粉煤灰對混凝土性能的影響研究

畢業(yè)論文（設計）粉煤灰對混凝土性能的影響研究Flyashonconcreteinfluenceontheperformanceoftheresearch姓名Xxx學號Xxxxxx畢業(yè)界別2011專業(yè)材料學畢業(yè)論文題目粉煤灰在混凝土中的應用研究指導教師Xxxxx學歷碩士職稱講師所學專業(yè)材料學具體要求（主要內容、基本要求、參考資料）：1、主要內容：粉煤灰是鍋爐燒煤過程中，從煙氣中收集下來的一種灰塵。在熱能發(fā)電過程中，通過濕法收集到的粉煤灰，其活性得到保留，因而作為摻合料在混凝土中得到廣泛應用。由于煤質不同，鍋爐質量不同，粉煤灰的質量也存在很大差異。如何判別粉煤灰的質量，找出影響粉煤灰質量的因素，這對于我們在實際生產(chǎn)過程中，在混凝土中正確應用粉煤灰，用廢節(jié)能具有深遠的意義。2、基本要求：根據(jù)理論分析，找出影響粉煤灰質量的因素，設計混凝土的配合比；按照配比進行混凝土的拌合，測試混凝土的性能；通過數(shù)據(jù)整理分析，提出在混凝土中正確應用粉煤灰的措施，以利于指導生產(chǎn)。3、參考資料：《新拌混凝土》、《混凝土制品工藝學》、《土木工程材料》、《聚合物混凝土》、《高性能混凝土技術》、《混凝土外加劑》等。進度安排：2～5周，接受論文任務，查閱資料，撰寫文獻綜述，寫出開題報告。6～13周，提出試驗方案，進行試驗。12～15周，整理數(shù)據(jù)，撰寫論文，準備答辯。指導教師：xxxx2011年3月3日院（系）意見：教學院長簽字：2011年月日附注：院（系）：環(huán)境與材料工程學院摘要隨著科學技術的進步，生產(chǎn)力的發(fā)展，各種新型材料不斷涌現(xiàn)。而水泥混凝土因其與鋼材、木材、塑料等相比，原料來源廣、工藝簡單，生產(chǎn)成本低，并具有耐久、防火、適應性強、應用方便等特點，所以在今后相當長的時期它仍將是應用最廣、用量最大的建筑材料。因此，水泥混凝土是我國建筑業(yè)振興和發(fā)展的支柱。還有住宅建設和改造任務量大，城鎮(zhèn)建設任務增大以及農(nóng)村建設等等，可想而知，建材的需求量很大，特別是混凝土的用量很大。然而現(xiàn)在的混凝土不再是以前那種水泥、砂石和水的簡單拌合物，由于減水劑等外加劑的研制成功，以及摻合料的使用，使混凝土的性能得到大大改善。在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，研究粉煤灰對混凝土性能的影響對混凝土施工具有重要意義。因此粉煤灰對混凝土性能的影響的研究，對于混凝土的正確應用非常重要。本課題就是針對粉煤灰對混凝土性能的影響進行研究探討。粉煤灰是一種工業(yè)廢料,從粉煤灰的組成和微觀結構來看,又是一種具有潛在火山灰活性的物質,能為建材工業(yè)所用。雖然目前,我國粉煤灰在建材工業(yè)中已得到部分的應用,但是還只能處理部分粉煤灰且利用水平低,沒有充分發(fā)揮粉煤灰的火山灰活性。如果能用粉煤灰取代部分水泥熟料,不僅可以減少水泥熟料生產(chǎn)量,減少生產(chǎn)水泥對資源的消耗和CO2排放量,且提高了粉煤灰的利用率及利用水平。通過粉煤灰的二次反應,改善水泥的性能,提高混凝土的性能。因此,如何在水泥生產(chǎn)中大量利用粉煤灰是亟待解決的重要課題。關鍵詞：混凝土粉煤灰性能

Alongwiththescienceandtechnologyprogressandthedevelopmentofproductiveforces,allsortsofnewmaterialemerge.Andbecauseofthecementconcretewithsteel,woodandplasticetc,widerawmaterialsources,comparedtothesimpleprocess,productioncostislow,andhasadurable,fireprevention,adaptable,applicationisconvenientwaitforacharacteristic,soinquitealongperiodinthefutureitwillstillismostwidelyused,dosagethebiggestbuildingmaterials.Therefore,cementconcreteisourcountryconstructionrevitalizationanddevelopmentpillar.Andresidentialconstructionandrenovationtasksamountislarge,urbanandruralconstructionmissionincreaseit,buildingmaterials,construction,andsoon,especiallyingreatdemandofconcretedosagegreatly.Butnowtheconcreteisnolongeragothatcement,sandandwatercontent,becausethesimplewhitewater-reducingagent,etc,andthesuccessfuldevelopmentofadmixture,theuseofadmixture,concreteperformanceisgreatlyimproved.Inthemodernproductionlife,studiesontheinfluenceofflyashconcreteperformanceofconcreteconstructiontohavetheimportantmeaning.Sotheinfluenceofflyashconcreteperformanceofthestudyforthecorrectapplicationofconcreteisveryimportant.Thistopicisforflyashonconcreteperformanceinfluencetostudy.Flyashisakindofindustrialwaste,fromflyashcomponentsandmicrostructureperspective,itisakindofpotentiallyashactivesubstances,usedforbuildingmaterialsindustry.Althoughatpresent,ourcountryhasbeeninthebuildingmaterialsindustryflyashgetpartialapplications,butalsocandealwithflyashpartlyanduselevelislow,nogivefullplaytotheashactivityfly-ash.Ifcanpartlyreplacecoalashcementclinker,notonlycanreducethecementclinkerproduction,reducetheproductionofresourcesconsumptionandcement,andimprovetheCO2emissionsfromflyashutilizationanduselevel.Throughthesecondreaction,improveflyashcementperformance,improvetheperformanceofconcrete.Therefore,howtoincementproductioninlargeamountsinurgentlytobesolvedbyusingflyashisanimportantsubject.concreteflyashperformance1、緒論 11.1課題來源 11.2研究目的和意義 11.3國內外粉煤灰混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀 22、粉煤灰對水泥混凝土的作用機理 42.1粉煤灰的活性 42.2粉煤灰的摻用機理 52.3 粉煤灰在水泥混凝土中的作用機理 53、原料及性能 73.1粉煤灰 73.2水泥 93.3骨料 103.4外加劑 123.4水 124、粉煤灰混凝土的實驗 124.1混凝土的配合比設計 124.2混凝土拌和物性能實驗 134.3硬化混凝土性能實驗 154.4實驗結果分析 165、結論 176、致謝 187、參考文獻 19第一章緒論1.1課題來源隨著科學技術的進步，生產(chǎn)力的發(fā)展，各種新型材料不斷涌現(xiàn)。而水泥混凝土因其與鋼材、木材、塑料等相比，生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工藝簡單，生產(chǎn)成本低，并具有耐久、防火、適應性強、應用方便等特點，所以在今后相當長的時期它仍將是應用最廣、用量最大的建筑材料。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界水泥產(chǎn)量已超過13億噸，折合混凝土不少于40億立方米，是我國建筑業(yè)振興和發(fā)展的支柱。還有住宅建設和改造任務量大，城鎮(zhèn)建設任務增大以及農(nóng)村建設等等，可想而知，建材的需求量很大，特別是混凝土的用量很大。然而現(xiàn)在的混凝土不再是以前那種水泥、砂石和水的簡單拌合物，由于高效塑化劑等外加劑的研制成功，以及摻合料的使用，使混凝土的性能得到大大改善。全世界粉煤灰產(chǎn)量約500億t。大多數(shù)用于修建碼頭，堤壩，筑路，以及用作混凝土的摻合料等。具有膠凝性質或水硬性質的粉煤灰，代替部分水泥配制高性能混凝土，具有很大的潛力。粉煤灰也是生產(chǎn)水泥的原料和摻合料，粉煤灰還用來燒陶粒、燒磚，以及生產(chǎn)砌塊等。目前，全世界對粉煤灰的利用很不一樣，高的可達57%，而低的僅有3%;全世界平均約16%左右。而在水泥混凝土中的利用只是粉煤灰總排放量的6%～10%。在我國，1983年以來，粉煤灰年均增加近400萬噸;到1988年，5萬kW以上電廠排放的粉煤灰達5500多萬t;預計到20世紀末，年排灰量將達1.2～1.5億t。利用率每年在排灰量1000萬t以上國家中居中。我國是個產(chǎn)煤大國，以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。近年來，我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，1995年粉煤灰排放量達1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2010年將達到3億噸，給我國的國民經(jīng)濟建設及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。大量的粉煤灰不加處理，就會產(chǎn)生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害。另一方面，我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國經(jīng)濟建設中一項重要的技術經(jīng)濟政策，是解決我國電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)所面臨解決的任務之一。因此，粉煤灰的處理和利用問題引起人們廣泛的注意。粉煤灰是可以直接使用(或簡單加工利用)其獨特的性能來提高混凝土性能的礦物摻合料之一。1.2課題研究的目的及意義粉煤灰是一種工業(yè)廢料,從粉煤灰的組成和微觀結構來看,又是一種具有潛在火山灰活性的物質,能為建材工業(yè)所用。雖然目前,我國粉煤灰在建材工業(yè)中已得到部分的應用,但是還只能處理部分粉煤灰且利用水平低,沒有充分發(fā)揮粉煤灰的火山灰活性。如果能用粉煤灰取代部分水泥熟料,不僅可以減少水泥熟料生產(chǎn)量,減少生產(chǎn)水泥對資源的消耗和CO2排放量,且提高了粉煤灰的利用率及利用水平。通過粉煤灰的二次反應,改善水泥的性能,提高混凝土的性能。因此,如何在水泥生產(chǎn)中大量利用粉煤灰是亟待解決的重要課題。在混凝土中摻加粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細骨料；減少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增強混凝土的可泵性；減少了混凝土的徐變；減少水化熱、熱能膨脹性；提高混凝土抗?jié)B能力；增加混凝土地修飾性。生產(chǎn)實踐表明,摻入粉煤灰的混凝土易泵送、振搗和成型，即使混凝土目視較干，坍落度較小，但振動密實時間仍較短。據(jù)報道，用粉煤灰等量取代10％、20％、30％、40％的水泥，軟練砂漿成型下料時間由未摻粉煤灰的30s分別縮短為25s、20s、16s、14s，在坍落度相同情況下，每m3混凝土可減水7～9kg。粉煤灰之所以能夠如此明顯地改善混凝土的和易性，主要原因是又圓又細的粉煤灰顆粒相滾珠似地分散在水泥、砂、石之間，有效地減少了它們之間的內摩擦，同時粉煤灰密度較小，特別是采用超量取代法，混凝土中膠凝物質含量增加，漿骨比也隨之增大,粉煤灰混凝土特別有利于泵送施工。由于煤質不同，鍋爐質量不同，粉煤灰的質量也存在很大差異。因此，如何判別粉煤灰的質量，找出粉煤灰影響混凝土拌合物和易性的因素，在混凝土中正確應用粉煤灰，用廢節(jié)能具有深遠意義。本課題就是研究混合材－粉煤灰及其摻量對混凝土拌合物和易性的影響。1.3國內外粉煤灰混凝土的發(fā)展狀況[1]粉煤灰用于制備混凝土不但可以改善新拌混凝土的工作性,更重要的是可以改善混凝土的耐久性。國內外文獻介紹粉煤灰混凝土技術時,可以追溯到2000多年前古羅馬大型工程中曾采用的火山灰混凝土,其目的是要驗證粉煤灰是一種人工火山灰。粉煤灰混凝土技術發(fā)展的先驅是美國加州大學伯克利理工學院的Davisr.E,他于1933年開始研究粉煤灰在混凝土中的應用,隨后與其合作者陸續(xù)發(fā)表了國際上首批粉煤灰混凝土的研究報告。20世紀40年代,美國墾務局等工程部門,通過不少水壩工程混凝土中摻加粉煤灰的成功試點,終于決定在蒙大拿州的俄馬壩大型工程中,大規(guī)模應用粉煤灰,共摻用粉煤灰13萬噸。竣工后的定期觀察表明,粉煤灰混凝土至今保持良好的性能。因此,歐美國家有關文獻,將俄馬壩工程中粉煤灰的應用列為粉煤灰混凝土技術發(fā)展史中第一塊里程碑。20世紀50年代,粉煤灰在大體積混凝土中的應用得到普遍推廣,在大型混凝土水利工程中積極采用粉煤灰,這為粉煤灰的大宗利用提供了條件。我國粉煤灰的利用研究始于50年代初,沈旦申等發(fā)表了粉煤灰水泥混合材料的系統(tǒng)研究報告,并提出了推廣應用的建議。雖然當時的利用率不高,但研究及利用技術與發(fā)達國家相比,并無較大差距。20世紀60年代,粉煤灰混凝土經(jīng)歷了廣泛的實用階段。各國學者對粉煤灰的基礎理論進行了研究,并發(fā)表了不少有關粉煤灰性能和對混凝土影響的著作,取得了很多有價值的研究成果。20世紀70年代，世界性能源危機，環(huán)境污染以及礦物資源的枯竭等強烈地激發(fā)了粉煤灰利用的研究和開發(fā)，多次召開國際性粉煤灰會議，研究工作日趨深入，應用方面也有了長足的進步。粉煤灰成為國際市場上引人注目的資源豐富、價格低廉，興利除害的新興建材原料和化工產(chǎn)品的原料，受到人們的青睞。目前，對粉煤灰的研究工作大都由理論研究轉向應用研究，特別是著重要資源化研究和開發(fā)利用。利用粉煤灰生產(chǎn)的產(chǎn)品在不斷增加，技術在不斷更新。世界上燃燒煤炭的火力發(fā)電這一發(fā)展方向得到新的共識,在許多國家中粉煤灰資源迅速增長,備受重視,粉煤灰混凝土技術的進步也加快了步伐。國外開始開發(fā)研制高性能粉煤灰混凝土。我國也加強了這一對于混凝土工程學具有劃時代意義的工作,并取得了長足進步。20世紀80年代,粉煤灰混凝土技術擴大到鋼筋混凝土工程(包括預應力混凝土)的應用范圍,在建設工程中的應用技術有了新的發(fā)展,粉煤灰已逐步發(fā)展成為混凝土的基本組分。20世紀90年代,保護地球環(huán)境,尋求與自然的和諧,走可持續(xù)發(fā)展之路己成為全世界共同關心的問題。因此提出“綠色混凝土(GreenConcrete)”,“綠色高性能混凝土(GreenHighPerformanceConcrete,GHPC)”和“環(huán)保型混凝士(EnvironmentFriendlyConcrete)”的概念。因此,粉煤灰己在高性能混凝土、碾壓混凝土、泵送混凝土及大壩混凝土中得到廣泛應用,有關的研究也取得了較大的進展。近幾年來,大量的粉煤灰也已經(jīng)應用于我國混凝土工程建設中,特別是三峽工程,幾乎沒有不摻粉煤灰的大壩混凝土,三峽工程三期Rcc圍堰工程中粉煤灰的摻量在50%以上。所以,粉煤灰在我國的高性能混凝土中同樣具有較大的應用潛力,其綠色環(huán)保意義也是巨大的。我國粉煤灰綜合利用技術正在發(fā)展之中,已有不少新技術在正在推廣應用,今后的重點應是開發(fā)高利用率、低成本、高質量和高性能的粉煤灰利用新技術。研究新技術、新方法,拓展粉煤灰有效利用途徑,提高其利用價值。例如,在高溫下將粉煤灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物脫氧,并除去雜質制成硅、鋁、鐵三元合金或硅、鋁、鐵、鋇四元合金;作開展粉煤灰在混凝土中的優(yōu)效應用技術,引用國際上先進的“高標號水泥+大產(chǎn)量粉煤灰+高效減水劑”的方法,發(fā)展高鈣粉煤灰作為混凝土摻和料的應用技術;粉煤灰復合高溫陶瓷涂層技術,粉煤灰微珠復合材料,粉煤灰微珠細末分離技術等。綜上所述,目前粉煤灰高新利用技術發(fā)展主要有以下3個方面的內容:高效應粉煤灰資源的開發(fā);高性能粉煤灰制品的開發(fā);高性能粉煤灰混凝土的開發(fā)。第二章粉煤灰對水泥混凝土的作用機理2.1粉煤灰的活性粉煤灰的活性包括物理活性和化學活性兩個方面。2.1.1物理活性物理活性是粉煤灰顆粒效應、微集料效應等的總和，是—切與自身化學元素性質無關，又能促進制品膠凝活性和改善制品性能(如強度、抗?jié)B性、耐磨性)的各種物理效應的總稱。它是粉煤灰能夠直接被充分利用的最有實用價值的活性，是早期活性的主要來源。粉煤灰混凝土在常溫下,由于粉煤灰的水化反應比水泥慢,被粉煤灰取代的那部分水泥的早期強度得不到及時補償,所以粉煤灰混凝土的早期強度隨粉煤灰摻量的增加而降低。隨著時間的推移,粉煤灰中的活性成分SiO2與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生反應,生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物,降低了混凝土中的液相堿度,進一步促進了水泥的水化,因此混凝土的后期強度增長較快。另外粉煤灰中以酸性氧化物為主要成分的玻璃相在潮濕環(huán)境中可與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生反應,生成水化硅酸鈣凝膠體C-S-H,對硬化的水泥漿體起增強作用,也能促進混凝土后期強度的增長。分級灰的細度對其需水量有很大影響。粒徑小于25μm的分級灰的需水量，不僅明顯地低于E級灰，而且也不大于我國標準的一級灰。45μm的分級灰，雖然25μm的粒徑的粒子均被剔出去，但需水量和E級灰相同。粉煤灰的火山灰活性，用抗壓強度比值表明，隨著分級灰粒度增大而降低。這說明了，通過分離技術，可以有效的改善粉煤灰的質量，提高其火山灰活性。10μm，25μm的分級灰的砂漿，抗彎強度的比值明顯地高于抗壓強度的比值。細度對抗彎強度比的影響與其對抗壓強度比的影響具有相同的規(guī)律性。2.1.2化學活性化學活性是指其中的可溶性二氧化硅、三氧化二鋁等成分在常溫下與水和石灰徐徐地化合反應，生成不镕、安定的硅鋁酸鈣鹽的性質，也稱火山灰活性。需要說明的是，有些粉煤灰本身含有足量游離石灰，無須再加石灰就可和水顯示該活性。粉煤灰化學活性的決定因素是其中玻璃體含量、玻璃體中可溶性的SiO2、Al2O3含量及玻璃體解聚能力。粉煤灰的活性是粉煤灰顆粒大小、形態(tài)、玻璃化程度及其組成的綜合反映，也是其應用價值大小的一個重要參數(shù)。2.2粉煤灰摻用機理由于粉煤灰固有的火山灰活性，它能與水泥水化過程中析出的氫氧化鈣緩慢進行“二次反應”，在表面形成--火山灰質反應生成物。與水泥漿硬化體結合起來，進而增長齡期強度，提高混凝土的抗?jié)B性和耐久性；此外，由于粉煤灰在混凝土中具有超出火山灰活性的特殊物理功能，比如粉煤灰的減水功能、增加漿體的體積功能、調節(jié)凝膠量和膠凝過程的功能、填充漿體孔隙功能、與水泥整體的協(xié)和功能等，使粉煤灰混凝土物理化學作用達到動態(tài)平衡，起到了使混凝土性能改善和質量提高的作用。粉煤灰在水泥混凝土中的作用機理[5]摻入粉煤灰,能起到減水的作用,增加新拌混凝土的坍落度,減少坍落度損失,提高混凝土的后期強度,提高混凝土的耐久性能。2.3.1提高和易性粉煤灰與外加劑共同應用于混凝土時,粉煤灰能起到減水作用,在不減少混凝土用水量的情況下,能增大混凝土坍落度和擴展度,同時減少混凝土的坍落度損失。因為粉煤灰與高效減水劑共同作用,打破了水泥漿體絮凝結構,又填充了水泥粒子的間隙,使得游離水被釋放出來,起到稀化的作用,同時粉煤灰在水泥顆粒之間起到減弱大顆粒間的吸附和潤滑作用。由于I級粉煤灰很細,具有較高的表面能,單獨存放時會自動吸附成團,當用于水泥漿體時,也有自身吸附成團或與水泥顆粒吸附的趨勢,這一趨勢也會抵消一部分的稀化效果。而當粉煤灰與高效減水劑共同使用時,由于其表面能很高,對能降低表面能的減水劑分子會迅速吸附,使得其表面能降低,以至于不再有自身吸附成團或與水泥顆粒吸附的趨勢,使得細粉充分發(fā)揮其填充稀化作用,從而使得混凝土的坍落度最大,起到減水作用。粉煤灰還能減少坍落度損失,因為粉煤灰的水化滯后于水泥的水化時間,粉煤灰的水化需要水泥的水化產(chǎn)物:Ca(OH)2的激發(fā),與之水化反應生產(chǎn)C-S-H。2.3.2提高混凝土強度粉煤灰由于其比表面積很大,增加了其火山灰活性,與水泥水化產(chǎn)物之一Ca(OH)2反應更為迅速和充分,可提高混凝土中水泥水化程度,試驗證明,粉體越細,強度增強效果越好。隨著水化反應產(chǎn)物C-S-H增多,結構變得更為致密。利用粉體的減水增密和火山灰活性的兩個增強效應,是I級粉煤灰等超細粉獨特的優(yōu)點。2.3.3提高混凝土的耐久性能摻粉煤灰的混凝土的滲透系數(shù)大有降低,氯離子擴散系數(shù)(電通量)大大降低,F類粉煤灰能提高抵混凝土抗硫酸鹽的侵蝕的能力,粉煤灰替代部分水泥,是提高混凝土耐久性能的重要技術途徑。2.3.4改善混凝土的彈性模量混凝土實際橋梁工程中,除了主要以強度作為控制指標外,經(jīng)常還需要規(guī)定混凝土的彈性模量值,用來控制預應力張拉。在計算鋼筋混凝土的變形、裂縫擴展及大體積混凝土的溫度應力時,都必須知道對應混凝土的彈性模量。在工程中,也常常出現(xiàn)強度滿足要求而彈性模量偏低,使得混凝土構件變形較大而不能正常使用的問題,導致一些工程事故的發(fā)生并造成經(jīng)濟上的損失。對于混凝土彈性模量來說,影響因素有很多,原材料的性能特征、水灰比、骨料性能、砂率、強度等級、養(yǎng)護條件和齡期等均會影響混凝土的彈性模量。隨著高性能混凝土的迅速發(fā)展,各種礦物摻合料和外加劑的使用對混凝土的性能產(chǎn)生了較大的影響。在混凝土中摻入一定量的粉煤灰可有效提高混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗彎強度,增強抵抗氯離子滲透的能力。這主要是由于在含粉煤灰的試樣中,隨著水化的進行,粉煤灰摻合料中的活性SiO2、Al2O3的活性受到激發(fā),能和水泥水化生成的CH發(fā)生反應,既消耗了CH的含量,又生成具有膠凝性的C-S-H凝膠,對膠凝性晶體形成的貢獻增大的緣故。由于Ⅰ級粉煤灰和Ⅱ級粉煤灰細度等指標的不同,混合加入到混凝土中會對水化反應速率產(chǎn)生不同的影響。因此,Ⅰ級粉煤灰和Ⅱ級粉煤灰單摻和復摻對水化速率的控制作用就會不同,從而對硬化混凝土彈性模量這一力學性能所產(chǎn)生的影響也會不同。Ⅰ級灰能改善水化速率并產(chǎn)生更有利的混凝土微結構,彈性模量的增加也更顯著。在較早齡期下,同條件下不摻粉煤灰試樣比摻粉煤灰試樣的彈模要高。養(yǎng)護齡期越長,這些試樣的差別就越小。第三章原材料及性能3.1粉煤灰3.1.1粉煤灰的產(chǎn)生粉煤灰是燃煤電廠中磨細煤粉在鍋爐中燃燒后從煙道排出、被收塵器收集的物質。粉煤灰的燃燒過程：煤粉在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒，燃煤中的絕大部分可燃物都能在爐內燒盡，而煤粉中的不燃物(主要為灰分)大量混雜在高溫煙氣中。這些不燃物因受到高溫作用而部分熔融，同時由于其表面張力的作用，形成大量細小的球形顆粒。在鍋爐尾部引風機的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著煙氣溫度的降低，一部分熔融的細粒因受到一定程度的急冷呈玻璃體狀態(tài)，從而具有較高的潛在活性。在引風機將煙氣排入大氣之前，上述這些細小的球形顆粒，經(jīng)過除塵器，被分離、收集，即為粉煤灰。(Flyash)一般地說，粉煤灰比水泥細，且含有大量的球狀玻璃珠。底部灰是分離出來的比較粗的顆粒，或是爐渣。這些東西有足夠的重量，從燃燒帶跑到爐子的底部。SOx的污染處理，在煙道氣排出之前，通入石灰石漿或石灰石粉，捕獲煙道氣中的SOx.特別是含硫高的煤作為燃料時?？偟拿夯抑械?5%～85%變成飛灰，而剩余部分則為底部灰及爐灰。3.1.1煤粉輸送燃燒與粉煤灰收集粉煤灰的化學組成[6]粉煤灰是燃燒煤粉后收集到的灰粒，亦稱飛灰，通過對粉煤灰進行化學成分分析表明,粉煤灰中主要含硅(SiO2,45～60%)、鋁(Al2O3,20～30%)、鐵(Fe2O3,0～5%)、未燃盡的炭粒(10～15%)、CaO(1～2.5%)和MgO(0.4～0.8%)、Na2O+K2O(1～3.5%)、SO3(<1%)以及鍺、鎵、硼、鎳、鈾、鉑等稀有元素。SiO2+AI2O3：硅鋁酸鹽的主要成份，其中的可容成分越多，說明粉煤的活性越好，摻加到混凝土中越易與水泥水化析出的Ca(oH)2反應，生成類似于水泥水化產(chǎn)物，從而增強反應物的活性。一般說來，Sio2+Ai2O3含量越多，其28天抗壓強度比越高，兩者有一定的相關性。Fe2O3:一直被認為是有害組份，但也有研究表明，F(xiàn)e2O3在一定條件下也會起有益的作用，如含F(xiàn)e2O3較多的粉煤灰對混凝土減水作用是有貢獻的，所以不能把鐵僅看作是起負作用的化學成份，要結合具體的利用方式，具體分析評價。MgO:混凝土中的MgO可能以方鎂石的形態(tài)出現(xiàn)，方鎂石水反應緩慢，且會引起膨脹破壞，因此有些國家（如美國）規(guī)定粉悶灰中的MgO不得超過4%-5%。但我國對此并未做規(guī)定。有效堿（K2O.Na2O）能加速水泥的水化反應，而且對激發(fā)粉煤灰的化學活性以及促進粉煤灰與Ca(oH)2的二次反應有利，因此有效堿是有益的化學成份。堿集料反應但是隨著堿性物質的增加，會產(chǎn)生堿集料反應（堿性物質與混凝土骨料反應而使其力學性能降低），以及降低粉煤灰抑制堿集料反應的能力。因此有些國家（如美國）的標準規(guī)范對有效堿也加以限制，一般要求有效堿（以Na2O計）不超過1.5%，但我國規(guī)范未對有效堿進行規(guī)定。CaO:一般根據(jù)原煤燃燒后灰份CaO的含量，可根據(jù)粉煤灰劃分為高鈣灰和低鈣灰，通常以10%為劃分標準。增鈣灰：但是現(xiàn)在又有一種新的高鈣灰——人工增鈣灰（煤粉在燃燒時，人工噴鈣后所形成的粉煤灰）。SO3:由于SO3過高會在混凝土材料中生面具有破壞性的鈣礬石，因此各國粉煤灰標準中都把SO3視為有害成份，我國貴標規(guī)定作為建材使用的粉煤灰中的SO3的含量必須小于3%。燒矢量：燒矢量通常用來蘅量粉煤灰中未燃盡碳的含量。碳粒是對混凝土有害的物質，對其需水比以及抗凍性能都有不利的影響，因此其含量越低越好。國家對其有嚴格的限制，一級粉煤灰的燒矢量應小于5%，二級粉煤灰應小于8%，三級粉煤灰應小于15%。各地火力發(fā)電廠使用的煤炭的來源不同、燃燒和排放方式不同,其化學成分會有差別。SiO2、Al2O3對粉煤灰的火山灰性質作用很大。Fe2O3對降低粉煤灰的熔點有利,使其易于形成玻璃微珠,為有益成分。結合態(tài)的CaO含量愈高,愈能提高其自硬性,對提高混凝土的早期強度很有幫助。粉煤灰中的有害成分是未燃盡炭粒,其吸水性大,強度低,易風化。美國ASTM標準要求6%～10%，而美國墾務局標準要求≤5%;日本的標準也要求≤5%;前蘇聯(lián)標準要求≤10%;我國標準要求5%～15%。關于粉煤灰的礦物組成，根據(jù)國內外的研究，一致認為主要是:、β-C2S、赤鐵礦和較少量的硫酸鹽、磷酸鹽礦物等。粉煤灰摻入混凝土后，不僅可以取代部分水泥，降低混凝土的成本，保護環(huán)境，而且能與水泥互補短長，均衡協(xié)合，改善混凝土的一系列性能，粉煤灰混凝土具有明顯的技術經(jīng)濟效益。3.1.3粉煤灰的技術要求粉煤灰的質量對混凝土強度影響很大。我國目前受分選技術條件的限制，一般原狀粉煤灰的品質參數(shù)不穩(wěn)定，難以滿足結構混凝土的要求，故需磨細并應符合相應標準的要求。磨細后的粉煤灰由于顆粒更細，增加了二次水化反應的新界面，使粉煤灰的活性提高，混凝土的早期強度也得以提高。我國的粉煤灰絕大多數(shù)是F級粉煤灰（CaO≤10%），自身活性很低。粉煤灰燒失量的大小在一定程度上反映了燃燒完全的程度和含碳量指標，燒失量對混凝土的需水性和密實度以及化學外加劑的摻量影響很大。同時，含碳量高的粉煤灰需水量大，對混凝土的流變性、強度和變形都有不利的影響。而粉煤灰的顏色可以直觀地反映其含碳量、燒失量和細度指標。在混凝土生產(chǎn)中應嚴格控制粉煤灰的顏色，只要是含碳量很低，顏色很淺，對其細度不必苛求。粉煤灰的性能變化很大，而且與許多因素有關。例如煤的品種和質量，煤粉細度，燃點，氧化條件，預處理及燃燒前的脫硫，粉煤灰的收集和存貯方法等。粉煤灰用作為水泥混凝土的礦物質摻合料，各國都有自己的標準。美國的標準是ASTMC618-96，中國的標準是GB1596-91。在ASTMC618-96標準中，按火山灰活性分成N、F、C和S級。N級是原狀火山灰或鍛燒天然火山灰;S級是在某些條件下形成的火山玻璃多孔質材料，以及在一定條件下鍛燒及磨細的硅藻土、粘土及頁巖。F級和C級火山灰是不同煤燃燒而得到的飛灰。把火山灰活性定義為硅質的或硅質與鋁質材料，這些材料本身不具有或具有很小的膠凝性質;粉煤灰中SO3的含量應該控制在一個安全的范圍內。適量的SO3含量雖然可以形成較多的鈣礬石，有利于增進混凝土的強度，但是，如果生成的鈣礬石過多，會導致粉煤灰混凝土體積不安定。下表是應用于混凝土中的粉煤灰技術要求分類[7]。表3-1拌制混凝土和砂漿用粉煤灰技術要求Table3-1andmortarmixingconcretewithflyashtechnicalrequirements項目技術要求Ⅰ級Ⅱ級Ⅲ級細度（45μm方孔篩余量），不大于％F類粉煤灰12.025.045.0C類粉煤灰需水量比，不大于％F類粉煤灰95105115C類粉煤灰燒失量，不大于％F類粉煤灰5.08.015.0C類粉煤灰含水量，不大于％F類粉煤灰1.0C類粉煤灰三氧化硫，不大于％F類粉煤灰3.0C類粉煤灰游離氧化鈣，不大于％F類粉煤灰1.0C類粉煤灰4.03.1.4粉煤灰性能表3-2粉煤灰1化學成分(%)Table3-2flyash1chemicalcomposition(%)SiO2Al2O3Fe2O3CaOSO3IL55.6228.096.033.700.691.42表3-3粉煤灰1的物理性能Table3-3flyash1physicalproperties密度gcm-3需水量比%燒失量%45μm篩余%火山灰活性（%）7d28d含水率%2.75941.422.4769830.8表3-4粉煤灰2化學成分Table3-4flyash2chemicalcompositionSiO2Al2O3Fe2O3CaOSO3IL49.2234.516.172.470.213.32表3-5粉煤灰2的物理性能Table3-5flyash2physicalproperties密度gcm-3需水量比%燒失量%45μm篩余%火山灰活性（%）7d28d含水率%2.69983.3214.4758730.23.2水泥3.2.1水泥的產(chǎn)生

水泥由石灰石、粘土、鐵礦粉按比例磨細混合，這時候的混合物叫生料。然后進行煅燒，一般溫度在1450℃左右，煅燒后的產(chǎn)物叫熟料。然后將熟料和石膏一起磨細，按比例混合，才稱之為水泥。這時候的水泥叫普通硅酸鹽水泥。3.2.2水泥的性能水泥是一種水硬性膠凝材料，即一種細磨的無機材料，它與水拌和后形成水泥漿，通過水化過程發(fā)生凝結和硬化，硬化后甚至在水中也可保持強度和穩(wěn)定性。水泥與集料和水以適當配比和相應地拌和，應能制成可維持足夠時間工作度的混凝土或砂漿，并應于一定時間后達到規(guī)定的強度水平，還必須具有長期體積穩(wěn)定性。水泥的水硬性主要歸結于硅酸鈣的水化反應，但其他化學性化合物也可參與硬化過程，例如鋁酸鹽。水泥中活性CaO和SiO2比例的總和以重量計至少應為50％。表3-6水泥性能Table3-6cementperformance32401403803.3骨料混凝土中的骨料分為細骨料和粗骨料。3.3.1細骨料（砂）表3-7砂的表觀密度Table3-7sand'sapparentdensity實驗次數(shù)砂質量m0（g）瓶水質量m2（g）瓶水砂質量m1（g）表觀密度（kg/m3）平均值（kg/m3）13006348192609260923006728572609表3-8砂的篩分析Table3-8sandscreenanalysis篩孔尺寸(mm)篩余量（g）分組1212124.7547439.48.69.48.62.36928618.417.227.825.81.1810711621.423.249.2490.60013213626.427.275.676.20.300828716.417.49293.60.15028245.64.897.698.4篩底（g）87試樣總重（g）496499計算細度模數(shù)：Mx1=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/（100-A1）=(9.4+27.8+49.2+75.6+92+97.6)/（100-9.4）=3.26Mx2=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100-A1)=(8.6+25.8+49+76.2+93.6+98.4)/(100-8.6)=3.28確定級配區(qū)、繪制級配曲線：該砂樣在0.600mm篩上的累計篩余率A4=75.6落在Ⅱ級區(qū)，其他各篩上的累計篩余率也均落在Ⅱ級區(qū)規(guī)定的范圍內，因此可以判定該砂為Ⅱ級區(qū)砂。級配曲線圖見5-3。結果評定：該砂的細度模數(shù)Mx=3.30，屬粗砂；Ⅱ級區(qū)砂，級配良好?？捎糜谂渲苹炷痢?.3.2粗骨料（石子）表3-9石子的表觀密度Table3-9stonesofapparentdencity實驗次數(shù)瓶水石子m1（g）試樣m0（g）瓶水m2（g）表觀密度（kg/m3）平均值（kg/m3）12960100023302700270022958100023282700表3-10石子的篩分析試驗Table3-10stonesscreenanalysisoftest篩孔(mm)篩余質量(g)分計篩余量(%)累計篩余量(%)甲組乙組甲組乙組甲組乙組37.56869819.29.213.113.131.51310103617.526.713.826.926.51564130020.947.617.344.2192178225019.066.630.074.21678257010.477.07.681.89.5849117511.388.315.797.54.751161711.589.82.399.8篩底(g)1.105.21粗骨料：玄武巖，連續(xù)級配，粒徑為5mm～40mm。3.4普通木鈣減水劑。3.5水自來水（煙臺）。第四章粉煤灰混凝土的試驗4.14.1.1滿足結構設計要求的混凝土強度等級；滿足施工要求的混凝土拌合物的和易性；滿足環(huán)境和使用要求的混凝土的耐久性。本實驗設計混凝土標號為C30。4.1.2混凝土的粉煤灰混凝土的配合比設計，以基準混凝土配合比為基礎，按等稠度、等強度的原則，用超量取代法進行調整。粉煤灰混凝土配合比設計的主要目的是確定一個經(jīng)濟的混合材料最佳組合，主要設計手段是通過試驗、試配來完成。設計方法如下：根據(jù)混凝土設計強度，計算試配強度如式（1）：fcuo=fcuk+1.645σ(1)式中：fcuo：混凝土的施工配制強度，MPa；fcuk：混凝土的設計強度，MPa；σ：施工單位的混凝土強度標準差。無近期同一品種混凝土強度資料時，混凝土強度等級分別為低于20、20~35和大于35時，其強度標準差σ分別可取4.0、5.0和6.0。本實驗取σ=5MPa。確定基準配合比，即確定水灰比0.40，用水量180kg及水泥用量，砂率0.32；用容重法（2450kg）計算出砂、石用量。計算所得混凝土配合比如表4-1所示。表4-1混凝土配合比(kg/m3)Table4-1concreteproportion(kg/m3)組成水泥水砂石子配合比4501806921128根據(jù)計算得到混凝土配合比，在確保和易性、水灰比不變的基礎上，進行配合比的試拌調整。根據(jù)調整后的配合比，確定為粉煤灰替代水泥用量四個水平，分別為10%、20%、30%、40%。列表如表4-2。表4-2摻粉煤灰混凝土配合比(kg/m3)Table4-2mixedflyashconcreteproportion(kg/m3)編號替代量粉煤灰種類水泥粉煤灰水砂石子1045001806921128210%1405451806921128320%1360901806921128430%13151351806921128540%12701801806921128610%2405451806921128720%2360901806921128830%23151351806921128940%22701801806921128混凝土拌合物性能實驗按48L混凝土拌合物量計算，分別稱取水泥、水、砂、石子、粉煤灰，將地面、拌鏟用濕布潤濕后，將砂平攤在地面上，再倒入水泥，用拌鏟自一端翻拌至另一端，如此反復，直至拌勻；加入石子，繼續(xù)翻拌至均勻為止。拌和時間控制

拌和從加水時算起，應在10min內完成。減水劑預先加入水中混勻。然后進行拌合物坍落度測定。先用濕布潤濕坍落度筒及其他工具，將坍落度筒置于鋼板上并用雙腳踩住踏板。用鐵鏟將拌好的混凝土拌合物分三層裝入桶內，每層高度約為筒高的1/3。每層用搗棒