超大掺量粉煤灰

超大掺量粉煤灰（精选5篇）

超大掺量粉煤灰 第1篇

超大掺量粉煤灰混凝土中粉煤灰取代水泥率将达30~40%, 混凝土强度达20~100Mpa, 超大掺量粉煤灰混凝土的耐久性达到国家规范的要求, 施工技术得到减化。并保证工程质量。每立方米混凝土节约水泥平均为120kg, 降低造价40元/m3。争取粉煤灰利用率达60~70%, 这样既减少了生产水泥对环境的污染, 又控制由于电厂排放粉煤灰对环境的污染, 同时它可以变废为宝, 化害为利, 降低混凝土成本并可节约堆放粉煤灰所占用的大量宝贵的土地。

表1中各混凝土碳化试验结果见表1、图1、图2、图3和图4。结果说明, 随着混凝土中的粉煤灰掺量的增大, 混凝土碳化深度增大。

粉煤灰是一种具有潜在活性的火山灰掺合料, 含大量活性的Si O2和Al2O3, 被Ca (OH) 2激活, 并发生化学反应, 生成水化产物, 使混凝土孔隙率下降, 密实度增加。阻碍了CO2气体进入, 使混凝土抗碳化性能较好。但当粉煤灰取代水泥率达到40%以上和水胶比大于0.50时, 混凝土的密实度下降, 其抗碳化性能急剧下降。

通过上述混凝土碳化实验结果得出:在标准试验条件下碳化7d, 粉煤灰取代率为33%, 碳化深度为5.0mm, 但粉煤灰取代率为40%, 碳化深度为6.5mm。水胶比增大碳化深度增大。

在标准试验条件下碳化14d, 粉煤灰取代率为33%, 碳化深度为6.1mm, 但粉煤灰取代率为40%, 碳化深度为8.9mm。水胶比增大碳化深度增大。

在标准试验条件下碳化28d, 相

当于大气条件下碳化50年。粉煤灰取代率为33%, 碳化深度为7.5mm, 但粉煤灰取代率为40%, 碳化深度为11.5mm。水胶比增大碳化深度增大。

超大掺量粉煤灰 第2篇

为此, 本文研究了较长龄期下, 膨胀剂掺量以及养护时间对粉煤灰掺量为50%、60%的混凝土抗压强度的影响, 并通过扫描电镜观察了大掺量粉煤灰混凝土在不同养护时间下的内部微观结构和形貌特征, 探讨了膨胀剂、养护时间对大掺量粉煤灰混凝土抗压强度影响的机理, 同时得出最佳辅助胶凝材料掺量以及最优养护时间。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥:北京金隅股份有限公司生产的P.O 42.5水泥, 标准稠度用水量为27.8%, 初凝时间为180min, 终凝时间为320min, 3d抗折强度为3.9MPa, 抗压强度为16.0MPa;28d抗折强度为7.1MPa, 抗压强度为49.5MPa。

粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰, 细度11.2 (45μm筛余量) , 需水量比102%。

膨胀剂:中国建筑材料科学研究总院研制的HCSA高效混凝土膨胀剂。

骨料:粗骨料为人工碎石, 料堆积密度为1510kg/m3, 表观密度为2650kg/m3, 孔隙率为42.0%;细骨料为天然河砂, 堆积密度为1660kg/m3, 表观密度为2560kg/m3, 孔隙率为42.9%。

减水剂:北京市方兴化学建材有限公司生产的JF-1高效减水剂 (固体含量为40%) 。

水:自来水。

1.2 试验方法及配合比

保持粉煤灰掺量 (50%、60%) 不变, 改变HCSA膨胀剂掺量 (0%、6%、8%和10%) 和养护时间 (0天, 7天, 14天, 28天) , 采用200t万能试验机测试边长为100mm的立方体试件不同龄期时的抗压强度。

在HCSA膨胀剂掺量6%、养护时间0天和28天的120天龄期混凝土试件内部取样, 在FEI Quanta250环境扫描电镜下观察混凝土内部的微观结构和形貌特征。

其中, 养护0天, 为成型后直接置于自然环境中, 7天拆模后继续放置于自然环境中;养护x天, 为成型后棉被覆盖浇水养护至7天拆模, 继续放置于标准养护室养护至x天后放置于自然环境中。混凝土试验配合比见表1。

2 试验结果及分析

2.1 HCSA膨胀剂掺量对大掺量粉煤灰混凝土抗压强度的影响

2.1.1 HCSA膨胀剂掺量对粉煤灰掺量为50%的混凝土抗压强度的影响

粉煤灰掺量为50%时, 不同HCSA膨胀剂掺量的混凝土抗压强度发展曲线如图1所示。由图1可以看出, 不同养护时间下, HCSA膨胀剂的掺量从6%增加到10%时, 抗压强度均高于未掺加HCSA膨胀剂的混凝土。HCSA膨胀剂掺量为6%时, 混凝土抗压强度有明显提高, HCSA膨胀剂掺量为8%的混凝土次之, 而膨胀剂掺量为10%的混凝土抗压强度仅稍微有所提高。养护7天时, 就70天龄期来看, HCSA膨胀剂掺量为6%时, 混凝土抗压强度提高66%;HCSA膨胀剂掺量为8%时, 混凝土抗压强度提高32%;HCSA膨胀剂掺量为10%时, 混凝土抗压强度提高18%。

原因可能是粉煤灰在水化过程中会消耗掉水泥水化产生的Ca (OH) 2, 从而使得早期混凝土内部产生较多的孔隙, 混凝土的内部结构较为疏松, 而膨胀剂水化将会产生较多的膨胀产物和膨胀能, 从而很好地填补了由于粉煤灰水化而产生的孔隙和空隙, 使得混凝土内部的结构变得致密, 从而提高了混凝土的抗压强度。但是, 膨胀剂掺量不同会产生不同的膨胀能。8%和10%掺量的HCSA膨胀剂混凝土, 膨胀剂可能已经过掺, 从而产生了部分有害的膨胀能, 对混凝土抗压强度的提高无益。

2.1.2 HCSA膨胀剂掺量对粉煤灰掺量为60%的混凝土抗压强度的影响

粉煤灰掺量为60%时, 不同HCSA膨胀剂掺量的混凝土抗压强度发展曲线如图2所示。由图2可以看出, 不同养护时间下, HCSA膨胀剂的适当掺入可以提高混凝土的抗压强度。并且, HCSA膨胀剂掺量为6%时能显著改善大掺量粉煤灰混凝土的抗压强度, 掺量为8%的有一定效果, 而掺量为10%的效果不明显, 甚至一定龄期下有所降低。养护7天时, 就70天龄期来看, HCSA膨胀剂掺量为6%时, 混凝土抗压强度提高23%;HCSA膨胀剂掺量为8%时, 混凝土抗压强度提高15%;HCSA膨胀剂掺量为10%时, 混凝土抗压强度降低3%, 说明膨胀剂已经过掺, 反而影响了混凝土的抗压强度。

所以在HCSA膨胀剂的工程应用中, 为了更好的发挥膨胀剂的膨胀效果, 膨胀剂的掺量应有一定的限制, 不可过掺。对于粉煤灰掺量为50%、60%的混凝土, HCSA膨胀剂的掺量宜为6%。

2.2 养护时间对掺加6%HCSA膨胀剂的大掺量粉煤灰混凝土抗压强度的影响

不同养护时间下, HCSA膨胀剂掺量为6%的大掺量粉煤灰混凝土抗压强度发展曲线如图3所示。养护7天、14天、28天的混凝土抗压强度较不养护的混凝土抗压强度有一定提高。由图3 (a) 可知, 粉煤灰掺量为50%时, 就70天龄期来看, 养护7天混凝土抗压强度较不养护的混凝土抗压强度提高13%, 养护14天、28天, 混凝土抗压强度提高不明显;由图3 (b) 可知, 粉煤灰掺量为60%时, 就70天龄期来看, 养护7天、14天混凝土抗压强度较不养护的混凝土抗压强度提高12%, 养护28天混凝土抗压强度较不养护的混凝土抗压强度提高18%。

原因可能是, 粉煤灰掺量为60%时, 养护28天保证了水泥、粉煤灰、膨胀剂水化所需的水分和温度得到充分供给, 混凝土较为致密, 强度得到明显提高;而粉煤灰掺量为50%时, 混凝土内部由于粉煤灰水化消耗Ca (OH) 2产生的空隙和孔隙较粉煤灰掺量为60%时少, 养护14天、28天, 膨胀剂由于充足的水分和温度加快了其膨胀作用, 产生了过量的膨胀能, 对混凝土抗压强度提高反而不利。

在实际的工程应用中, 养护时间的增长意味着工程成本的增加, 故需要在混凝土强度和工程成本之间寻找出一个平衡点。由分析结果可以看出, 对于粉煤灰掺量50%、60%的混凝土, 养护7天, 均是最优选择。

2.3 扫描电镜 (SEM) 分析

在足够试样扫描电镜充分选点分析的基础上, 结合典型扫描电镜照片对整体微观特征做出如下分析。图4为不同养护时间下HCSA掺量为6%、粉煤灰掺量为50%的120d混凝土SEM图。由图4可以看出, 对于HCSA膨胀剂掺量为6%、粉煤灰掺量为50%的膨胀剂混凝土, 不养护与养护28天的微观结构形貌和水化产物有着很大的差异。图4 (a) 中针状及细棒状的钙矾石很少;图4 (b) 中存在针状及细棒状的钙矾石, 呈草丛状, 密集地填充与混凝土的孔隙和缝隙中, 与周围的C-S-H凝胶交融生长。

图5为不同养护时间下HCSA掺量为6%、粉煤灰掺量为60%的120d混凝土SEM图。由图5可知, 对于HCSA膨胀剂掺量为6%、粉煤灰掺量为60%的膨胀剂混凝土, 也可以发现前述现象, 图5 (a) 中基本全为C-S-H凝胶, 只在缝隙中有少量的丝状钙矾石的生成, 而图5 (b) 中, 针状和细棒状的钙矾石密集地分布于混凝土的缝隙当中, 且与周围的C-S-H凝胶融为一体。

由此可以得出, 养护有利于HCSA膨胀剂膨胀效能的发挥, 有利于钙矾石的生成, 从而便于形成致密的混凝土内部结构, 对混凝土强度的发展起着至关重要的作用。另外, 养护也有利于水泥和粉煤灰的水化, 有利于C-S-H凝胶与钙矾石交融生成致密的水泥石结构。

结论

(1) 适量的HCSA膨胀剂能显著提高大掺量粉煤灰混凝土的抗压强度。对于粉煤灰掺量为50%、60%的混凝土, HCSA膨胀剂的最佳掺量为6%。

(2) 粉煤灰掺量为50%时, 就70天龄期来看, 养护7天混凝土抗压强度较不养护的混凝土抗压强度提高13%, 养护14天、28天, 混凝土抗压强度提高不明显;粉煤灰掺量为60%时, 就70天龄期来看, 养护7天、14天混凝土抗压强度较不养护的混凝土抗压强度提高12%, 养护28天混凝土抗压强度较不养护的混凝土抗压强度提高18%。

(3) 对于粉煤灰掺量为50%、60%的混凝土, 掺入6%的HCSA膨胀剂且棉被覆盖浇水养护时, 混凝土内部产生针状及细棒状的钙矾石, 密集填充在混凝土缝隙中, 且与周围的C-S-H凝胶交融生成致密的水泥石结构。

(4) 对于粉煤灰掺量为50%、60%的混凝土, 同时考虑抗压强度及成本效益, 掺入6%的HCSA膨胀剂, 棉被覆盖浇水养护7天, 效果最佳。

摘要：针对膨胀剂掺量不当、养护时间不足会影响大掺量粉煤灰混凝土强度的问题, 本文研究了较长龄期下, 膨胀剂掺量以及养护时间对大掺量粉煤灰混凝土强度的影响, 并通过扫描电镜观察了大掺量粉煤灰混凝土在不同养护时间下的内部结构形貌特征。结果表明, 在粉煤灰掺量为50%和60%的混凝土中, 掺入6%的HCSA膨胀剂且棉被覆盖浇水养护时, 混凝土内部产生针状及细棒状的钙矾石, 密集填充在混凝土缝隙中, 与周围的C-S-H凝胶交融生成致密的水泥石结构, 从而明显提高了混凝土抗压强度;养护7天时, 混凝土70天龄期抗压强度分别提高66%和32%。HCSA膨胀剂掺量6%, 养护7天, 可以达到工程成本与混凝土强度的最佳协调。

大掺量粉煤灰加气混凝土的制备 第3篇

能源问题是当前世界各国普遍重视的问题, 被列为人类面临的四大生存问题之一[1]。加气混凝土是一种多功能多用途的符合现代建筑特点和要求的环境友善型材料。将粉煤灰等混合材用于加气混凝土的制造, 一方面可以降低水泥用量, 从而降低水化热, 防止硬化过程构件开裂或变形, 同时还可以处理工业废渣, 提高混凝土的性能。根据粉煤灰的化学特征、几何特征和物理特征, 粉煤灰应用于加气混凝土的作用机理归结为三个基本效应:形态效应、活性效应和微集料效应[2]。

加气混凝土具有[3]轻质, 保温隔热性能好, 隔音耐火性能好, 抗震性能强等特点, 是迄今能够同时满足墙体材料革新和节能65%要求的唯一单一墙体材料。

本实验制备大掺量粉煤灰加气混凝土材料, 力争为有效地处理工业废渣粉煤灰找到新的途径;改善粉煤灰制品强度性能, 为粉煤灰材料向高强方向发展奠定基础;采用免蒸压自然养护生产条件, 与高温高压蒸养相比, 节省了能耗, 减少了蒸压釜设备投资, 降低了成本, 符合节能利废的目标;制备粉煤灰加气混凝土是一种具有保温性能好、施工方便、成本低、便于推广等优点的节能新型墙体材料。

1实验原料

1.1粉煤灰

粉煤灰采用厦门重嘉电厂收尘系统排放的干排粉煤灰, 属II级灰, 见表1。

粉煤灰作为活性填充料加入配料中, 其玻璃体中的活性Si O2和A12O3可与料浆中的Ca (OH) 2发生反应, 生成水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙, 赋予多孔材料一定的强度, 尤其对材料的后期强度有较大贡献[4]。

1.2水泥

采用闽福42.5R普通硅酸盐水泥, 见表2。

1.3发泡剂

发泡剂的选择要遵循四个原则[5]: (1) 分解温度与发泡料浆固化温度相适应; (2) 发泡量大; (3) 相对安全; (4) 价格低。发泡剂采用福建国药集团生产的30%浓度的过氧化氢 (双氧水) 为发泡剂, 它不需借助发泡设备, 直接通过化学反应引入大量气泡即可达到发泡目的。

1.4外加剂与水

外加剂为科之杰Point-400高效减水剂。采用符合加气混凝土材料要求的洁净自来水, 用于粉煤灰、水泥等干物料的拌合。

2结果与分析

2.1大掺量粉煤灰加气混凝土抗压强度分析

注:粉煤灰掺量65%、75%时, 强度过低, 不予讨论。

由表3实验结果可知抗压强度随水灰比的减小而增大, 膨胀率则相反。为了便于比较, 将加气混凝土28d抗压强度变化情况绘图 (见图1) , 并对各考核指标进行分析如下:

从7d和28d抗压强度结果可以看出, 因素粉煤灰和水泥掺量对抗压强度有明显影响。原因是粉煤灰的火山灰效应较慢, 随着养护龄期的增长, 粉煤灰的二氧化硅逐渐被激活, 与Ca O及水发生了反应, 粉煤灰对加气混凝土后期强度产生了影响。

实验中水灰比对加气混凝土力学性能的影响, 可以从加气混凝土中水的分布形式和气孔的特点进行解释。首先, 使用低等级粉煤灰制备的加气混凝土是一种毛细多孔体, 其中有各种不同形式的结合水:化合水、吸附水、渗透水等。由于大量非化合水的存在, 加上试件内部及表面存在蒸汽分压差, 引起水分由材料中心向制品表面层定向移动。如果试件断面含水率分布相差甚大, 则水分将从加气混凝土表面急剧蒸发。硬化过程中含水率差会使试件内部产生应力, 对于尚未硬化的粉煤灰加气混凝土结构是很不利的。此外, 多孔料浆内大量的初始水分会降低试件的强度和增大最终含水率。其次, 水灰比小的加气混凝土内部气孔分布比较均匀, 呈圆形, 平均直径0.15~0.3mm, 但也有一些直径达3mm的粗孔, 孔壁厚度0.05~0.15mm。孔壁材料很密实, 毛细孔隙率最小。当水灰比增大时, 可使孔壁松软, 厚度略大, 但是加气混凝土的孔隙率几乎不变, 而其收缩变形值大大增加, 使其强度值降低。

在水灰比较低情况下, 水泥掺量的增加对加气混凝土性能的提高可以这样解释, 水泥的水化、凝结和硬化可以调节加气混凝土料浆的稠化时间, 并可加速坯体的硬化, 提高坯体的强度, 同时也提供Ca (OH) 2与粉煤灰中的硅铝成分发生二次水化反应, 生成CSH凝胶和AFt, 进一步提高加气混凝土的强度。

浆体膨胀不仅与发泡剂的掺量有关, 而且也会受到浆体稠化速度的影响。在满足料浆工作性的前提下, 随着水灰比的增大, 浆体稠化速度慢, 发气效果有明显改善。因为水灰比的变化使流动度改变, 发气速度与稠化速度将向两个相反的方向变化。水灰比增大, 流动度增加, 料浆极限切应力减小, 发气加速, 稠化变慢。相反, 当水灰比减小, 料浆流动度降低, 塑粘性阻力增加, 发气减慢, 稠化加快。只有适宜的流动度才能使发气速度与稠化速度这一对矛盾互相制约, 互相统一。试验过程中为了改善浆体的流动性掺入了一定量的高效减水剂, 但是水灰比过小, 料浆相对太稠, 流动度小, 加上浆体稠化速度快, 使得浆体的膨胀率降低, 试件成型密度大。由抗压强度结果看出第6组配比较其他组明显要好。

2.2各组分对大掺量粉煤灰加气混凝土性能的影响分析

2.2.1水泥对大掺量粉煤灰加气混凝土的影响

水泥的作用:一是水化初期生成水化物, 赋予粉煤灰加气混凝土一定的强度, 尤其是早期强度;二是其水化生成的Ca (OH) 2进一步与粉煤灰中的活性组分进行二次反应, 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙, 使组织更加细密, 强度继续提高。所以可以说水泥是粉煤灰加气混凝土强度的主要贡献相, 其掺量越多, 加气混凝土强度就越大, 水泥掺量对免蒸压大掺量粉煤灰加气混凝土的影响如图2所示。但是结合实际生产的经济效益, 水泥掺量不可能无限制地增大。

借鉴对粉煤灰加气混凝土大量研究经验, 水泥的大致掺量在40%~55%, 考虑到本实验中有矿物掺合料的掺入, 将使得砌块的强度有所降低, 所以水泥的掺量应该在生产粉煤灰的用量基础上适当提高。考虑到水泥的成本相对较高以及粉煤灰加气混凝土后期强度可以用粉煤灰来提高, 所以粉煤灰加气混凝土材料水泥的掺量应不超过45%。

2.2.2粉煤灰对大掺量粉煤灰加气混凝土的影响

粉煤灰的掺量对免蒸压大掺量粉煤灰加气混凝土的强度影响如图3所示。

由图3可以看出, 粉煤灰掺量在50%左右时, 加气混凝土强度出现峰值, 超过50%后随着粉煤灰掺量的增加, 粉煤灰加气混凝土的强度逐渐降低, 实验中选取50%掺量强度最大固然是最好的选择, 但同时考虑到砌块要最大限度利废的目的, 以及加气混凝土行业粉煤灰含量48%以上免税的国家政策, 所以本实验粉煤灰的用量, 取为55%左右。粉煤灰的掺量越大, 粉煤灰加气混凝土材料的强度就越低。

2.2.3水灰比对大掺量粉煤灰加气混凝土的影响

本实验研究中水灰比指水的重量与免蒸压粉煤灰加气混凝土组分中胶凝材料的总重量之比。加的水量过少, 料浆过稠, 原材料得不到充分水化, 不利于双氧水的发气反应;加的水量过多, 不利于料浆的稠化, 气泡容易逸出, 砌块容重加大, 甚至造成塌模。在实验过程中, 发现水灰比过小发气困难, 水灰比过大发气过快。只有适当的水灰比才能使料浆的发气速度与稠化速度相适应, 砌块的性能越好。其影响如图4所示。

由图4可以看出, 随着水灰比的变大, 抗压强度逐渐提高, 但当水灰比大于一定比例后, 砌块的抗压强度反而降低。分析原因主要是适宜的水灰比的情况下, 料浆中有充足的水分保证料浆的水化反应, 反应较充分, 砌块硬化以后内部残留的水分少, 由多余的水分形成的毛细孔少, 砌块比较密实, 强度较高;若水灰比较大, 料浆中加入的水量较多, 料浆硬化以后残留的水分就多, 这些多余的水分在砌块内部会形成较多孔道, 使砌块的强度降低。

所以对于加气混凝土这类材料水灰比应该有一合适的大小, 要综合所制得的砌块的体积密度和强度的大小来确定。本实验过程中, 由于矿渣的掺量不断地变化, 决定了水灰比不是成正比例变化, 同时参考粉煤灰加气混凝土材料的最佳水灰比的范围为0.34~0.46之间, 结合本实验砌块的发泡情况及强度性能, 实验中水灰比随料浆的搅拌情况加以控制。

3结论

(1) 利用工业废渣粉煤灰进行加气混凝土研究, 制备出了一种大掺量粉煤灰加气混凝土, 符合未来新型加气混凝土节能、环保、利废的基本政策, 为粉煤灰的综合利用提供了有效地途径。

(2) 通过对免蒸压粉煤灰加气混凝土各原材料不同掺量对砌块性能影响的研究, 有效地解决了关于砌块体积密度和抗压强度之间的关键问题。原材料各主要因素对粉煤灰加气混凝土性能的影响结果表明:水泥掺量与粉煤灰加气混凝土的强度成正比, 粉煤灰的掺量则与粉煤灰加气混凝土的强度成反比。

(3) 利用控制变量实验及结果分析, 得出水泥和粉煤灰的掺量是影响免蒸压大掺量粉煤灰加气混凝土性能的主要因素, 对于28d抗压强度, 粉煤灰的掺量影响显著。选取最优组合, 综合考虑成本等问题, 得出最佳质量配合比:发泡剂定量为0.1%, 粉煤灰55%, 水泥40%, 萘系高效减水剂0.2%, 水灰比0.36, 此配合比生产出的加气混凝土砌块性能符合国标GB/T11968-2006《粉煤灰加气混凝土砌块》500级的要求。

(4) 养护工艺采用免蒸压自然养护, 不需专门的养护设备, 避免了高压蒸养的不安全因素, 减少了生产设备投资, 降低了生产成本, 生产过程耗能大大降低, 实现了建筑节能的目的, 生产工艺简单, 可实现工地现场制作加气混凝土的可能。

参考文献

[1]姜继圣.新型建筑绝热吸声材料[M].北京:化学工业出版社, 2002:1-4.

[2]钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M].北京:科学出版社, 2002.

[3]张继能, 顾同曾.加气混凝土生产工艺[M].武汉:武汉工业大学出版社, 2006:86-88.

[4]高波, 王群力, 周孝德.免蒸发泡混凝土砌块的研制[J].新型建筑材料, 2003 (12) :22-24.

高掺量粉煤灰混凝土的研究现状分析 第4篇

我国是煤炭资源丰富的国家, 是世界最大的煤炭生产国和煤炭消费国。至2002年底, 全国粉煤灰排放量1.6亿吨, 粉煤灰的堆存量达8亿多吨, 占地20多万亩。随着发电厂、城市供热工程的不断增加, 粉煤灰的产量也必将随之增多, 估计到 2020 年, 我国粉煤灰的年排放量将达到目前年排放量的3倍左右, 加上目前已有存量, 总堆存量将达到 30 多亿吨。这么多的粉煤灰不仅占用大量农田, 而且会造成空气、水环境的污染, 破坏生态平衡, 造成严重的环境和社会问题。因此, 加大对粉煤灰的妥善处理和综合利用的研究与开发显得日益重要。

近年来, 大掺量粉煤灰高性能混凝土已日趋发展成熟, 并逐步在道路、水工、房建等工程中得到越来越广泛的应用。本文主要综述高掺量粉煤灰混凝土的研究现状及粉煤灰的掺入对混凝土的工作性能、力学性能以及耐久性的影响。

二、高掺量粉煤灰混凝土的研究现状

(一) 粉煤灰对混凝土工作性能的影响。

目前, 在混凝土中掺加粉煤灰的量还较低, 一般其掺量不超过水泥用量的40%, 混凝土中粉煤灰用量不超过200kg。对于大流动性混凝土, 其坍落度一般在20cm, 在此基础上要使其坍落度再增大比较困难:减水剂用量达到一定程度后, 减水效果不明显;如果加大用水量, 则使混凝土强度降低, 而且即使通过这两种方法使混凝土拌合物的坍落度增大了, 也易使粗骨料产生离析, 混凝土保水性差, 影响工程质量。

(二) 高掺量粉煤灰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。研究表明:随着粉煤灰的掺入, 混凝土的早期强度比不掺粉煤灰的普通混凝土的强度低, 但其增长速率快, 到中后期会达到甚至超过普通混凝土。因此, 对于大掺量粉煤灰混凝土来说考虑其后期强度发展的特性, 可以将它的60天或90天的抗压强度值作为设计强度值。掺入不同量的粉煤灰对混凝土强度有较大的影响:当掺量为20%时, 对7d强度影响不大;而当掺量>30% , 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, 而且当掺量<50%时, 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。

(三) 高掺量粉煤灰混凝土的耐久性能。

1.抗渗性、抗冻性。

在新拌混凝土中, 粉煤灰微珠既有独特的“滚珠轴承”和“解絮”扩散行为, 提高混凝土拌合物的和易性, 又能与水泥和细砂共同发挥混凝土颗粒级配中的微集料作用, 有助于新拌混凝土和硬化混凝土均匀性的改善, 也有助于混凝土中孔隙和毛细孔的充填和“细化”, 产生致密作用, 从而增强硬化浆体的结构强度和抗渗透能力。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。

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。主要是由于粉煤灰有以下3种效应:一是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;二是粉煤灰混凝土中水泥水化产物 Ca (OH) 2的量少;三是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.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。对于高掺量粉煤灰混凝土, 由于碱储备的大量降低, 特别在早期的渗透性较大, 碳化速度非常快, 很容易因碳化导致钢筋混凝土中钢筋锈蚀, 最后造成结构破坏。因此如何改善和保证大掺量粉煤灰混凝土抗碳化性能是促进粉煤灰类活性掺合料在混凝土中应用的重要课题。

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, 使其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。

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。

三、高掺量粉煤灰混凝土的施工控制要点

(一) 振捣时间的控制。

在混凝土成型时, 应控制好振捣时间, 不要漏振或过振, 对于泵送混凝土, 振捣时间一般为10～15s, 为防止面层起粉, 抹面时必须进行二次压实抹光, 二次压实抹光的时间接近初凝时间30min。

(二) 早期养护。

粉煤灰混凝土成型后, 早期强度较低, 所以浇注后一般过尽早覆盖和浇水养护, 以提高早期强度, 防止表面起沙, 尤其冬期施工更应注意早期养护, 且表面混凝土温度不宜低于5℃。

(三) 大体积混凝土的浇注。

大体积混凝土浇注宜分层浇注, 每层厚600～800mm。每部为混凝土振捣后20～30min应进行复振, 上一层混凝土在下层混凝土初凝前30min内完成, 且交界处振捣应伸入底层1/3厚度以上。

(四) 原材料的选择。

对水泥、砂、石、钢筋等原材料应按有关规定要求进行现场二次抽样检测, 加强对骨料含泥量、针片状含量、级配的检测, 保证配制混凝土的骨料级配良好, 以减小孔隙率, 有利于降低水灰比。

四、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].王璐, 尹延辉等.我国粉煤灰综合利用现状、存在问题及其对策[J].粉煤灰, 2004

[2].刘数华, 方坤河.粉煤灰综合利用现状综述[J].福建建材, 2008

[3].王景华, 李长忠.大掺量粉煤灰自密实高强混凝土[J].煤炭学报, 1998

[4].王帅.大掺量粉煤灰混凝土抗压性能试验研究[D].山东理工大学, 2011

超大掺量粉煤灰 第5篇

我国使用的大部分商品砂浆, 其成分以水泥加砂为主, 成本较高, 有些强度太高, 浪费资源, 有些质量低劣存在开裂、渗透、空鼓、脱落等一系问题。利用粉煤灰良好的保水性能[1], 在砂浆中掺加粉煤灰, 不仅成本低, 而且节约资源和能源、保护环境、并具有很好的经济效益和社会效益, 是一种可持续发展的绿色建材产品[2]。国内学者中以清华大学吴纯超, 杨海龙[3]等研究大掺量粉煤灰替代水泥结果较理想, 其粉煤灰替代量达到50%。本文通过大量试验确定激发效果最优的粉煤灰激发剂, 在粉煤灰替代水泥量达到70%时, 其砂浆性能仍能符合使用要求。

2 试验材料与方法

2.1 试验原材料

水泥:试验选用的是海螺水泥P.O42.5。

黄砂:河砂, 在烘箱温度为 (105±5) ℃的烘干箱内烘24h, 烘干后过9.5mm的筛。

粉煤灰:选用英德海螺水泥生产所用粉煤灰, 其化学成分见表2。

羟丙基甲基纤维素醚 (HPMC) :本试验选用的是羟丙基甲基纤维素醚, 为白色粉状, 产自河南, 粘度为100000mpa.s。它是一种添加量很低, 但能显著改善砂浆流动性能和保水性能的添加剂[4]。

粉煤灰激发剂原料有:硫酸钠、石灰、碳酸钾、二水石膏。

2.2 试验方法

砂浆的强度采用行业标准JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行测定。立方体抗压强度试验采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的模具。水泥和粉煤灰质量之和固定为2400g, 灰砂比为1:3, 水灰比为0.6, HPMC加入量为0.5%。

3 试验结果与分析

3.1 激发剂种类对砂浆强度的影响

选择五种不同激发剂, 13个成分配比, 研究最佳激发剂成分配比。粉煤灰替代水泥掺量为40%, 激发剂的含量按胶凝材料用量的百分比核算, 其含量之和均为1%。试验结果见表4。

加入激发剂使得砂浆7d和28d的抗压强度均有不同程度提高, 其中有碳酸钾激发剂加入时, 砂浆的7d早期强度有明显提高。原因可能在于熟料中的C3S和C3A水化产物Ca (OH) 2与碳酸钾反应生成Ca CO3, Ca CO3能加速水泥中的石膏反应, 生成水化硫铝酸钙AFt, 即钙矾石, 也能促进C3S水化[5], 使得水泥强度提前释放。试验结果也表明以石灰搭配碳酸钾的成分配比效果最为明显, 其次是硫酸钠和石灰的激发剂组合, 只含硫酸钠激发效果较差。硫酸钠和石灰激发效果较佳的原因在于:粉煤灰含有大量活性Al2O3和Si O2成份, 是其具有潜在水硬性的根本原因, 当硫酸钠搭配石灰作为外加剂时, 其中石灰与水反应产生Ca (OH) 2, Ca (OH) 2与Al2O3生成水化铝酸钙 (A-S-H) , 与Si O2生成水化硅酸钙 (C-S-H) , 同时硫酸盐与Ca2+以及Al2O3反应生成钙矾石 (Aft) [6], 体积膨胀, 可填充砂浆中的孔隙, 提高其密实度, 进而使得粉煤灰替代水泥砂浆的强度增加。

3.2 激发剂含量对砂浆强度的影响

由上述试验结果发现石灰+碳酸钾的复合激发剂激发效果最佳。图1为粉煤灰替代水泥掺量增加到70%, 石灰与碳酸钾加入比例为1:1, 通过调整石灰和碳酸钾含量, 研究激发剂含量对粉煤灰替代部分水泥砂浆的强度影响。由结果可知:初期随着石灰和碳酸钾含量的增加, 砂浆的7d和28d强度均有所提高, 后期激发剂含量增加, 对砂浆强度的贡献度不大;并且当激发剂含量大于等于2%时, 砂浆28d强度超过10MPa。

3.3 石灰复合碳酸钾激发机理分析

石灰复合碳酸钾的激发剂激发效果最佳的原因可能有以下四点:其一, 激发剂形成得Ca CO3促进钙矾石生成[5], Aft提高砂浆密实度, 提高强度;其二, 激发剂生成的Ca CO3与水泥矿物组成C3A反应生成水化碳铝酸钙, 在水化初期水化碳铝酸钙晶体尺寸迅速长大, 形成粘结牢固的连生结晶聚集体, 并在Ca CO3颗粒表面上形成密集的毡状堆积物和毛丛区, 从而使得水泥砂浆各组分的粘结强度有所提高[7];其三, 由同离子效应可得CaCO3吸附Ca2+能力较强, Ca CO3会将C3S水化产生的Ca2+大量吸附在其表面, 使得C3S水化产物周围的Ca2+浓度降低, 加速C3S水化, 提高水泥早期强度。并在粉煤灰活性Si O2与Ca (OH) 2生成的水化硅酸钙 (C-S-H) 表面形成大量的碳铝酸钙颗粒, 碳铝酸钙颗粒与水化C-S-H颗粒相互交错连接, 提高砂浆强度[5];其四, 激发剂水解生成大量OH-, 在碱性环境下, 粉煤灰中的玻璃体结构将解聚重组, 形成具有三维网络状结构的无机聚合物[8], 增加了各组分的粘结强度。综上所述, 石灰复合碳酸钾激发剂的加入有利于提高粉煤灰替代水泥砂浆的强度。

4 结论

⑴石灰复合碳酸钾作为粉煤灰替代水泥干粉砂浆的激发剂激发效果最佳, 硫酸钠和石灰激发效果次之。

⑵在制备大掺量粉煤灰替代水泥的砂浆中, 使用石灰复合碳酸钾作为激发剂, 粉煤灰替代水泥的掺量可达到70%。

⑶石灰复合碳酸钾激发剂主要能提高粉煤灰和水泥的水化产物之间的粘结强度, 进而提高水泥砂浆强度。

摘要：本文通过不同成分配比的砂浆强度试验, 研究了激发剂种类和激发剂含量对粉煤灰替代部分水泥砂浆的强度影响。试验结果表明:石灰复合碳酸钾作为激发剂时激发效果最佳, 并且粉煤灰替代水泥的掺入量可达到70%;激发作用机理可能在于石灰复合碳酸钾有助于改善粉煤灰和水泥的水化产物之间的界面粘结强度, 进而提高水泥砂浆强度。

关键词：粉煤灰,砂浆,抗压强度,激发剂

参考文献

[1]陈军超, 陈军磊, 全卫峰, 邱晓磊, 等.粉煤灰对砂浆性能影响的研究[J].混凝土与水泥制品, 2012 (3) :55-57.

[2]周栋梁, 周伟玲, 林玮, 等.大掺量矿渣粉煤灰复合水泥活性激发试验研究[J].粉煤灰综合利用, 2009 (5) :16-18.

[3]吴纯超, 杨海龙, 孔祥明, 等.复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥砂浆早期力学性能的影响[J].混凝土, 2010 (8) :110-112.

[4]霍洪媛, 刘焕强, 吴宏伟, 等.HPMC对新拌砂浆施工性能影响的试验研究[J].华北水利水电学院学报, 2007, 28 (3) :5-7.

[5]徐迅, 卢忠远.超细碳酸钙对水泥强度性能和微观结构的影响研究[J].山东建材, 2008 (4) :39-42.

[6]方军良, 陆文雄, 徐彩宣.粉煤灰的活性激发技术及机理研究进展[J].上海大学学报, 2002 (8) :256-260.

[7]李悦, 胡曙光, 杨德坡.铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用[J].河北理工学院学报, 1996 (2) :54-57.