粉煤灰胶凝系数研究

第42卷第6期大连理工大学学报Vol 42, No 62002年11月Journal of Dalian University of TechnologyNov,2002文章编号:1008608(2002)6-072404粉煤灰胶凝系数研究王立久,艾红梅,王瓒(大连理工大学土木工程系,辽宁大连116024摘要:定义了粉煤灰胶凝系数β.β的影响因素主要为粉煤灰细度、需水量比和烧失量并随龄期变化,可以细度、需水量比和烧失量这3个因素为自变量建立函数关系确定β.需水量比对β的影响可由细度和烧失量来间接反映因此可进一步简化采用细度与烧失量的乘积来表征B关键词:细度/粉煤灰;胶凝系数;需水量比;烧失量中图分类号:TU528.041文献标识码:A粉煤灰作为混凝士配合比中一种独立组分,到一定龄期时,它能对混凝土强度作出相当于βF有其独特的作用和行为.其主导行为主要包括活份水泥的贡献同时有1-β)F份粉煤灰在混凝性、需水性、充填性、稳定性等主要作用包括胶凝土中起到微集料作用.β与粉煤灰胶凝效率系数作用、减水作用、致密作用等.这决定了粉煤灰应k在概念的物理意义上一致但β反映的是粉煤灰用在混凝土中有3种基本效应形态效应、活性效对混凝土的综合效应既包括调整、补充和提高水应、微集料效应.但长期以来这3种效应在粉煤泥的胶凝材料功能,同时体现粉煤灰对水和集料灰混凝土配合比设计中并没有定量化混淆了各的调整、调节功能.β主要取决于粉煤灰自身的自对混凝土的贡献性能尤其以细度、烧失量和需水量比3个因素对为了反映粉煤灰在混凝士中的胶凝作用,β的影响最大即可以认为β是以这3个因素为自1967年英国的 Smith最早提出了粉煤灰胶凝效变量所确定的函数率系数k"1,k值表示以1kg的粉煤灰作为胶凝B=F(f,m ,n)(1)材料加入混凝士中,所能取代的水泥用量.k值式中f为粉煤灰细度(45mm方孔筛余量,%)mn取决于粉煤灰来源、所用水泥性质以及粉煤灰混为粉煤灰烧失量即碳质量分数%)为粉煤灰凝士的养护龄期和养护条件.它可以与混凝土的需水量比%)主要技术参数如水灰比、水泥用量、粉煤灰用量、对于矿渣,曾经有人提出以细度作为指标来胶集比等直接联系起来作为一种理性法”进一反映其活性:9=0.0563x030其中x为矿渣的步完善粉煤灰混凝士的配合比设计.但Smih只比表面积2].与此类似确定β的数学模型为是把粉煤灰单纯作为一种辅助胶凝材料取代部(2)分水泥对混凝土强度产生效率,即k值只体现了根据这个数学模型,只要测出粉煤灰的3个参数粉煤灰补充水泥的胶凝材料功能,另外其确定k(因素)指标就可根据式2)计算岀该种粉煤灰的值的步骤很烦琐这些都影响了它的推广与应用.β直接用于粉煤灰混凝土的配合比设计或粉煤本文提出粉煤灰胶凝系数β的概念同时给出确灰品质的评价.定β的方法2确定β的试验1确定胶凝系数β的数学模型2.1原材料及试件1m3混凝土中加入质量为F的粉煤灰当达选用大连北海头热电厂粉煤灰原状灰化学第6期王立久等:粉煤灰胶凝系数研究725成分见表1)并通过粉曆和添加相应细度碳粒得胶砂试件中粉煤灰掺量为30%.胶砂试件在水中到不同细度及烧失量指标的粉煤灰其中3为原养护至14、28、56d后进行抗折、抗压试验.β可由状灰)水泥为大连小野田水泥厂生产的42.5#普=(x-x2)(x1-x2)计算式中x1、x2分别代通硅酸盐水泥;试验所用标准砂及试件尺寸均采ˆ表水泥掺量为100%和η0%的水泥胶砂试件的抗用新标准规定压强度,x为相应龄期粉煤灰-水泥胶砂试件的抗表1粉煤灰化学成分压强度Tab. I Chemical components of fly ash表2粉煤灰性能成分/%Tab, 2 Performance of fly ash51.42粉煤灰品种f/%5.215.203,63MgO0.8l5.205.209.409.402.2试验方法与现行试验标准及国际惯例相一致,以胶砂14.57试件强度比为依据确定粉煤灰β.以不同品种粉14.57煤灰的细度和烧失量作为影响因素,各取3个水平按正交法设计试验.测定各种粉煤灰的细度、3试验结果烧失量以及需水量比(见表2)水泥胶砂试件中水泥用量从100%变化到70%,即水泥浆量逐渐水泥胶砂试件强度测定结果见表3.掺入粉减少并以此作为强度对比基准.粉煤灰.水泥煤媒灰的水泥胶砂试件强度见表4表3水泥胶砂试件强度Tab 3 Strength of cement mortar specimen水泥掺量CR,0.503.0038.97.343.67.943.88.235.132.00.593.5327.36.636.77.50.630.674.0023.424.45.720.9表4粉煤灰-水泥胶砂试件强度Tab 4 Strength of cement-fly ash mortar specimen粉煤灰WE1/MPaE8/MPaEs6/MPaC+ FRR3.033.863723220.53.030.033.745.28.93.029.032.341.39.03120.5290.53.028.232.83.031.69.0726根据试验结果确定数学模型中各参数得到烧失量大即含碳量高)不利于混凝土的填充致14d:B=2.933m-6sn-26(r=0.947)密作用同时还会增加混凝士的单位用水量导致(3)混凝士强度和耐久性降低,即反映为胶凝系数随28d:β=1.19/05m-0.5n-63(r=0.969)着烧失量増大而减小34](4)1056d:3=1.85(5)美国材料试验协会(ASTM)长期研究由细度乘以烧失量的组合因子来评价粉煤灰品质建立=1457%了需水量比与此组合因子的一元线性回归方程n=92.6+0.086/in41.这表明需水量比对粉煤灰品质的影响可以通过细度与烧失量这两个因素图2粉煤灰28d胶凝系数随烧失量的变化来间接反映因此可以进一步将数学模型简化为Fig. 2 The 28 d cementitious coefficient of fly ash3=A(fm )(6)changing with loss on ignition通过对试验结果的分析发现各批粉煤灰在不同由图3和表5可以看出,随着龄期的增长而龄期胶凝系数与m这一组合因子间有良好的相增大.这可以由粉煤灰的微观结构及其火山灰反关性数学模型中的各参数为应的机理来解释.粉煤灰是由多种颗粒机械混合l4d:β=3.5Km)05(r=0.924)(7)的粒群按照粉煤灰颗粒形貌可将其分为玻璃微28d:β=3.6加m)05s3(r=0.914)(8)珠、海绵状玻璃体和碳粒3类,粉煤灰本身并无胶56d:B=5.14m)42(r=0.916)(9)凝性能但常温下当有水存在时粉煤灰中的硅酸盐或铝硅酸盐玻璃体的细微颗粒能与石灰发生化4试验结果分析学反应生成具有胶凝性能的水化产物5.因此通过分析试验结果发现与粉煤灰45m筛粉媒灰中玻璃微珠含量越多则粉煤灰的品质越余量∫和烧失量m均成反比即胶凝系数随着细好实际上粉煤灰的火山灰反应一般都是用玻璃度的增大而减小图1);同时随着烧失量的增体颗粒的反应来衡量和解释的反应开始时有个吸收的过程,即粉煤灰玻璃微珠吸收钙离子m=363m=448%〔主要是物理吸附)在此时期,粉煤灰玻璃微珠m=5.33%外层有致密的玻璃质表层阻碍了粉煤灰与水作用火山灰反应视为零.粉煤灰中的石灰或水泥水化析出的C&OH形成的钙离子吸附在玻璃微珠表面上能够侵蚀玻璃的表面而粉煤灰表层的玻璃与水作用也能析出碱性物质的离子.虽然那图1粉煤灰28d胶凝系数随细度的变化层阻碍与水作用的薄膜结构比较致密但是最终Fig. 1 The 28 d cementitious coefficient of fly ash还是要被侵蚀的.因此粉煤灰火山灰反应的主要changing with fineness过程是受扩散控制的溶解反应早期粉煤灰微珠大而减小图2)这是因为当粉煤灰细度越小时,表面溶解反应生成物沉淀在颗粒的表面上后期其密度越大对混凝士的填充行为和致密作用越钙离子继续通过表层和沉淀的水化产物层向芯部好同时比表面积大幅度增加提高了粉煤灰反应扩散.如果有石膏参与粉煤灰的水化反应还会活性;另外随着粉煤灰细度减小,其需水量比降形成钙矾石;再经过一定时间,这个过程才告结低因此粉煤灰在混凝土中的活性和胶凝作用增束然后生成水化铝酸钙.通过扫描电镜可以观强即反映为胶凝系数随着细度的增大而减小.察到粉煤灰微珠周围形成的水化产物和微珠颗粉煤灰中的碳粒一半是形状不规则的多孔体或接粒之间存在着一层0.5~1m厚的水解层.钙离第6期王立久等:粉煤灰胶凝系数研究727度不高结构疏松火山灰反应对强度帮助不大到了后期水解层填实的程度提高于是粉煤灰对5结论强度的贡献越来越明显表现为β随着龄期的增长而增大表55311)根据前人研究成果给出粉煤灰胶凝系数β的定义并通过试验建立其确定方法(2)的影响因素主要是粉煤灰细度、需水量比和烧失量可由式3)~(5)计算0.8(3)如采用细度和烧失量乘积来表征则可04用式7)~(9)计算0(4)粉煤灰胶凝系数β随龄期而变化,一般采用28d龄期来计算β值即图3β随龄期的变化B=1.19f005m0.5nig. 3 Cementitious coefficient of fly ash changing withthe age参考文献[I] SMITH I A. The design of fly ash concretA]表5β随龄期增长的试验结果Proceeding of the Institution of Civil Engineers[ C]Tab. 5 Test result of cementitious coefficient increasing withUK ICE, 1967[2]朱清江.高强高性能混凝土研制及应用M].北京编号f%m/%n/%4B28B中国建材工业出版社99115.23.63950.7570.8}1·44[3]沈旦申.粉煤灰混凝土M]北京冲国铁道出版社0.6640.6871.40060.4990.5791.331[4]杨伯科.混凝土实用新技术手舭M]吉林:吉林科9.43.631000.4730.5451.145学技术出版社9.44.481010.4681.0890.416[5]MALHOTRA V M. Fly Ash, Silica Fume, Slag Other0.4370.4580.981Mineral By-Products in Concrete[ M ].Detroit:Amer14.55.331040.3080.3800.855Study of cementitious coefficient of fly ashWANG Li-jiu, Al Hong-mei, WANG ZanDept. of Civil Eng., Dalian Univ. of Technol. Dalian 116024, ChinaAbstract: The cementitious coefficient B is defined. Through analyzing it is found that the main influencingfactors of B are fineness water requirement and loss of ignition. At the same time ,B changes with the age oftest specimen. Therefore B can be expressed as the function of the three factors fineness water requirementand loss of ignition. Among them the influence of water requirement on B can be reflected indirectly byfineness and loss of ignition so B can be expressed as the function with the product of fineness and loss ofignition as independent variablesKey words: fineness /fly ash i cementitious coefficient water requirement loss on ignition