粉煤灰对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 3 年 第 9 期 (总 第 2 8 7 期 ) Nu mb e r 9 i n2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI ，AND ADM I N1 CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 9 0 2 3 粉煤灰对混凝土性能的影响 王亮 。郭莲 z ，李文财 ，李基铭 。 ( 1 亚泰集团沈阳建材有限公司 ，辽宁 沈阳 1 1 0 1 3 6 ；2 沈阳市政集团有限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 1 ； 3 华信北方城建集团股份有 限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 4 2 ) 摘要： 主要研究在混凝土中掺入粉煤灰 ， 对混凝土不同龄期强度 的影响 。 同时将 回弹法强度与抗压法强度进行 比较。 研究粉 煤灰对混凝土抗压和回弹强度 的影响。 通过将混凝土试件标养 ， 测其 7 、 2 8 、 6 0 d的抗压强度 ， 并回弹 6 0 d的强度 。 试验结果表明 ： 1 5 0 mmx l 5 0 mmx 1 5 0 n l i n 试件的抗压强度均较回弹高 ； 7 d时混凝土的强度均较低 ， 6 0 d时， 混凝土强度仍有稳步的增长 ； 相同龄 期 ， 随着粉煤灰掺量的增加混凝土的氯离子扩散系数随之降低 。 随着龄期的增长混凝土的氯离子扩散系数随之降低 。 粉煤灰能够 提高混凝土的后期强度 同时降低混凝土的氯离子扩散系数 ， 提高混凝土的抗渗性能； 混凝土回弹时的强度较抗压时低 ， 主要是因 为粉煤灰活性的激发需要碱性条件和湿度条件 ， 碳化和湿度低是造成掺粉煤灰混凝土 回弹强度低的主要原因。 关键词 ： 粉煤灰 ；强度；回弹强度 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 3 ) 0 9 一 O 0 8 0 0 3 I m p a c t o f f l y a s h on c o n c r e t e p e r f o r ma n c e WANG Li a n g ， GUO Li a n 2 LI We nc a i ， LIJ i - mi n g。 ( 1 Ya t a i Gr o u p S h e n y a n gBu i l d i n gMa t e ria l s Co ， L t d ， S h e n y a n g 1 1 0 1 3 6 ， C h i n a ； 2 S h e n y a n gMu n i c i p a l Gr o u p， S h e n y a n g 1 1 0 0 2 1 ， Ch i n a ； 3 Hu a x i nNo r t hUr b a nCo n s t r u c t i o nGr o u pCo ， L t d ， S h e n y a n g 1 1 0 0 4 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e i mpa c t o f fly a s h a mo un t o n c o nc r e t e s t r e ng t h f r o m a g e s i s s t ud i e d i n t h i s p a p e r an d the n the c omp a ris o n i s c o nd uc t e d b e t we e n r e b ou nd a n d c o mpr e s s i v e s ge n g t h S tud y t he i n flue n c e o f fly a s h o n c o nc r e t e c o mp r e s s i ve a n d r e b o u nd t e s t s e n g t hTe s t 7， 28 an d 6 0 d c o n c r e t e c o mp r e s s i ve s tre n g t h， whi c h a r e c u r e d a c c o r di n g t o na t i o n a l s t a n d ard a s we l l a s 6 0 d r e bo un d s ge n g t hTh e r e s ul t s s h o w ： a l l t he c omp r e s s i v e s t r e n g t h s of 1 5 0 mm xl 5 0 mmxl 5 0 n l n l s i z e c u b e s are h i g h e r than t h e o ne of r e b o u nd； g e n e r a l l y， 7 d s tre n g t h o fc o n c r e t e a r e l o w an d 6 0 d s tre ng th ofc o n c r e t e i s s t i l l g r o wi n g s t e a d i l y； i n t he s a me a ge di ffu s i o n c o e f fic i e n t o fc hl o r i d e i o n d e c r e a s e s wi t h i n c r e ase O f fl y a s h a mo un t Al o n g wi th a g e u p d i ffus i o n c o e ffi c i e n t o f c h l o ride i o n d e c l i n e s F l y a s h c o u l d i mp r o v e c o n c r e t e l o ng t e r m s e n g t h an d c o n c r e t e wa t e r r e s i s t a n c e a b i l i t y b y l o we ri n g c h l o r i d e i o n d i ff u s i o n c o e f fi c i e n t ； c o n c r e t e r e b o un d s tre n g t h i s l o we r than i t s c o mp r e s s i v e s tre ng t h i s ma i n l y d u e t o the a l k a l i ne an d h umi di t y c on d i t i o n whi c h C an a c t i v a t e fl y a s h a c t i vi t y Carb o ni z a t i o n and h um i dit y a r e the ma i n r e a s o n s t o c a u s e l o w r e b o un d s tr e n gth o f c o n c r e t e wi th fl y a s h a d d i t i v e K e y wor ds ： fl y - a s h ； s t r e n gth ； r e b o und s tr e n g t h 0 引言 1 原材料、 配合比和试验方法 粉煤灰作 为一种业 内公认 的绿色环保材料也是 当今 混凝土生产中不可或缺的， 其 自身的三种效应【 1 ， 可以提高 混凝土的抗渗性、 增强混凝土后期强度、 保持混凝土的体 积稳定性 、 降低大体积混凝土的水化热 。 实际工程 中， 在用 回弹法对混凝土进行主体检测时， 掺粉煤灰混凝土的强度 往往较低， 而当在进行钻心时， 强度却能达到设计要求。 1 1 原材料 水泥： 亚泰集团铁新水泥厂生产的鼎鹿牌 P O 4 2 5 级 水泥 ， 见表 1 。 粉煤灰 ： I 级粉煤灰 ， 化学成分见表 2 ， 物理成分见表 3 。 粗集料 ： 亚泰集 团铁岭 东山石 场碎石 ， 粒径 5 - 2 5 m m 连续级配； 5 - 1 6 ml n连续级配， 各项指标符合标准的规定。 表 1 水泥物理性质 收稿 日期：2 0 1 3 - 0 3 1 6 80 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 粉煤灰的物理成分 细集料： 中砂， 连续级配， 各项指标符合标准的规定。 聚羧酸高效减水剂； 各项指标符合标准的规定 ； 掺量 为 2 2 】 。 水 ： 饮用水 ； 各项指标符合标准的规定 。 1 2 试验配合 比和方法 1 2 1 试 验 配 合 比 试验配合 比， 见表 4 。 表 4 混凝土配合比 ， ， 品 ， XT00 5 4 8 O 4 4 2 7 0 1 2 0 8 7 0 9 7 0 2 2 0 1 7 0 XT00 6 4 6 0 4 0 3 0 0 1 2 0 8 3 0 9 8 0 2 2 0 1 7 0 XT0 07 4 5 0 3 8 3 3 0 1 2 0 8 1 0 9 9 0 2 4 0 1 7 0 XT0 08 4 3 0 3 5 3 6 0 】 2 O 7 7 0 】0 0 0 2 4 O 】 7 0 1 2 2 试验方法 试验方法 ： 每一配合 比混凝土分三次搅拌成型， 分别成 型 1 0 0 mm 1 0 0 mmx l 0 0 rai n和 1 5 0 mmx l 5 0 mm l 5 0 mi l l 的立方体试件 ， 进行标准养护。 分别测其 7 、 2 8 、 6 0 d 抗压强 度和氯离子扩散系数 ， 6 0 d时 1 5 0 m mx l 5 0 mmx l 5 0 m_r n 的 回弹强度 。 2 试验 结果 与分析 2 1 掺粉 煤灰混凝土不 同龄期的 强度 由图 1 可知 ： 随着龄期 的增长 ， 混凝 土的强度 随之增 长。 7 d时混凝土的强度均较低， 因为粉煤灰在早期由于自 身是 空心微珠 的玻璃体 4 1 ， 均匀地填充在水泥石 中其 自身 并未进行水化反应。 第一， 相当于降低了胶凝材料的整体活 性 ； 第二 ， 部分粉煤灰吸收了水泥水化反应所放 出的热量 ， 降低了胶凝材料整体温度 ， 而水泥水化的化学反应和温度 成正比， 因此水化速率下降。 粉煤灰的二次水化反应必须 破坏粉煤灰微珠表 面致密 的玻璃 质表层 以及硅酸盐水泥 的水化产物 C a ( O H) 和 C S - H在粉煤灰颗粒表面形成包 裹层 5 1 ， 而这一过程十分缓慢的 ， 从而影响 了粉煤灰火 山灰 效应 的发挥 ， 进一步阻碍了混凝土的早期 强度的发展 。 70 60 5 0 皇 4 0 簧 3 0 2 0 1 0 0 XT0 0 5 XT 0 0 6 XT0 0 7 XT 0 0 8 图 1 掺粉煤灰混凝土不同龄期的强度 2 8 d时， 随着水泥进一步水化， 在一定湿度和碱性条 件的激发下， 粉煤灰的火山灰性被激发 ， 进行二次水化反 应生成水化铝酸钙和硅酸钙凝胶 ， 填充在水泥石的空隙中 ， 同时能够消耗混凝土过渡区 中定 向排列的 C a ( O H) ， 改善 了过渡 区的结构 ， 使得混凝土 的后期强度增涨幅度较大 。 6 0 d时 ， 混凝土强度仍 有稳步的增长 ， 主要是 由于粉煤灰 二次活性 的激发 。 2 2 掺粉 煤灰混凝土抗压与回弹强度 对比 由 2图可知 ： 1 5 0 m mx l 5 0 m mx l 5 0 ra i n 试件 的抗压强 度均较回弹高 ， 最都相 差 2 0 MP a ， 最少相差 1 2 MP a 。 在工 程试件 中， 往往会发生 回弹强度低 ， 主体工程不合格 ， 而 当 钻心取样后抗压强度高， 主体合格的情况。 其原因： 现代 混凝土生产过程中掺人不同的矿物掺合料， 而粉煤灰时最 普遍、 经济、 环保的胶凝材料之一。 混凝土掺入粉煤灰后， 粉煤灰活性 的激发需要一定 的湿度 ， 工程 中往往拆模时间 早 ， 养护不到位 ， 加上季风气候 ， 高层 、 超高层的相对湿度 较小 ， 浇筑实体的表面粉煤灰的活性未充分激发 ， 因此实 体表面强度比内部要低。 粉煤灰活性的激发同时需要一 定的碱性物质和， 水泥水化所形成的C a ( O H) ： ， 长时间暴露 在空气中， 会发生碳化反应生成 C a C 0 3 ， 部分 C a ( O H) 未能 激发粉煤灰的活性， 导致粉煤灰不能完全水化， 因此混凝土 的后期强度较低。 混凝土的内部处于相对绝湿的状态， 内部 的湿度和碱性物质均存在 ， 粉煤灰的活性得以充分的发挥 ， 因此强度较表面的高。 造成回弹强度较抗压强度低的现象 。 7 0 6 0 5 0 皇4 0 3 0 2O l O 0 口6 0 d 抗压 1 5 0 1 6 0 d 回弹1 5 0 - _ _ - X l 005 X l 006 X l007 X l UU 图 2 混凝土标养 6 0 d龄期的抗压和 回弹强度 在实际工程中 ， 不 同部位掺入粉煤灰的量应当有所不 同 ， 避免混凝土掺人粉煤灰后 ， 后期 的火 山灰效应 因湿度 和碱性物质的影响而不能被激发 ， 从而影 响粉煤灰的二次 水化 ， 影响混凝土的后期强度。 2 3 不 同尺寸掺 粉煤灰混凝土的抗压 强度 由图 3可知 ： 6 0 d时 ， 1 0 0m mx l 0 0 m mx l 0 0i n n l 试件 均较 1 5 0 m mx l 5 0 mmx l 5 0 m l T l 试件的强度低 ， 但强度相差 不大， 最多相差 5 MP a 。 因为混凝土试件在压力机上受压时 ， 在沿加荷方向发生纵向变形的同时， 也按泊松比效应产生 横向膨胀。 而钢制压板的横向膨胀较混凝土小， 因而在压板 与混凝土试件受压面形成摩擦力， 对试件的横向膨胀起着 约束作用 ， 这种约束作用称为“ 环箍效应” 。 但由于有相关 系数( 0 9 5 ) 的存在， 使得 1 0 0 m mx l 0 0 mm x l 0 0 m l n试件较 1 5 0 m mx l 5 0 m mx l 5 0 m mi 4 4 ： 的强度低 ， 但相差不大 。 81 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 6 O 5O 皇4 0 簧 s o 20 1 0 0 l0 05 五 lUUO X l UU 7 X F UO8 图 3 不同尺寸掺粉煤灰混凝土的强度 2 4 掺粉 煤灰混凝 土的氯 离子扩散 系数 如图4可知： 相同龄期， 随着粉煤灰掺量的增加混凝 土 的氯离子扩散系数随之降低。 随着龄期的增长混凝 土的 氯离子扩散系数随之降低 。 6 0 d 龄期时 ， 随着粉煤灰掺量 的 增加混凝土的氯离子扩散系数降低越 明显。 粉煤灰主要成 分是 S i O 和 A 1 2 0 ， 经化学反应生成了铝酸钙和硅酸钙凝胶 产生了膨胀 ， 改变混凝土的孔结构 6 - 7 。 70 6 0 50 皇4 0 30 2O 1 0 O 7 d 2 8 d 6 0d 图4 混凝土的氯离子扩散系数 3结论 ( 1 ) 粉煤灰能够提高混凝土的后期强度。 由于有系数的 存在， 1 0 0 m m x l O 0 m m x l O 0 m m试件的抗压强度与 1 5 0 m m x 上接第 7 6 页 ( 2 ) 小麦秸秆纤维中的溶出物使水泥水化程度降低， 水化产物减少 ， 从而降低水泥石整体强度 。 ( 3 ) N a O H溶液预处理 ， 能改善小麦秸秆纤 维与水泥 接触界面 ， 促使秸秆纤维 中的糖类 物质溶 出 ， 降低对水泥 水化的影响。 ( 4 ) 掺人经 N a O H溶液预处理小麦秸秆纤维 的水泥胶 砂试件 的 2 8 d 抗折强度和抗压强 度分别是未处理 的 1 7 8 倍和 1 6 6 倍 ，达到 5 0 3 、 1 8 7 2 MP a 。 本文对水泥基小麦秸 秆纤维材料的研发有重要意义 。 参考文献： 【 1 刘洪凤， 俞镇慌 秸秆纤维性能 J _ 东华大学学报， 2 0 0 2 ， 2 8 ( 2 ) ： 1 2 3 1 28 2 詹怀宇 纤维化学与物理【 M E 京： 北京科学出版社， 2 0 0 5 3 KR I KE R A， B AL I A， D E B I C KI G， e t a 1 Du r a b i l i t y o f d a t e p a l m fi b e r s a n d t h e i r u s e a s r e i n f o r c e m e n t i n h o t d r y c l i m a t e s J C e m e n t C o n - c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 8 ( 3 0 ) ： 6 3 9 6 4 8 82 1 5 0 m mx l 5 0 ra i n 试件 的强度相差不大。 ( 2 ) 混凝土 回弹时的强度较抗压 时低 ， 主要是因为粉 煤灰活性的激发需要碱性条件和湿度条件 ， 碳化和湿度低 是造成掺粉煤灰混凝土回弹强度低的主要原因。 ( 3 ) 实际工程应用粉煤灰 时 ， 根据浇筑部位的不 同相 应粉煤灰的掺量也应当不同， 较薄的梁板墙应当降低粉煤 灰 的掺量 。 ( 4 ) 粉煤灰能够降低混凝 土的氯 离子扩散系数 ， 提高 混凝土的抗渗性能。 建议基础大体积混凝土掺入粉煤灰提 高混凝土的抗渗性， 同时降低混凝土的水化热。 参考文献： 【 1 乔凤娇 掺粉煤灰高性能混凝土收缩性能研究 J 】 2 0 0 7 ( 7 ) 【 2 项翥行 建筑工程常用材料试验手册【 M 】 北京： 中国建筑工业出 版社 ， 1 9 9 8 3 G B 5 0 1 1 9 -2 0 0 3 ， 混凝土外加剂应用技术规范【 s 】 E 京： 北京建 筑工业出版社 ， 2 0 0 3 f 4 AT I S C D Ac c e l e r a t e d c a r b o n a t i o n a n d t e s t i n g o f c o n c r e t e ma d e wi t h f l y a s h J C o n s t r u c t i o n & B u i l d Ma t e r ， 2 0 0 3 ， 1 7 ( 3 ) ： 1 4 7 - 1 5 2 【 5 】M E H T A P K 混凝土的结构、 性能与材料【 M 同济大学出版社， 1 9 91 f 6 16 张巨松， 韩自博， 王立巍， 等 抗裂防水剂与矿物掺合料复合对 混凝土C l - r 散系数的影o NJ 沈阳建筑大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 5 ) ： 9 4 8 9 5 8 7 】 习国华大掺量粉煤灰的试验研究江西建材 J 1 9 9 7 ： 2 8 3 0 作者简介 联 系地 址 联系电话 王亮( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 工程师， 研究方向： 高性能混凝土研 发与生产技术。 沈阳市沈北新区天乾湖街 3 5 号( 1 1 0 1 6 1 ) 02 4 3 1 3 9 8 5 07 【 4 】 李家和 水泥基稻草纤维材料性能及结构的研究 J _武汉理工大 学学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 5 ) ： 1 3 1 5 ， 2 3 【 5 】 张建波 硅酸盐与硫铝酸盐复合水泥孔隙液相 P H值变化研究叨 水泥 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 - 4 【 6 】朱祥掺农作物秸秆水泥浆体的水化与硬化性能【 J 】 材料科学与 工程学报， 2 0 1 0 ， 2 8 ( 5 ) ： 7 4 8 7 5 2 【 7 Ho l me r S a v a s t a n o J r ， Va h a n Ag o p y a n ， Ad r i a n a M， e t a1P l a n t fi b r e r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o n e n t s f o r r o o f i n g J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 1 9 9 9 ( 1 3 ) ： 4 2 8 - 4 3 3 作者简介 联系地址 ： 联系电话 ： 张琳( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 研究方向 ： 结构非线性 分析。 山东省泰安市岱宗大街 6 1 号 水利土木工程学院 办公室 2 0 1 1 级研究生( 2 7 1 0 1 8 ) 1 51 6 38 96 7 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m