掺粉煤灰与天然火山灰碾压混凝土性能对比试验.pdf

第 2 9卷 第6期 2 0 1 2年 6月 长 江科 学 院 院 报 J o u r n a l o f Ya n g t z e R i v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s t i t u t e Vo 1 2 9 No 6 J u n 2 0 1 2 文章编号： 1 0 0 1 5 4 8 5 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 7 4 0 5 掺粉煤灰与天然火山灰碾压混凝土 性能对 比试验 毕亚丽 ， 彭乃中。 冀培民， 张勇 ( 中国水 电顾 问集 团 西北勘测设计研究 院 ， 西安7 1 0 0 4 3 ) 摘要： 针对西南地区天然火山灰作为碾压混凝土掺合料的应用问题 ， 通过在混凝土掺合料中单掺粉煤灰 、 单掺天然火 山灰及复合掺粉煤灰和火山灰， 对碾压 昆 凝土各项性能指标进行了对比试验研究。结果表明： 在水胶比及减水剂掺 量相同时， 掺天然火山灰碾压混凝土与单掺粉煤灰碾压混凝土胶材相比， 用量增加， 凝结时间急剧缩短， 后期强度活 性效应较低， 干缩变形值、 绝热温升值增大。研究成果可为火山灰作为碾压混凝土掺合料的选择提供数据支持。 关键词 ： 碾压混凝土； 天然火山灰； 粉煤灰； 性能对比试验 中图分类 号 ： T V 4 2 3 文献标志码 ： A 我国有 1 2个省拥 有火山灰资源 ， 并且储量丰 富 J ， 但 由于不 同地域 火山灰成 因各异 ， 其化学成 分 、 矿物组成和物理性能差别较大 ， 对混凝土性能的 改善效果也不尽相 同， 所 以火山灰仅在火 山灰含量 丰富的地区有少量应用 ， 利用水平低 。我 国西南 地区， 众多水利水电工程在建或即将建设 ， 作为混凝 土掺合料的粉煤灰资源相对紧缺 ， 而云南大理附近 有天然火山灰资源。本文通过掺火山灰与粉煤灰碾 压混凝土各项性能指标 的对 比试验研究 ， 为火 山灰 作为碾压混凝土掺合料的选择提供依据。 1 试 验原材料 水泥 ： 云南丽江永保水泥股份有限公 司生产 的 中热 4 2 5水泥， 各项性能指标满足 中热硅酸盐水 泥 G B 2 0 0 2 0 0 3 要求。 粉煤灰 ： 昆明环恒 级粉煤灰 ， 各 项指标满足 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 G B T 1 5 9 6 2 0 0 5 指标要求。 火山灰 ： 云南大理附近某天然火山灰 ， 其矿物组 成经 x衍射分析 为斜 长石 、 透辉石 、 钾 长石及 非晶 相 ， 矿石构造特征有气孔 、 杏仁状或致密构造 。将火 山灰粉磨成比表面积为 4 1 2 m k g的细粉后进行混 凝土性能试验 。火 山灰各项性能指标满足 用于水 泥和混凝土中火山灰混合材 G B 2 8 4 7 2 0 0 5 要求。 骨料 ： 细骨料 由正长 岩加工而成 ， 细度模数 为 2 6 8 ， 石粉( 0 1 6 m m以下颗粒) 含量为l 8 6 ， 粗骨 料 由石英粉细砂岩破碎而成 。 粉煤灰和火 山灰的物理 、 化学性能测试结果见 表 1 。可以看出： 火山灰需水量较粉煤灰的大， 碱含 量较粉煤灰的高， 抗压强度较粉煤灰的低 ， 这将会对 混凝土的胶材用量及其它性能产生影响。 表 1 粉煤灰 、 火山灰的物理化学性能测试 结果 Ta bl e 1 Te s t r e s u l t s of phy s i c a l a nd c h e m i c a l pr o pe r t i e s of fly a s h and p oz z o l an a 收稿 日期 ： 2 0 1 I一 0 6 0 9 作者简介 ： 毕亚丽 ( 1 9 7 2一)女 ，陕西西安人 ， 高级工程师 ， 主要从事混凝 土材料试验研究 ， ( 电话 ) 0 2 98 2 3 5 7 7 9 I ( I乜了价辅 ) b y l 0 0 0 S O h u e o m。 7 6 长 江科学院 院报 2 0 1 2年 ( a ) 全F 混凝土 ( b ) F + H 混凝土 ( c ) 全H 混凝土 图4 不同掺合料碾压混凝土拉伸断面细观形貌 F i g 4 Te n s i l e f r a c t u r e a n d mi c r o - mo r p h o l o g y o f t h e RCC wi t h d i f f e r e n t mi x t u r e s 可见 ： 在早龄期 ， 全 F混凝土的强度要略低些 ， 而后期 ， 全 F混凝土强度要高于 F+H碾压混凝土 和全 H碾压混凝土 ； 掺粉煤灰 昆 凝土 比掺火山灰 的 混凝土强度随时间能获得较好 的发展 ， 掺加粉煤灰 混凝土强度后期效应较掺加火 山灰混凝土高。分析 原因可能是 ： 在常温水化初期 ， 粉煤灰和火 山灰这 2 种掺合料主要起物理填充作用 ， 化学反应活性居次 要地位 ； 相对而言， 具有多棱状外形 的火山灰颗粒由 于其特殊的结构属性对初始结构 的作用 ， 以及高碱 含量加速了早期水化速度和水化程度 ， 使得掺火山 灰混凝土产生 了较好 的早期强度效应。在水 化后 期 ， 粉煤灰的火山灰活性效应发挥作用 ， 浆体结构逐 步密实 ， 强度逐步提高， 而火山灰 中活性物质无 定型或玻璃体物质 以及沸石类化合物含量较少 ， 在 水泥水化反应基本结束后 ， 浆体强度发展较为缓慢 ， 随着火山灰的掺量增大 ， 后期的强度发展与掺粉煤 灰 昆 凝土差别越大 J 。另外 ， 由于粉煤灰的形态效 应 、 火山灰效应 、 微集料效应三重效应 ， 使粉煤灰对 混凝土强度的影响过程是随龄期的增长从负效应逐 渐 向正效应转变 ， 后期强度显著增加， 其活性明显优 于火山灰 。 从 图4可见 ： 经过长龄期的水化后 ， 全 F混凝土 ( 图 4 ( a ) ) 表面覆 盖一层较 为致密 的水化产物层 ， 而全 H混凝土( 图4 ( c ) ) 在胶凝材料内部也形成了 水化产物 ， 但结构显得较为疏松。 2 4干缩变形性能 全 F 、 全 H及 F+H碾压混凝土 干缩变形试 验 结果见表 4 。从试验结果可以看 出： 不同掺合料 碾 压混凝土干缩变形值差别不大 ； 相对而言 ， 全 F碾 压混凝 土干缩变形最小 ， F+H碾压混凝土干缩值 较大 ， 全 H碾压混凝土干缩值最大。这是因为 ： 与 含有大量致密球形玻璃体颗粒 的粉煤灰不同， 表面 粗糙 、 多孔的天然火山灰具有很大的比表面积 ， 对水 的吸附能力大 ， 所配制的混凝土用水量大 ， 过多的水 不仅使混凝土的性能受到影响 ， 而且未水化的吸附 水会逐渐蒸发 ， 造成水化面的收缩 ， 所配制的混凝土 干缩性将较大 。 表 4 不 同掺合料碾压混凝土干缩变形试验结果 Ta b l e 4 Te s t r e s u l o f s h n k a g e d e f o r ma t i o n o f RCC wi t h d i ffe r e n t m i x t u r e s 注 ： 表中数据“一” 号表 收缩变形。 2 5 耐久性能 全 F 、 全 H及 F+H碾压混凝土抗冻性能试 验 结果见表 5 。可 以看 出： 由于在试验过程 中控制不 同掺合料碾压混凝土含气量相同， 全 F、 全 H和 F+ H碾压混凝土的抗冻性能无 明显差别。 2 6 绝热温升值 全 F、 全 H及 F+H碾压 混凝土 ( 水胶 比0 6 3 ， 掺合料掺量 6 5 ) 绝热温升试验结果见表 6及图 5 。 可以看出： 全 F碾压混凝土绝热温升值最 小 ， 复合 掺碾压混凝土绝热温升值较大 ， 全 H碾压混凝土绝 热温升值最大。F+H碾压混凝土 2 8 d绝热温升值 比全 F碾压混凝土提高 1 6 ， 全 H碾压混凝土 2 8 d 绝热温升值 比全 F碾压混凝 土提高 3 1 。也就是 说 ， 全 H混凝土胶材用量 的增加 ， 使得混凝 土的绝 热温升值有较大提高。 第6期 毕亚丽 等掺粉煤灰与天然火山灰碾压混凝土性能对比试验 7 7 表 6 Ta b l e 6 不同掺合料碾压混凝土绝热温升试验结果 T e s t r esu l t s o f t h e a d i a b a tic t e mp e r a t u r e r i s e o f RCC wi t h d i f f e r e n t mi x t u r e s 20 1 6 1 2 s 4 0 3 6 9 1 2 1 5 1 8 21 2 4 2 7 3 0 龄期， d 图 5 不 同掺合料碾压混凝土绝热温升图 Fi g 5 Cur v e s of t h e a di aba tic t e mpe r a t ur e r i s e o f RCC wi t h di f f b r e n t m i x t u r e s 3 结 论 通过以上的试验研究可知 ： ( 1 )当水胶 比 、 减水 剂掺量一致时 ， 全 H混凝 土胶材用量较全 F混凝土增加 2 1 一2 8 ： F+H 混凝土胶材用量较全 F混凝土增加 9 一1 3 。 ( 2 )全 F 、 全 H及 F+H碾压 混凝土拌 和物 和 易性差别不大， 但要达到相 同的含气量掺火 山灰混 凝土引气剂掺量需提高， 全 H碾压混凝土凝结时间 较全 F碾压混凝土急剧缩短。 ( 3 )全 F碾压混凝土后期强度效应要明显高于 F+H和全 H混凝土。 ( 4 )全 F 、 全 H及 F+H碾压混凝土干缩 变形 值差别不大 ； 相对而言 ， 全 F碾压混凝 土干缩 变形 最小 ， F+ H碾压混凝土干缩值较大 ， 全 H碾压混凝 土干缩值最大 。 ( 5 )控制全 F 、 全 H和 F+H碾压混凝土含气 量相同时， 其抗冻性能无明显差别。 ( 6 )火山灰的掺人使得碾压混凝土胶材用量增 加 ， 绝热温升值提高。水胶 比相同时， F+H碾压混 凝土 2 8 d绝热温升值 比全 F碾压混凝土提高 1 6 ， 全 H碾压混凝土 2 8 d绝热温升值较全 F碾压混凝 土提高 3 1 。 总的来说 ， 当控制不 同掺合料碾压混凝土水胶 比和减水剂掺量相 同时 ， 掺火山灰碾压混凝土较掺 粉煤灰碾压混凝土胶材用量增加 ， 凝结时间急剧缩 短， 后期强度活性效应较低， 干缩变形值、 绝热温升 值增大。 参考文献 ： 1 蒋明镜， 郑敏， 王闯， 等不同颗粒某火山灰力学 性质研究 J 岩 土力学 ，2 0 0 9 ， 3 0( 2) ： 6 46 6 ( J I A N G Mi n g - j i n g ， Z HE N G Mi n ， WA N G C h u a n g ， e t a 1 Ex p e rime n t a l I n v e s t i g a t i o n o n Me c h a n i c a l P r o pe r t i e s o f a V o l c a n i c As h w i t h Di f f e r e n t Gr a i n S i z e Gr a d a t i o n s J R o c k a n d S o i l M e c h a n i c s ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 2 ) ： 6 4 6 6 ( i n C h i n e s e ) ) 2 张众， 李春红天然火山灰掺合料在水电工程中的 应用 J 云 南水力 发 电，2 0 0 9 ， 2 5( I ) ： 6 77 1 ( Z H A N G Z h o n g ， L I C h u n h o n g U s e o f N a t u r a l P o z z o l a n i c A d mi x t u r e i n C o n s t r u c t i o n of H y d r o p o w e r P r o j e c t s J Y u n n a n Wa t e r P o w e r ，2 0 0 9 ， 2 5 ( 1 ) ： 6 77 1 ( i n C h i n e s e ) ) 3 梁文泉， 何真天然火山灰在碾压混凝土中的凝结 特性 J 硅酸盐建筑制品，1 9 9 5 ， ( 4 ) ： 1 11 5 ( L I ANG W e n q u a n，HE Z h e n S e t t i n g P r o p e r t y o f Na t u r a l P o z z o l a n a B l e n d e d i n R o l l e r C o mp a c t e d C o n c r e t e J Ho u s i n g Ma t e r i als a n d A p p l i c a t i o n s ，1 9 9 5 ， ( 4 ) ： 1 1 1 5 ( i n C h i n e s e ) ) 4 MI N D E S S S ， Y O U N G J F ， D A R WI N D 混凝土 M 北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 5 ： 8 39 6 ( MI N D E S S S ， Y O U N G J F ， D A R WI N D C o n c r e t e M B e r i n g ： C h e m i c a l I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 5 ： 8 3 9 6 ( i n C h i n e s e ) ) 5 王福元， 吴正严粉煤灰利用手册 M 北京： 中国电 力 出 版 社 ，1 9 9 7 ： 1 2 41 3 2 ( WA N G F u y u a n ，WU Z h e n g y a n Ma n u al of F l y A s h A p p l i c a t i o n M B e r i n g ： C h i n a E l e c t ri c P o w e r P r e s s ，1 9 9 7： 1 2 41 3 2 ( i n C h i 7 8 长 江科 学院院报 2 0 1 2生 fl e s e ) 6 阎培渝 ， 张庆欢含有活性或惰性掺合料的复合胶凝 材料硬化浆体的微观结构特征 J 硅酸盐学 ， 2 0 0 6， 3 4( 1 2) ： 1 4 9 11 4 9 6 ( Y A N P e i y u ，Z H A N G Q i n g - h u a n Mi c r o s t r uc t u r a l Ch a r a c t e r i s t i cs o f Co mp l e x Bi nd e r P a s t e C o n t a i n i n g A c t i v e o r I n e r t M i n e r a l A d mi x t u r e s J J o u rnal o f t h e C h i n e s e C e r a m i c S o c i e t y ， 2 0 0 6， 3 4 ( 1 2 ) ： 1 4 9 11 4 9 6 ( i n C h i n e s e ) ) 7 冯乃谦高性能混凝土结构 M 北京： 机械工业出 版 社 ， 2 0 0 4 ( F E N G N a i - q i a n Hi g h P e rf o r ma n c e C o n c r e t e S t r u c t u r e M B e r i n g ： Me c h a n i c al I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 4 ( i n C h i n e s e ) ) 8 万志华， 李斌怀粉煤灰及其对水泥和混凝土性能的 影响 J 湖北教育学院学报， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 5 ) ： 3 94 1 ( WAN Z h i h u a ，L I B i n h u a i T h e F l y A s h a n d I t s I n fl u e n c e t o t h e C a p a b i l i t y o f C e m e n t a n d C o n c r e t e J J o u r n a l o f H u b e i U n i v e r s i t y o f E d u c a t i o n ， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 5 ) ： 3 9 4 1 ( i n C h i n e s e ) ) Co mp a r a t i v e S t u d y o n t h e Pe r f o r ma nc e s o f RCC wi t h Fl y As h a n d Na t u r a l Po z z o l a n a B I Ya - l i ，P E NG Na i z h o n g ，J I P e i mi n，Z HAN G Y o n g ( Hy d r o c h i n a X i b e i E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， X i a n 7 1 0 0 4 3， C h i n a ) ( 编辑 ： 周晓雁 ) Ab s t r a c t ： C o m p a r a t i v e s t u d y w a s c a r r i e d o u t o n t h e p e r f o r m a n c e s o f r o l l e r c o m p a c t e d c o n c r e t e( R C C)d o p e d r e - s pe c t i v e l y wi t h fly a s h，na t u r a l p o z z o l a n a，a n d b o t h fly a s h a n d p o z z o l a n a Co mpa r e d wi t h RCC wi t h fly a s h，mo r e c e me n t i t i o u s ma t e r i a l i s u s e d i n RCC wi t h n a t ur a l p o z z o l a n a wh e n t h e wa t e r - - b i n d e r r a t i o a n d t h e c o n t e n t s o f wa t e r - r e d u c i n g a g e n t a r e t h e s a me，r e s u l t i n g i n mu c h s h o r t e r s e t t i n g t i me A n d t h e s t r e n g t h a c t i v e e f f e c t i n l a t e r s t a g e i s l o we r wi t h l a r g e r s h rink a g e d e f o rm a t i o n a nd hi g h e r a d i a ba t i c t e mp e r a t u r e r i s e T h e r e s e a r c h r e s u l t s p r o v i de d a t a s u p p o r t f o r t h e u t i l i z a t i o n o f n a t u r a l p o z z o l a n a a s a mi x t u r e i n RCC i n s o ut h we s t Ch i n a Ke y wo r ds： r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e；n a t u r a l p o z z o l a n a；fly a s h；c o mp a r a t i v e p e rfo r ma n c e t e s t 客 叠 客 盒 客 客 客 盎 叠 客 客 客 客 套 套 客 客 客 盒 客 客 客 套 客 盒 盒 盒 盒 客 盎 客 客 客 套 盍 度 客 客 客 客 客 客 套 盒 客 盒 客 盎 客 盎 客 套 客 客 客 盒 客 盎 客 客 ( 上接第 7 3页 ) S l o p e S t a b i l i t y a n d Re l i a b i l i t y o f Ka j i wa C o n c r e t e - F a c e Ro c k fil l Da m Us i n g No n l i ne a r S t r e n g t h Pa r a me t e r s Z HE NG T i a n z h o n g ，WANG W a n q i a n ，L I Xi a o x i a o ，L U O We n g u a n g ，C HEN J i a n - k a n g ( 1 T h e S e a w a l l R i v e r Ma n a g e me n t O f fi c e o f We n z h o u ， We n z h o u 3 2 5 0 0 0 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e o f Wa t e r R e s o u r c e a n d H y d r o p o w e r ，S i c h u a n U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 0 6 5 ，C h i n a ) Abs t r a c t： L a r g e s c a l e c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l da ms a r e f a c i n g wi t h t e c hn o l o g i c a l c ha l l e n g e s c a u s e d b y g e o l o g i c a l c o n- d i t i o n，h i g h s e i s mi c i n t e n s i t y，a n d l a r g e d a m h e i g h t W e a d o p t e d t h e l i mi t e q u i l i b riu m t h e o r y a n d r e l i a b i l i t y t h e o ry t o c a l c u l a t e t h e d a m s l o p e s t a b i l i t y o f K a j i w a c o n c r e t e - fac e h i g h r o c k fi l l d a mWe a n a l y z e d t h e s l o p e s t a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y c o n s i d e ri n g n o n l i n e a r s t r e n g t h p a r a me t e r s ，a n d i n v e s t i g a t e d t h e i n fl u e n c e o f t e c h n i c al i n d e x e s a n d s a f e t y f a c t o r s o n t h e s l o pe s t a b i l i t y Co mp a r e d wi t h t h e l i mi t e q u i l i b riu m me t h o d，t h e r e l i a b i l i t y t h e o r y b a s e d me t h o d e m- p l o y e d t o d e s i g n d a m s l o p e c o u l d q u a n t i f y t h e s a f e t y ma r g i n，a n d t h e r e b y i s c o n t ri b u t i v e f o r t h e o p t i ma l d e s i g n o f h i g h r o c k fil l d a m s l o pe I t s o f p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e for c o s t r e d u c t i o n a n d e n v i r o n me n t al p r o t e c t i o n K e y w o r d s ： l i m i t e q u i l i b r i u m m e t h o d ；r e l i a b i l i t y ； d a m s l o p e s t a b i l i t y ； K a j i w a c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m