粉煤灰掺量对水工混凝土力学性能的影响.pdf

第 3 2卷第 2期 2 0 1 1年 4月 华北水利水电学院学报 J o u r na l o f No ah Chi n a I n s t i t u t e o f Wa t e r Co ns e r v a nc y a n d Hy d r o e l e c t r i c Po we r Vo 1 ． 32 No ． 2 Ap r ．2 01 1 文 章编 号 ： 1 0 0 2—5 6 3 4( 2 0 1 1 ) 0 2—0 0 4 4—0 3 粉煤灰掺量对水工混凝土力学性能的影响 解伟 ，耿 飞 ，李树 山 ( 华 北 水利 水 电 学 院 ， 河 南 郑州 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 通过粉煤灰混凝土基本力学性能试验 ， 分析 了粉煤灰掺量、 水灰 比、 龄期等因素对 水工混凝土抗压强 度 、 劈拉强度和抗压 弹模 的影响 ， 探讨 了粉煤灰对混凝土力学性能 的影 响机 理． 试验结果表 明， 随着 粉煤 灰掺 量 的增加 ， 混凝 土的早期强度有所降低 ， 后期强度有 明显提高． 关键词 ： 水 工混凝土 ； 粉煤灰掺量 ； 龄期 ； 力学性能 ； 试验研究 粉煤灰混凝土是随着现代混凝土技术的发展而 发展 起来 的一种 经济 改 性 混 凝土 ， 已广 泛应 用于 水 利工程 中 ， 并 取 得 了 显 著 的经 济 与 社 会 效 益⋯ ． 有 研究表 明 ， 在 混凝 土 中掺 入粉煤 灰可 以改善和 易性 、 变 形性 能 、 热 学性 能 以及 耐 久 性 等 ． 受 现 有规 范 限制 ， 粉 煤灰 掺 量 一般 控制 在 3 0 ％ 以 内 ， 粉 煤灰 作 用 未能 得到充分 发 挥 ， 对 于 大掺 量粉 煤 灰混 凝 土 的 力 学性 能研究还 相对较 少 ． 因此 ， 通过 开展粉煤 灰混 凝土 力学性 能试 验研 究 ， 为 粉 煤 灰混 凝 土设计 和 分 析提供 试验 依据 ， 以促进 粉 煤 灰 混凝 土生 产技 术 的 发展及其在工程中的推广和应用． 1 试验概况 1 ． 1 试验 原材料 试验所用水 泥采用上街水 泥厂建筑牌 P ． I I 4 2 ． 5 R 普通硅酸盐水 泥 ， 材料性 能见 表 1 ． 粗骨料 由 2 种级配 的石灰岩质碎石混合， 其中 6 0 ％为 1 0—2 0 m m粒径 的碎石 ， 4 0 ％为 5～1 0 m m 粒径 的碎石 ． 采用普通Ⅱ 级 粉煤灰 ， 其主 要性 能 指标 参数 见表 2 ． 细骨 料选用 信 阳河砂 ， 细度模 数 为 3 ． 0 ； 试验 选 用改 进 型高效 F D N 减水剂 ， 适 宜掺 量 为 0 ． 6 ％ ～ 2 ． 5 ％ ， 实 际掺 人量 以使 混凝土拌合物的坍落度在 5 0— 1 0 0 m m之间为宜． 表 1 P ． 1I 4 2 ． 5 R水泥的物理力学性能 1 ． 2 试 验方 案 根 据 文 献 [ 3 ] ， 立 方 体 抗 压 强 度 试 验 采 用 1 0 0 m m 1 0 0 m i l l x 1 0 0／ 1 ／ ／ 1 1 的试件 ， 每组 3个试件 ； 劈裂抗 拉 强度 试验采用 1 5 0／ ／ l ／ l ／ x 1 5 0 m m x 1 5 0 m m 的试件 ， 每 组 3个 ； 抗压 弹模 试 验 采用 4 , 1 5 o f i l m 3 0 0 m m的圆柱体试件 ， 每组 3个． 试件浇筑后 在标 准养 护室 内进行 养护． 水胶比选取 0 ． 4和 0 ． 3 5两个系列 ， 采用等量代 收 藕 日期 ： 2 0 1 1—0 2—2 3 基金项 目： 河南省 科技 攻关 项 目( 0 7 2 1 0 2 3 4 0 0 3 1 ) ； 河 南省 教育厅 自然 科学研 究 项 目( 2 0 0 8 A 5 7 0 0 0 1 ) ； 郑 州 市科技 攻关项 目 ( 0 9 1 0 S GY G2 3 2 6 1—1 ) ． 作者简介 ： 解伟( 1 9 5 9 一 ) ， 男 ， 山西临猗人 ， 教授 ， 博士 ， 主要从事水工混凝土材料与结构性能方面的研究． 第 3 2卷第 2期 解伟 ， 等 ： 粉 煤 灰 掺 量 对 水 工混 凝 土 力 学 性 能 的影 响 4 5 替 法研 究粉 煤灰 掺 量 对 混凝 土力 学 性 能 的影 响 ， 每 个 水 胶 比 选 择 粉 煤 灰 掺 量 分 别 为 0 ， 3 0 ％ ， 4 0 ％ ， 5 0 ％ ， 6 0 ％ ． 试 件混 凝 土配合 比设 计见 表 3 ． 表 3粉 煤灰 混 凝 土 配 合 } B 设 计 粉煤灰掺量 ( a ) 水胶 比为0 ． 4 0 2试 验 结 果 及 分 析 2 ． 1立方 体抗 压强 度 通 过试 验 ， 研 究 了水 胶 比、 龄 期 、 粉 煤 灰 掺 量 3 个 因素对混 凝 土立方 体强 度 的影响 ， 如 图 1 所 示 ． 由 图 1可知 ， 掺入 粉煤 灰 后 混 凝 土 7 d龄期 立 方 体 强 度 降 幅最 大 ， 且 降低 的 幅度 随 粉煤 灰 掺 量增 加 而 增 大 ； 2 8 d龄 期混 凝土 强 度 随粉 煤 灰掺 量 的增 加 仍 有 所 下 降 ， 下 降 的幅度 比 7 d龄期 的要小 ； 9 0 d龄期 的 混凝 土立 方体 强度 与 基 准 混凝 土 强 度 持平 ， 甚 至有 所提 高 ； 1 8 0 d龄 期 混 凝 土 强 度 随 粉 煤 灰 掺 量 的变 化规 律基 本 与 9 0 d龄期 的相 同 ， 但 强度 增长 的幅度 要 比 9 0 d龄期 的 强度增 长 幅度大 ， 并且 掺量 在 3 0 ％ ～ 4 0 ％之 间 的粉煤灰 混凝 土强 度 已经超 过 了基 准混 凝 土强度 ． 硝 魑 出 粉煤 灰掺量 ( b ) 水胶比为0 ． 3 5 图 l 粉 煤 灰 掺 量 对 混 凝 土 抗 压 强 度 的 影 响 2 ． 2劈 拉强 度 水胶 比、 龄期 、 粉 煤灰 掺量 3个 因素 对混凝 土 劈 拉 强度 的影 响 ， 如 图 2所 示 ． 对 比图 2 ( a ) 与 ( b ) 可 知 ： 混凝 土劈 拉 强度 随水胶 比的减小 而增 大 ； 水胶 比 4 5 4． 0 冉 室3 ．5 疆 3 ． 0 2． 5 2． O 0 3 0 4 0 5 0 60 粉煤灰掺量 ( a )水胶 比为0 4 0 相 同 时 ， 混凝 土 劈拉 强 度 随 粉煤 灰 掺 量 增 加 而先 增 大后减 小 ， 粉 煤 灰 掺 量 为 3 0 ％ 有 明 显 的拐 点 ， 粉 煤 灰 掺 量为 4 0 ％时 ， 劈拉 强度仍 略 高于基 准混凝 土 ． 0 3 O 4 0 5 0 6 O 粉煤灰掺量 ( b )水胶 比为0 ． 3 5 图 2粉 煤 灰 掺 量 对 混 凝 土劈 拉 强 度 的 影 响 2 ． 3抗压 弹性模 量 图 3反 映 了粉 煤 灰 掺 量 对 2 8 d龄 期 轴 心 抗 压 弹性 模量 的影 响情况 ． 水 胶 比为 0 ． 4， 粉 煤灰 掺 量 为 3 0 ％ 时 ， 轴 心抗压 弹模 与 不 掺 粉煤 灰 的基 准混 凝 土 相 比有 所提 高 ， 提高 幅度 为 8 ． 6 ％ ， 随 着粉 煤 灰掺 量 增 加 到 4 0 ％ ， 5 0 ％ ， 6 0 ％ 时 ， 抗 压 弹 模 分 别 降 低 5 O 5 O 5 0 4 4 3 3 2 2 越跫 欹 华北水利水电学院学报 2 01 1年 4月 2 ． 3 4 ％ ， 7 ． 5 5 ％ ， 1 3 ％． 水 胶 比为 0 ． 3 5 ， 粉 煤 灰 掺 量 为 3 0 ％时 ， 轴 心抗压 弹模 与不 掺粉 煤 灰 的基 准 混凝 土相 比提高 7 ． 3 8 ％ ， 随着 粉 煤 灰 掺量 增 加 到 4 0 ％ ， 5 0 ％ ， 6 0 ％ 时 ， 抗 压 弹模 分 别 降 低 2 ． 0 4 ％ ， 4 ． 5 8 ％ ， 7 ． 1 2 ％． 由图 3可 知 ， 随着 粉煤 灰 掺 量 的增 加 ， 混 凝 土抗 压弹模 有一 个 明显 的拐点 ， 最 优 掺量 应控 制 在 3 O ％ 为宜． 冉 山 咖l 精 图 3 粉煤 灰 掺 量 对 混 凝 土 2 8 d抗 压 弹 模 的 影 响 3粉煤灰作用机理分析 粉煤 灰 的化 学成 分 主要 为 S i O 和 A 1 0 ， 二 者 是粉煤 灰活性 的来 源． 已有 大量试验 证 明 ， 作为掺合 料 的粉煤 灰 ， 在水 泥水 化过程早 期基 本不发 生反应 ， 到 了 2 8 d才 有少量 反应 ． 为有效 地提 高粉 煤灰 使用 效果 ， 充分 激活粉 煤灰 ， 通过加 入外加 剂来破坏 粉煤 灰玻 璃体 的 表 面 结 构 ， 利 用该 颗粒 参 加 反 应 ， 9 0 d 后粉 煤灰 颗 粒 表 面形 成 大量 的水 化 硅 酸 纤 维 状 晶 体 ， 它们相互连接形成很高的黏结强度 ， 其强度逐渐 接近 甚至超 过纯水泥混 凝土 的强度 ． 4 结语 a ． 水胶 比对混 凝 土 强度 的影 响起 主 要 作用． 水 胶 比越 小 ， 混凝 土强度值 包括抗压强度 、 劈裂抗 拉强 度和混凝 土 的弹性模 量越 大． 随着 龄期 的增 加 ， “ 粉 煤 灰效应 ” 作用下混凝 土后期 强度增长 较大． b ． 粉煤灰 掺 量 对 水 工 混 凝 土力 学 性 能 影 响 较 大． 试验结 果表 明 ， 通 过控制 粉煤灰掺量 与高效减水 剂 的使用 ， 能够提高混 凝土 的基本力学性 能 ， 粉煤灰 掺量 可 以达到 4 0 ％左右 ． C ． 试验结果 表明 ， 掺 入适量粉煤 灰 ， 9 0 d混凝土 强度 与基 准混 凝 土 强度 相 差 无 几 ， 1 8 0 d混凝 土 强 度甚 至优于基 准混凝 土． 掺入 粉煤灰 ， 有效 地降低 了 混凝土水化热温升， 可应用于大体积水工混凝土结 构 中． 参 考 文 献 [ 1 ]孙氰萍． 大掺量粉煤灰 混凝土的特性 [ J ] ． 混凝 土， 1 9 9 7 ( 2) ： 1 6—2 3 ． [ 2 ]杨华全 ， 李文伟． 水工混凝土研究与应用 [ M] ． 北京 ： 中 国水利水电出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 中国水利水 电科学 研究 院． S L 3 5 2 --2 0 0 6水 工混凝 土 试验规程 [ s ] ． 北京 ： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ]魏风艳 ， 吕忆农 ， 兰祥 辉， 等． 粉 煤灰水泥基材料 的水化 产物[ J ] ． 硅酸盐学报 ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 1 ) ： 5 2— 5 6 ． I n fl u e n c e s o f t h e Qu a n t i t y o f F l y As h o n Me c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f Hy d r a u l i c Co n c r e t e XI E W e i ，GENG Fe i ，L I S h u s h a n ( N o a h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t ri c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ，C h i n a ) Abs t r a c t：By t h e b a s i c me c ha n i c a l pr o pe ~y t e s t o f fly a s h c o n c r e t e，i n flu e nc e s o f t h e f a c t o r s s u c h a s qu a n t i t y o f fly a s h，wa t e r — c e me n t r a t i o a nd a g e e r e．o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，t h e s p l i t t i n g t e ns i l e s t r e ng t h a n d t h e c o mp r e s s i v e mo d u l u s o f e l a s t i c i t y o f t h e h y d r a u l i c c o nc r e t e we r e a n a l y z e d．Th e i n flu e n c e me c ha n i s m o f f l y a s h o n t he me c h a n i c a l pr o pe r t y o f t h e c o nc r e t e wa s di s c u s s e d．Th e t e s t r e s u l t s i nd i c a t e d t h a t wi t h t he i n c r e a s e o f t he qu a n t i t y of f l y a s h，t h e e a r l y s t r e n gt h o f t h e c o n c r e t e r e du c e d a nd i t s l a t e r s t r e n g t h wa s o bv i o u s l y i n c r e a s e d． K wo r d s ：h y d r a u l i c c o n c r e t e ；q u a n t i t y o f n y a s h ；a g e ；me c h a n i c a l p r o p e r t y ；e x p e ri me n t a l s t u d y ( 责任编辑 ： 乔翠平 J