摘 要:粉煤灰摻入混凝土中取代部分水泥不僅可以降低混凝土成本,還可以減輕煤廢料污染,緩解礦物能源危機。本文嘗試采用粉煤灰取代部分混凝土中膠凝材料—水泥,比較了在不同水膠比下不同的粉煤灰摻量對混凝土強度、和易性的影響。試驗表明:在混凝土中摻入適當的粉煤灰取代水泥不僅強度可以滿足工程需要而且可以改善其和易性,降低成本。
關鍵詞:水膠比;粉煤灰;強度;混凝土
中圖分類號: TB321 文獻標識碼:B
1 引 言
近年來在混凝土的應用中,開裂的問題相當普遍。混凝土開裂不僅影響混凝土的強度,更重要的是降低了混凝土的耐久性。混凝土的開裂有設計的原因,也有材料的原因。就材料的原因來講,主要包括水泥的礦物成分,水泥的細度及混凝土中的水泥用量。為防止混凝土開裂應選用鋁酸三鈣含量低、比表面積恰當的水泥,同時應盡量降低水泥用量。
文獻表明:使用粉煤灰取代部分水泥,在基本不影響混凝土強度的情況下,它可以起到降低混凝土水化熱引起的溫度升高、防止混凝土開裂、改善混凝土耐久性的作用。因而粉煤灰混凝土的推廣使用已成為發展趨勢之一。
粉煤灰摻入混凝土中,將對混凝土的用水量產生影響;同時用水量或者水膠比(W/ B) 的變化也將對粉煤灰混凝土的強度產生影響。為使得粉煤灰混凝土的強度滿足工程需要,我們選取了幾個不同的水膠比,以不同的粉煤灰的摻量配制混凝土,進行破型實驗。通過抗壓強度試驗對不同水膠比狀況下不同粉煤灰摻量對混凝土強度的影響進行了研究,為工程推廣應用提供借鑒。
2 原材料和試驗方法
2. 1 原材料
(1) 水泥:采用P. O 32. 5R 江山水泥;
(2) 粉煤灰:采用鎮海發電廠的Ⅲ級粉煤灰,理化成分分析見表1 ;
(3) 砂:含水率為10 %的中砂;
(4) 石:粒徑為5～30 mm 的碎石;
(5) 外加劑:由于時間因素,我們采用了三乙醇胺早強劑,摻量為水泥量的0. 2 ‰。
2. 2 試驗方案
在普通混凝土中,影響混凝土抗壓強度的主要因素為水泥強度等級和水灰比。同樣我們可以認為在粉煤灰混凝土中,影響混凝土抗壓強度的主要因素為膠凝材料強度和水膠比。本試驗中,膠凝材料強度近似轉化為粉煤灰摻量來表示。為了縮短試驗時間,保證研究質量,達到事半功倍的目的,我們采用了水膠比與粉煤灰摻量的雙因子水平正交試驗方法。
參照J GJ / T55 —96 和粉煤灰在混凝土施工技術規程中的有關規定,普通混凝土的水膠比一般為0. 4～0. 6 ,因而本試驗中水膠比暫且取0. 36 ,0. 40 ,0. 44 ;根據以往經驗,在粉煤灰水泥中粉煤灰摻量一般在20 %～ 40 % , 我們把粉煤灰摻量定為10 % ,20 % ,30 % ,40 % ,50 %五個值。
本試驗中,我們采用固定單位用水量,單位用水量選為195 kg/ m3 ;砂率初步選為35 %;隨粉煤灰摻量的增加,水泥用量相對減少。試件成型工藝流程如下:
(1) 準備材料:各種材料,水泥、粉煤灰、三乙醇胺早強劑等;
(2) 物理、化學分析:主要測定粉煤灰的含水率、有機成分的含量及粉煤灰的細度;
(3) 確定配比、稱量:按照計算好的配比用天平稱量好各配比的重量;
(4) 攪拌:采用機械攪拌;
(5) 成型:采用一平方米強制式振動臺振實;
(6) 養護:拆模前用塑料保鮮膜覆蓋,以保證含水率,外用灑水養護;達到拆模強度,拆模后浸水養護(7 天) 。
(7) 破型:采用YZ2500 型壓力機測定本試樣的抗壓強度。
3 試驗結果分析和討論
對試樣進行破型試驗后,可得到如表2 所示的結果。
根據以上數據,可以很明顯的得出如下結論:
(1) 在同一水膠比下混凝土的早期強度隨著粉煤灰的增加而降低;在同一水膠比的條件下,粉煤灰的摻入量越大,混凝土強度值越低。試塊的強度降低與粉煤灰的摻入量雖沒有明顯的線性關系,但顯然粉煤灰含量在10 %～30 %之間對混凝土的強度影響不是很大,粉煤灰摻量不大于30 %時,混凝土的早期強度都達到C25 以上。而且由于粉煤灰的二次水化作用,可以預測其晚期強度不會低于不摻粉煤灰的混凝土,同時可以節約水泥,明顯的改善混凝土的和易性,故完全可以滿足工程實際的需要。
(2) 在特定的水膠比下粉煤灰的摻量在30 %～40 %之間混凝土的早期強度有一個明顯的轉折點,即粉煤灰摻量一旦超過了30 % ,其強度將有一個明顯的下降區間。分析認為:摻和料摻量過大時,膠凝材料總量中的水泥熟料含量相對較少,熟料水化生成的Ca (O H) 2 量較少,減少了摻和料水化反應生成C2S2H 的比例,有些摻和料顆粒沒有參與反應,難以有足夠的生成物填充周圍的空隙,所以摻和料摻量超過一定范圍時,混凝土強度會隨摻和料摻量的增大(水泥用量減少) 呈明顯下降趨勢,試驗結果與理論分析基本吻合,故單純的用粉煤灰高比例的取代水泥是不可行的。
(3) 在同一粉煤灰含量中,水膠比不同對混凝土強度的影響也是不同的。從試驗結果可以看出,粉煤灰的摻入量到一定程度,水膠比對混凝土的強度影響逐漸減少。
(4) 在整個試驗中我們發現摻入粉煤灰的混凝土的粘聚性都比普通混凝土要好,同時發現當粉煤灰摻量增大時,混凝土的和易性有所改善。這說明粉煤灰對混凝土的和易性是有利的。
(5) 本次試驗所采取的加粉煤灰的方法不同于以往的等量取代法、超量取代法和外摻法。這是我們探索新方法的一種嘗試; 另一方面,由于時間因素,我們只研究了粉煤灰混凝土的早期強度(既不利方面) ,而養護齡期是決定粉煤灰混凝土強度高低的另一個重要因素,隨著養護齡期增大,對粉煤灰混凝土強度發展是相當有利的。在實際工程中,我們完全可以綜合考慮成本造價、施工工期等因素來決定粉煤灰的最佳摻量。
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