灰混凝土的性能研究 篇8

粉煤灰作为混凝土的矿物活性掺合料,具有形态效应、活性效应和微集料效应。在显微镜下显示,粉煤灰中含70%以上的玻璃微珠,粒形完整,表面光滑,质地致密。这种形态能起到减水作用、致密作用和匀质作用,促进初期水泥水化的解絮作用,改变拌和物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能,尤其对泵送混凝土,能起到良好的润滑作用,这就是粉煤灰的“形态效应”。因粉煤灰中的化学成分含有大量活性SiO2及Al2O3,在潮湿的环境中与Ca(OH)2等碱性物质发生化学反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质,对粉煤灰制品及混凝土能起到增强作用和堵塞混凝土中的毛细组织,提高混凝土的抗腐蚀能力,这是粉煤灰的“活性效应”。粉煤灰的“微集料效应”是指粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑,在水泥石中可以相当于未水化的水泥颗粒,极细小的微珠相当于活泼的纳米材料,能明显改善和增强混凝土及制品的结构强度,提高匀质性和致密性。

1 粉煤灰对混凝土施工性能的影响

掺加粉煤灰可以改变混凝土和易性,增加混凝土粘性,减少离析与泌水,降低由于水化热带来的混凝土温度升高,减少或消除混凝土中碱集料反应,同时也可以节省水泥用量。

1.1 和易性

粉煤灰混凝土中胶凝物质——水泥和粉煤灰数量要比水泥混凝土多。粉煤灰比重较轻,同样重量粉煤灰的体积大于水泥的体积,胶凝材料的浆体体积增加将使混凝土有较好的塑性和较好的粘性,粉煤灰的球形颗粒将有利于混凝土的流动性能,这些使混凝土的和易性得到改善。

1.2 泌水

粉煤灰含有较多的微细颗粒,有助于截断混凝土内泌水通道,降低混凝土的泌水率。

1.3 改善泵送性能

粉煤灰与水泥细度相近或比水泥还细,粘聚性强,提高了抗离析能力,提高了混凝土的稳定性,保持混凝土可泵性和匀质性。掺加粉煤灰的混凝土坍落度损失小,凝结时间延长,从而延长了允许的运送时间和运送距离,扩大了泵送混凝土应用范围,不仅改变混凝土的泵送性能,而且还可以延长泵送机械使用寿命。

1.4 减少碱—骨料反应

碱—骨料反应是指骨料中的活性氧化硅和水泥中的碱发生反应,生成吸水产物,体积增大,导致混凝土的膨胀和开裂。发生碱骨料反应需要具备三个条件:

1)混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高;

2)骨料中有相当数量的活性成分;

3)潮湿环境,有充分的水分或湿空气供应。粉煤灰取代部分水泥,不仅能降低混凝土的有效含碱量,还能产生物理化学作用,抑制碱—骨料反应。

2 粉煤灰的掺加对混凝土力学性能的影响

混凝土的力学性能一般包括:强度指标、弹性模量等性能,而强度指标是其中最重要的力学性能。通常研究中把混凝土的7 d和28 d的抗压强度以及劈拉强度作为衡量混凝土力学性能是否合格的最重要的指标,弹性模量也是比较重要的指标。随着粉煤灰的掺入,混凝土的早期强度会比不掺粉煤灰的普通混凝土的强度低,但是其增长速率快,到中后期会达到甚至超过普通混凝土。与工作性能相似,掺入不同量的粉煤灰对混凝土强度也有较大的影响:随着粉煤灰掺量增加,混凝土的表观密度减小,混凝土早期强度随着粉煤灰掺量而变化,当掺量较低(在20左右)时,对7 d强度影响不大,而当掺量较高(>30)时,早期强度明显降低;而掺加粉煤灰混凝土后期强度增长较快,而且在一定范围内(<50)随粉煤灰掺量增加而增大。然而,在掺加粉煤灰后,混凝土劈裂抗拉强度的提高幅度不如抗压强度提高的幅度大,因此,劈拉强度成为限制粉煤灰混凝土抗拉性能的一个重要因素。在弹性模量方面,掺粉煤灰混凝土的弹性模量较普通混凝土略高,但随粉煤灰掺量的增大而降低。此外,由于粉煤灰的掺入,会使混凝土的早期强度和极限拉伸值过低,有可能使混凝土无法承受早期的温度应力和干缩应力而导致结构出现裂缝。在混凝土中掺入粉煤灰替代水泥,可以有效提高混凝土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量等力学性能,但要进行反复实验,以确定其最佳掺量。此外,在施工中还要注意掺粉煤灰混凝土早期强度较低的特点。

3 粉煤灰混凝土的耐久性能

3.1 抗渗性、抗冻性

在粉煤灰掺量很高的情况下,混凝土仍具有良好的抗渗性能。粉煤灰混凝土优良的抗渗性能为实验和工程实践所证实,如有防水要求的建筑工程,常采用掺加粉煤灰的措施来提高混凝土的抗渗性能。混凝土的抗冻性与混凝土的抗拉强度、孔隙率和孔隙结构特征有关。混凝土的抗拉强度高,孔隙率低,孔隙细小不连通,其抗冻性就好。粉煤灰恰恰改善了混凝土这几方面的性能,使混凝土的抗冻性提高。高掺量粉煤灰混凝土亦具有适宜的气孔参数及令人满意的抗冻性;但与普通混凝土相比,其抗盐冻剥蚀性能较差。

3.2 耐蚀性

粉煤灰混凝土耐溶出性侵蚀、酸性侵蚀和盐类侵蚀的能力增强。其效应如下:

1)粉煤灰使混凝土的密实度提高,阻止了软水和腐蚀介质的渗透;

2)粉煤灰混凝土中水泥水化产物Ca(OH)2的量少;

3)粉煤灰使高盐基的水化铝酸钙水解成为极限石灰浓度较低的低盐基水化铝酸钙,因而消除或减少了高硫型水化硫铝酸钙形成的可能性,更易形成低硫型水化硫铝酸钙。低硫型水化硫铝酸钙在远离含铝固相表面的液相中以分散状析出结晶,填充原来的充水空间,不仅不会产生有害的内应力,而且还可作为水泥石的有效组织结构,增强水泥石的密实性和强度。

3.3 碳化

粉煤灰对混凝土碳化的影响具有两面性:一方面,粉煤灰的取代效应和二次反应使混凝土中Ca(OH)2的量减少,碳化进程加快,这是不利的一面;另一方面,粉煤灰的微集料效应使混凝土孔隙细化,结构致密,阻止CO2和水的渗透,延缓了碳化进程。粉煤灰混凝土综合抗碳化性能有所提高,有利于保护钢筋表面的钝化膜。

3.4 钢筋防锈

粉煤灰混凝土因密实性提高,孔隙结构改善和水化产物的变化,具有较高的抗氯离子渗透能力和较高的电阻抗,从而有效地抑制氯离子对钢筋的电化学锈蚀及杂散电流对钢筋的腐蚀,使混凝土对钢筋的保护能力提高。

3.5 碱骨料反应

水泥中强碱含量高、活性骨料和水的存在是碱骨料反应发生的充要条件。粉煤灰结合了水泥中95%的强碱,且不会浸出,破坏了产生碱骨料反应的条件,消除或减轻了碱骨料反应的危害。

此外,粉煤灰还能提高混凝土的耐磨性和耐热性。

4 结语

粉煤灰作为燃煤电厂的副产品,量大且来源稳定,如果利用不好,不仅占地、占水域,而且污染环境。对于工程中添加粉煤灰作为混凝土的成分,不但节约了成本,而且提高了混凝土的强度,明显改善混凝土的工作性、力学性能和耐久性。由于粉煤灰混凝土的性能较好,在各种大大小小的工程中应用变得日益广泛,具有显著的技术、经济和社会效益。

参考文献

[1]张云莲.粉煤灰与混凝土结构的耐久性[J].腐蚀与防护,2002,23(7):305.

[2]李秋义,李家和,杨向宁.高掺量粉煤灰混凝土力学性能试验研究[J].低温建筑技术,2002(2):42-43.

[3]牛季收,王保君.粉煤灰在混凝土的效应及应用[J].铁道建筑,2004(3):74-77.

[4]陈月顺,刘莉,吴宏伟.粉煤灰的掺量对混凝土抗渗性的影响[J].新型建筑材料,2007(3):19-22.

[5]余学芳,董邑宁.粉煤灰混凝土的抗裂性分析[J].混凝土,2003(2):48-49,63.

[6]谷章昭,杨钱荣,吴学礼.大掺量粉煤灰混凝土[J].粉煤灰,2002,2(25):28.

[7]钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M].北京:科学出版社,2002.

[8]李景民.试论粉煤灰混凝土的耐久性[J].科技情报开发与经济,2002,12(1):160.

粉煤灰的力学性能 篇9

1 水泥粉煤灰搅拌土试验方案

抗压试块的尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm, 水灰比为0.55, 养护方式为水中标准养护, 养护龄期为28 d, 90 d, 二灰掺量分别为12%, 15%, 20%;分别掺入宽度2 mm, 长度为2 cm, 5 cm, 面积为30 cm2, 60 cm2, 90 cm2, 120 cm2的尼龙纤维。在水中标准养护28 d, 90 d后进行无侧限抗压强度试验, 得其无侧限抗压强度。具体试验方案如表1所示。

2 水泥粉煤灰搅拌土试验结果与分析

2.1 二灰掺量、养护龄期对纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响

二灰掺量、养护龄期是水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的重要影响因素。在本试验中, 保证掺入尼龙纤维的宽度为2 mm、面积为60 cm2, 掺入尼龙纤维长度分别为2 cm, 5 cm, 改变其二灰掺量aW, 分别为12%, 15%, 20%, 在水中分别养护28 d, 90 d后, 对试块进行无侧限抗压试验, 得到其无侧限抗压强度fcu, 并与不掺入尼龙纤维的普通水泥粉煤灰搅拌饱和黄土无侧限抗压强度做对比, 结果见图1~图3。

由图1, 图2可以看出, 随着二灰掺量的增加, 水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度明显增加;同时, 掺入尼龙纤维的纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度高于普通水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度, 这说明掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有增强作用, 在二灰掺入量为12%, 15%左右, 掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度增强作用明显;而在二灰掺量为20%时, 掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度增强作用并不明显, 这说明在二灰掺量较低时, 尼龙纤维的加筋作用对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度贡献大, 在二灰掺量较高时, 主要是二灰对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度做贡献。

由图3可见, 养护龄期为90 d的试块的无侧限抗压强度较养护龄期为28 d的试块有明显增强, 这说明养护龄期是影响水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的一个重要因素。养护龄期的增长可以有效增强水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度。综合图1~图3可见, 二灰掺量和龄期的增加能明显提升水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度;掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有所增强。

2.2 掺入尼龙纤维长度对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响

为了研究掺入尼龙纤维的长度对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响规律, 本试验分别在二灰掺量为12%, 15%, 20%的条件下, 掺入宽度2 mm, 面积s=60 cm2, 长度d分别为2 cm, 5 cm的尼龙纤维, 在水中养护28 d后, 做其无侧限抗压强度, 得其无侧限抗压强度fcu, 结果见表2。

由表2可见, 在二灰掺量分别为12%, 15%, 20%条件下, 在试验长度2 cm~5 cm范围内, 掺入尼龙纤维的长度变化对纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度影响并不明显。

2.3 掺入尼龙纤维面积对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响

为了研究在长度一定的条件下, 掺入尼龙纤维的面积对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响, 试验在二灰掺量为15%的条件下, 掺入长度为5 cm, 面积s分别为30 cm2, 60 cm2, 90 cm2, 120 cm2, 150 cm2的尼龙纤维, 在水中养护28 d后, 做无侧限抗压试验, 得其无侧限抗压强度fcu, 结果见图4。由图4可见, 在二灰掺量为15%, 掺入纤维宽度2 mm、长度为5 cm, 试验面积30 cm2~150 cm2范围内, 水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的无侧限抗压强度随掺入尼龙纤维面积的增加而增加。综合分析表2, 图4可见, 掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有明显增强作用;在试验范围内, 水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度随掺入尼龙纤维长度改变变化不大, 而随掺入尼龙纤维面积增加而有所增强。

3 结语

1) 二灰掺量和龄期是影响水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的重要因素, 水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度随二灰掺量和龄期的增加而明显增强。2) 掺入尼龙纤维的水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度明显高于普通水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度, 掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有明显增强作用, 掺入尼龙纤维的面积和长度不同, 搅拌饱和黄土的强度有所不同, 在试验范围内, 水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度随掺入尼龙纤维长度改变变化不大, 而随掺入尼龙纤维面积增加而有所增强。3) 在二灰掺量相对较低时 (aW=12%~15%) , 尼龙纤维的加筋作用对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度贡献较大;而在二灰掺量较高时 (aW=20%) , 主要是二灰对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度做贡献。

摘要：结合中川铁路项目, 通过室内配比试验, 研究不同掺量的尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土力学性能的影响, 试验结果表明:二灰 (水泥、粉煤灰) 掺量和龄期是影响搅拌饱和黄土抗压强度的主要因素, 掺入尼龙纤维能有效增强水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度。

关键词：水泥粉煤灰搅拌土,饱和黄土,尼龙纤维,抗压强度

参考文献

[1]曹雅娴, 申向东, 庞文台.聚丙烯纤维硅粉水泥土力学性质试验研究[J].人民黄河, 2012, 34 (2) :118-120.

[2]郑刚, 阎澍旺.地基处理[A].中国土木工程学会土力学及岩土工程学会第九届会议论文集[C].2003.

[3]李云峰, 李志国, 邓刚.纤维水泥土力学性能试验研究[J].建筑科学, 2004, 20 (6) :56-60.

[4]殷勇.玻璃纤维改善水泥土力学性能试验研究[D].南京:东南大学, 2006.

粉煤灰对混凝土性能的影响 篇10

和易性是混凝土性能中一项十分重要的技术性质。良好的和易性, 能使混凝土拌合物易于施工操作, 其质量均匀, 成型密实。在混凝土施工中, 如果用粉煤灰替代部分水泥或者细骨料, 可以在保持原有和易性的情况下, 减少用水量及混凝土的泌水率, 防止离析;或者保持用水量不变时, 增大塌落度 (通常和易性以塌落度的方式来测量) 。这是因为粉煤灰是由大小不等的球状玻璃体组成, 表面光滑致密, 在混凝土拌和中起到润滑的作用。同时, 粉煤灰颗粒比水泥颗粒小, 均匀分布在水泥颗粒中, 阻止了水泥颗粒粘聚, 使存在于水泥颗粒之间的部分自由水释放出来, 从而改善其和易性。

2 混凝土的强度值

混凝土的抗压强度值通常作为评定混凝土质量的重要指标。以部分粉煤灰取代水泥时, 由于粉煤灰在水泥浆体中并不参与化学反应, 真正作为胶凝材料的是水泥, 而胶凝材料的水化产物是混凝土中各材料组合在一起的纽带, 也是最容易受到破坏的部分。在混凝土成型的后期, 粉煤灰中的火山灰质活性料生成物, 与水化产物结合在一起, 导致混凝土早期强度可能稍有降低, 而后期强度则比普通混凝土稍高或与之相等。如果大掺量粉煤灰, 混凝土强度值要比普通混凝土强度值偏低。

3 混凝土的热学性能

在混凝土拌和过程中, 水泥水化时集中放出大量的热, 特别是大体积混凝土, 施工时, 白天与晚上以及混凝土表面和内部温差大, 易产生裂缝。由于粉煤灰活性比水泥低, 水化时不参与水化反应, 若适量掺入粉煤灰, 可以相对减少胶凝材料中熟料C3S和C3A相对含量, 水化时水化热相应降低, 可以防止施工中混凝土开裂。同时, 使混凝土干缩减少5%, 弹性模量提高5%~10%。

4 混凝土抗碳化性能

混凝土碳化指水泥石中水化产物与环境中的CO2作用, 生成碳酸盐或者其他物质的反应。由于粉煤灰在常温下发生的化学反应慢, 混凝土中的碱含量与吸收的CO2的能力降低, 在一定程度上, 改善了混凝土的孔结构, 提高了混凝土的密实度, 改善其抗碳化性能。

5 混凝土抗渗性

由于粉煤灰取代部分水泥或细骨料, 在保持原来和易性基础上, 能减少用水量, 相应降低水灰比。另外, 粉煤灰的活性物质发生二次水化反应, 使得粉煤灰具有一定的胶凝性, 填充了水泥水化后微小空隙, 使混凝土密实度得以提高。因此, 适量掺入粉煤灰, 其抗渗性比普通混凝土好, 且在使用时采用超量取代要比等量效果更好。

6 钢筋抗锈蚀性

粉煤灰与混凝土中Ca (O H) 2发生反应, 降低了混凝土中的碱性, 对钢筋锈蚀不利。

基于以上几点, 适量掺入粉煤灰对于混凝土性能改善起到良好的作用。

随着建筑业的发展, 粉煤灰在建筑施工中应用会越来越广泛, 其重要性更加受到重视。

摘要：粉煤灰是从燃煤粉电厂的锅炉烟气中收集到的细粉末, 是一种具有潜在活性的火山灰掺和料, 含有大量玻璃体, 这种玻璃体主要由具有化学活性的SiO2和Al2O3组成。从外观看, 其颗粒呈球型, 表面光滑。在施工中适当掺入粉煤灰, 可以改善混凝土性能, 达到预期效果。