磨細(xì)粉煤灰對(duì)混凝土拌合物力學(xué)性能的影響

磨細(xì)粉煤灰對(duì)混凝土拌合物力學(xué)性能的影響

粉煤灰是典型的煤系廢物和活動(dòng)礦物資源。它具有良好的活動(dòng)效果、形態(tài)效果和微集中劑的效果，可以顯著提高混凝土的抗侵蝕性和耐用性。它是混凝土中不可或缺的一部分。對(duì)于大的混合區(qū)域，通常假設(shè)將純水泥混凝土的水泥用量的百分?jǐn)?shù)大于30%。目前，混凝土中使用的大量碳灰粉為i級(jí)和ii級(jí)碳灰粉，但比例較低，約為30%。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、均勻性差和活動(dòng)低的限制，三級(jí)碳灰粉的開發(fā)和應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在本研究中，我們使用了低噸位、低能耗和低碳灰粉的細(xì)磨和化學(xué)生產(chǎn)，以影響不同的混凝土和不同粒度的碳灰粉之間的等級(jí)配置。1測(cè)試1.1管砂型水泥粉煤灰:選取江油巴蜀火電廠的Ⅲ級(jí)F類干排粉煤灰,45μm方孔篩篩余43.2%,活性指數(shù)48.7%,需水量比120%;水泥:綿陽江油雙馬42.5R普通硅酸鹽水泥,化學(xué)成分見表1.熟石灰:工業(yè)級(jí),有效CaO含量69%;粗骨料:5～20mm卵石,級(jí)配合格;砂:河砂,細(xì)度模數(shù)M=2.5,級(jí)配合格;減水劑:FDN.1.2u3000熟石灰摻量的影響采用“補(bǔ)鈣”和細(xì)磨的方法能有效提高粉煤灰活性.通過大量膠砂強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn),得出熟石灰摻量在20%時(shí)粉煤灰活性最高.粉碎粉煤灰同時(shí)加入20%熟石灰作為堿性激發(fā)劑,制備3種細(xì)度的粉煤灰,見表2.2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1試件的成型、養(yǎng)護(hù)及養(yǎng)護(hù)溫度設(shè)定混凝土配合比為mw∶mc∶ms∶mg=0.42∶1.00∶1.33∶2.70,粉煤灰超量取代系數(shù)1.2,減水劑摻量0.75%,由試驗(yàn)攪拌機(jī)攪拌然后成型,在室內(nèi)靜置24h后脫模,放在濕度>90%,溫度為(20±2)℃的室內(nèi)養(yǎng)護(hù).試件尺寸為100mm×100mm×100mm,養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期測(cè)試其抗壓強(qiáng)度.坍落度以及相應(yīng)齡期力學(xué)性能見表3.2.1.1粉煤灰和fpsd針對(duì)原狀Ⅲ級(jí)粉煤灰以及磨細(xì)灰,從表3可以看出,在水灰比一定時(shí),摻Ⅲ級(jí)灰和F1,F2的混凝土拌合物流動(dòng)性大于基準(zhǔn)混凝土,說明Ⅲ級(jí)灰和F1,F2都有一定程度的減水作用,其中以F1的減水效應(yīng)最為顯著,但摻F3的混凝土拌合物坍落度降低至0.F3粒度極小,d(0.5)為1.597μm,有28.07%的顆粒粒徑小于1μm,而粉煤灰的大量玻璃微珠粒度主要集中在2～5μm,F3中大量玻璃微珠的球狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到破壞,潤(rùn)濕表面所需的水膜增多,故造成流動(dòng)度大幅度下降.2.1.2粉煤灰的用量從表3和圖1可以看出,混凝土拌合物C3的強(qiáng)度為34.5MPa,當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí),各細(xì)度的粉煤灰對(duì)應(yīng)的試塊3d強(qiáng)度有一定程度降低.但隨著粉煤灰的細(xì)化,3d也能達(dá)到較為理想的強(qiáng)度,F3-30的強(qiáng)度為32.8MPa,為C強(qiáng)度的95.1%.隨著水化的進(jìn)行,摻各細(xì)度粉煤灰的混凝土拌合物的強(qiáng)度得到較大程度發(fā)展,28d強(qiáng)度與試樣C的差距進(jìn)一步減小,F3-30達(dá)到55.0MPa.粉煤灰摻量為40%,50%時(shí)也有類似規(guī)律.2.23級(jí)碳灰粉資源效應(yīng)的研究2.2.1粉煤灰火山灰活性圖2為試樣C,FY-50,F1-50,F3-50的水化28d漿體破碎面的SEM照片.從圖2(a)可以看出,28d齡期后,水泥顆粒水化已經(jīng)比較完全,主要為結(jié)構(gòu)完整密實(shí)的C-S-H凝膠,也有少量低堿度薄片狀的C-S-H(I)型凝膠.圖2(b)中,水泥硬化漿體的C-S-H凝膠中有明顯的粉煤灰球狀顆粒,這些粉煤灰顆粒表面光滑,并無水化產(chǎn)物生成.在圖2(c),(d)中也能明顯看出表面光滑的粉煤灰顆粒,由于經(jīng)過粉磨,尺寸較原狀灰小的多.玻璃體類型是影響粉煤灰火山灰活性的主要因素之一,F級(jí)Ⅲ級(jí)粉煤灰球體表面致密,而自身鈣含量低,水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2和外摻的Ca(OH)2很難對(duì)表面致密的玻璃體形成有效的浸蝕,在28d甚至以后很長(zhǎng)的齡期中都不會(huì)發(fā)生水化反應(yīng).可見,Ⅲ級(jí)粉煤灰火山灰活性很弱.2.2.2計(jì)算dp、udp為證明Ⅲ級(jí)粉煤灰的微集料效應(yīng)的作用,利用經(jīng)典連續(xù)理論倡導(dǎo)者Andreasen提出的連續(xù)粒度體系緊密堆積方程來進(jìn)行微集料的級(jí)配,研究不同細(xì)度粉煤灰的混合集料作用對(duì)混凝土強(qiáng)度的協(xié)同效應(yīng).Andreasen用下式表示粒度分布,即UDp=100(DpDpmax)q,UDp=100(DpDpmax)q,式中,UDp為累計(jì)篩下百分?jǐn)?shù),%;Dpmax為最大粒徑;q為Fuller指數(shù),q=1/3時(shí)為最密填充.保證水泥用量為50%,以水泥顆粒的d(0.9)=41.895μm為Dpmax,q=1/3時(shí)以上4種粉體的最緊密堆積理論粒度分布以及通過實(shí)際調(diào)整粗細(xì)粉煤灰比例的粒度分布見表4.從表4可以看出,通過3種粉煤灰和水泥的級(jí)配,除了5.0～1.9μm粒度段,其余粒度段分布與q=1/3時(shí)理論計(jì)算結(jié)果基本一致.此種級(jí)配接近最緊密填充.從強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果可以看出,同樣是50%取代率,通過級(jí)配強(qiáng)度得到大幅度提高,28d強(qiáng)度比F3-50高出17.8%.通過SEM照片和緊密堆積實(shí)例可以推斷,Ⅲ級(jí)粉煤灰的微集料效應(yīng)對(duì)混凝土強(qiáng)度的提高起到了至關(guān)重要的作用.但從上述級(jí)配來看,雖然力學(xué)強(qiáng)度得到了提高,但F3用量過大,使其和易性變差,而且增加了生產(chǎn)成本,不利于實(shí)際生產(chǎn).2.3粉煤灰的配合比及強(qiáng)度對(duì)原狀Ⅲ級(jí)粉煤灰(FY)、10μm粉煤灰(F1)、1μm粉煤灰(F3)進(jìn)行混料設(shè)計(jì),探索其協(xié)同作用對(duì)混凝土強(qiáng)度以及和易性的影響規(guī)律.為了控制生產(chǎn)成本,同時(shí)保證混凝土強(qiáng)度,控制原狀Ⅲ級(jí)粉煤灰摻量不小于粉煤灰總量的20%,10μm粉煤灰(F1)不小于30%.相關(guān)力學(xué)性能和坍落度見表5.通過表4,5的比較,可以看出,在混凝土配合比相同的情況下,通過不同粒度粉煤灰的級(jí)配,混凝土的和易性得到改善,力學(xué)強(qiáng)度有一定程度的提高,28d抗壓強(qiáng)度都在30MPa以上,H7,H9,H10還達(dá)到了40MPa以上.摻入的粉煤灰中有大量Ⅲ級(jí)原狀粉煤灰,節(jié)約了混凝土的生產(chǎn)成本,降低了環(huán)境負(fù)荷.2.4y=400x1+5.4根據(jù)表5中的坍落度以及28d強(qiáng)度的數(shù)據(jù),建立回歸方程為坍落度:Y=240x1+215(4x2?0.6)+220(4x3?0.4)+840x1(4x2?0.6)+960x1(4x3?0.4)+70(4x2?0.6)×(4x3?0.4)+10027.2x21(4x2?0.6)?2506.8x1(4x2?0.6)2+15787.2x21(4x3?0.4)?3946.8x1(4x3?0.4)2+146.7(4x2?0.6)2(4x3?0.4)?146.7(4x2?0.6)(4x3?0.4)2+1973.2x1(4x2?0.6)(4x1?4x2+0.6)2+1066.8x1(4x3?0.4)(4x1?4x3+0.4)2+146.7(4x2?0.6)(4x3?0.4)(4x2?4x3?0.2)2+7040x21(4x2?0.6)(4x3?0.4)?5120x1(4x2?0.6)2(4x3?0.4)?5813.2x1(4x2?0.6)(4x3?0.4)2;Y=240x1+215(4x2-0.6)+220(4x3-0.4)+840x1(4x2-0.6)+960x1(4x3-0.4)+70(4x2-0.6)×(4x3-0.4)+10027.2x12(4x2-0.6)-2506.8x1(4x2-0.6)2+15787.2x12(4x3-0.4)-3946.8x1(4x3-0.4)2+146.7(4x2-0.6)2(4x3-0.4)-146.7(4x2-0.6)(4x3-0.4)2+1973.2x1(4x2-0.6)(4x1-4x2+0.6)2+1066.8x1(4x3-0.4)(4x1-4x3+0.4)2+146.7(4x2-0.6)(4x3-0.4)(4x2-4x3-0.2)2+7040x12(4x2-0.6)(4x3-0.4)-5120x1(4x2-0.6)2(4x3-0.4)-5813.2x1(4x2-0.6)(4x3-0.4)2;28d強(qiáng)度:Y=147.6x1+34.4(4x2?0.6)+31.8(4x3?0.4)+61.6x1(4x2?0.6)+72.8x1(4x3?0.4)+11.6×(4x2?0.6)(4x3?0.4)+94.92x1(4x2?0.6)(4x1?4x2?0.6)?88.52x1(4x3?0.4)(4x1?4x3?0.4)+3.73(4x2?0.6)(4x3?0.4)(4x2?4x3?0.2)+137.6x1(4x2?0.6)(4x1?4x2+0.6)2+438.4x1(4x3?0.4)(4x1?4x3+0.4)2?61.33(4x2?0.6)(4x3?0.4)(4x2?4x3?0.2)2?7824.96x12(4x2?0.6)(4x3?0.4)+218.68x1(4x2?0.6)2(4x3?0.4)+570.68x1(4x2?0.6)(4x3?0.4)2,Y=147.6x1+34.4(4x2-0.6)+31.8(4x3-0.4)+61.6x1(4x2-0.6)+72.8x1(4x3-0.4)+11.6×(4x2-0.6)(4x3-0.4)+94.92x1(4x2-0.6)(4x1-4x2-0.6)-88.52x1(4x3-0.4)(4x1-4x3-0.4)+3.73(4x2-0.6)(4x3-0.4)(4x2-4x3-0.2)+137.6x1(4x2-0.6)(4x1-4x2+0.6)2+438.4x1(4x3-0.4)(4x1-4x3+0.4)2-61.33(4x2-0.6)(4x3-0.4)(4x2-4x3-0.2)2-7824.96x12(4x2-0.6)(4x3-0.4)+218.68x1(4x2-0.6)2(4x3-0.4)+570.68x1(4x2-0.6)(4x3-0.4)2,式中,x1,x2,x3分別為F3,F1,FY占膠結(jié)料總量的比例,其中x2≥0.15,x3≥0.1.利用此回歸方程,可以對(duì)不同配比的F3,F1,FY的混凝土(粉煤灰總摻量為50%)的力學(xué)性能和流動(dòng)性進(jìn)行估