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粉煤灰混凝土强度特性试验研究2010-1-26作者:李金奎，张岳文，闫蕾摘要：本文对九龙矸石电厂粉煤灰进行了物化试验研究，得到了该电厂粉煤灰的详细物化特性，并以此为替砂进行了高掺入量混凝土强度试验室试验，得出了高掺量粉煤灰混凝土水化热、早期强度及中后期强度与龄期的变化规律：粉煤灰可以降低混凝土中水泥的水化热，推迟水化热的峰值；在粉煤灰混凝土初期，粉煤灰颗粒对水泥颗粒的解絮作用,使粉煤灰早期强度较低。随着粉煤灰活性的激发，中后期粉煤灰混凝土强度增加快，强度高，耐久性高。并将试验成果在井下巷道喷射混凝土中进行了应用，实测表明高掺量粉煤灰混凝土满足井巷工程中支护要求，28天取芯强度略高于实验室试块强度。粉煤灰混凝土技术中，同源同性粉煤灰的掺入量是粉煤灰强度特性影响的主要因素之一，优化掺入量应兼顾混凝土早期强度及中后期强度。0绪言在混凝土工程中引入粉煤灰作为原料，形成了有高耐久性、高流动性和体积稳定性的粉煤灰混凝土。在混凝土中引入较高掺入量的粉煤灰，改善了混凝土的某些性能，如降低了混凝土的水化热，增强了混凝土抗化学腐蚀性能等。高掺量粉煤灰混凝土的的力学性能及工程应用是21世纪混凝土技术研究的重点和热点，而且值得继续深入研究。以下对高量的粉煤灰混凝土强度特性进行了试验研究，得到了有意义的结论。1试验原材料1.1粉煤灰试验原材料取自九龙矸石电厂粉煤灰，进行了色泽、密度、细度、含水率及微观结构试验研究。含水率为1.34%,较GB1596－1991和JGJ128－1986的规定1％略大。建议在使用前应对粉煤灰含水率进行量测，并采取干燥措施，以免导致其颗粒固结成块及影响其活性。试验结果表明该电厂粉煤灰属于低钙灰，属于III粉煤灰，达到了美国ASTM的F类粉煤灰的要求－SiO2＋Al2O3＋Fe2O3的含量不得低于70％。但其烧失量较大。高于GBJ146－1990、GB1596－1991和JGJ－1986规定三级粉煤灰烧失量不得低于8％。建议应控制烧失量，因为烧失量直接影响着粉煤灰混凝土的需水量、外加剂及强度特性。1.2其他原料试验中水泥采32.5普通硅酸盐水泥。其主要化学成分见表3所列。试验中试验细骨料采用当地细河砂，细度模数为2.2。粗骨料为一级配人工碎石，最大粒径为20mm。外加剂采用NF高效减水剂，试验中采用引用自来水。2高掺量粉煤灰混凝土配比参数根据《普通混凝土配合比设计技术规定》(JGJ55—81)，计算出基准混凝土的材料，用粉煤灰外加法进行计算调整。3试验结果及分析3.1试验结果3.2试验结果分析1)粉煤灰混凝土水化热分析粉煤灰混凝土中水泥水化反应是放热反应，水化热能使混凝土温升增大,在水化的过程中1g硅酸盐水泥总放热高达500J,如果热量没有散失,混凝土内部温度可以高达75℃。混凝土导热性能差,混凝土硬化初期易造成内外温差,使用手册混凝土内部产生温度应力,导致混凝土力学特性弱化。各种混凝土内部水化热随着龄期的增加而升高,在5天后，基本上水化反应结束，水化热大约占7天的95.4％,在混凝土中加入粉煤灰会降低水化热。粉煤灰的加入推迟了混凝土中水化热梯度峰值。这是由于粉煤灰中微小颗粒在水泥水化过程中能使水泥的絮凝解絮并使水泥颗粒分散，使混凝土内部结构降低粘度，减小颗粒之间的摩擦力，可以大大地降低水泥水化热，推迟了水化热梯度峰值，显著地改善混凝土的温升，改善了混凝土早期内部结构及力学性能。1）粉煤灰混凝土早期强度发展规律粉煤灰混凝土强度与粉煤灰的掺入量、养护的龄期密切相关。粉煤灰混凝土早期强度问题一直是国内外学者及工程界关注的问题。为了便于分析，将混凝土前7天前的强度称为混凝土的早期强度，混凝土7天以后强度称为中后期强度。2）粉煤灰混凝土中后期强度发展规律粉煤灰混凝土试块试验强度峰值为63天的26.9MPa，试块28天强度为21.4MPa,7-28天强度增长梯度为0.505,试块49天强度为26.4MPa,为峰值强度的98.1％,28-49天强度增长梯度为0.238。49-63天试块强度增长梯度为0.033。高掺量粉煤灰混凝土中后期强度随着龄期增长可分为三个阶段：7－28天快速增长段，28－49天缓慢增长阶段及49－63天平稳增长阶段。表明粉煤灰在混凝土中后期强度上有很大的贡献。3)粉煤灰混凝土强度特性机理分析粉煤灰中主要含有活性SiO2，Al2O3，Fe2O3能与Ca（OH）2发生反应生成具有胶凝性质的水化硅铝酸钙。在混凝土中掺入粉煤灰初期，粉煤灰中活性物质玻璃微珠吸附一层水膜，粉煤灰的活性难以很快激活。又由于粉煤灰颗粒对水泥颗粒的解絮作用,故粉煤灰早期强度较低。经过一定龄期的养护，粉煤灰混凝土中粉煤灰颗粒分散于水泥浆体中，与水泥浆体结合密实，在玻璃微珠表面形成一层较坚硬的水化凝胶，故中后期粉煤灰混凝土强度增加较快。试验结果可知，高掺量粉煤灰混凝土的中后期强度梯度增长快，强度较高，对于提高混凝土的耐久性具有重大意义。4工程应用高掺量粉煤灰混凝土在峰峰集团有限公司九龙矿进行井下巷道支护试验，试验选择具有代表性4段巷道100米进行了试验，巷道参数见表所列，并进行了顶板喷层高掺量粉煤灰混凝土变形量测及强度检验，粉煤灰混凝土支护巷道围岩稳定时间为21～24天，围岩的变形速度最大在施工后前10天，围岩处于积极活动期；施工后10～15天消极活动期；施工后15～24天是趋于稳定期；施工后24天后进入相对稳定期，在此期间如果没有外力的影响，巷道具有一定的稳定性。现场粉煤灰混凝土强度发展规律与实验室试验的结果类似，现场取芯强度略高于实验室试块强度，满足现场要求。5结论1）粉煤灰性质变异因素很多，在进行粉煤灰混凝土技术时应对粉煤灰物理性质及化学性质成分进行分析，以便于确定合理配比。2)在混凝土中掺入粉煤灰可以降低水泥的水化热，推迟水化热的峰值。3）在粉煤灰混凝土早期强度方面早期强度较低，但增长速度较快，并得出了相应的拟合计算公式。4）高掺量粉煤灰混凝土中后期强度随着龄期增长可分为三个阶段：7－28天快速增长段，28－49天缓慢增长阶段及49－63天平稳增长阶段，49天强度可达峰值强度的98.1%。粉煤灰在混凝土中后期强度上有很大的贡献。5）粉煤灰混凝土支护巷道围岩稳定时间为21～24天，围岩的变形速度最大在施工后前10天，围岩处于积极活动期；施工后10～15天消极活动期；施工后15～24天是趋于稳定期；施工后24天后进入相对稳定期，在此期间如果没有外力的影响，巷道具有一定的稳定性。6）粉煤灰混凝土技术中，同源同性粉煤灰的掺入量是粉煤灰强度特性影响的主要因素，优化掺入量应兼顾混凝土早期强度及中后期强度。7）高掺量粉煤灰混凝土中后期强度梯度增加快，强度高，耐久性高等优点，具有广泛的应用前景。以下部分为网上摘录随着科学技术的进步和建筑业的发展，粉煤灰以其廉价、环保和实用性得到越来越广泛的应用，并逐步成为混凝土组成材料中不可或缺的一种.在混凝土中掺入适当的粉煤灰等量或超量替代水泥不仅可以节约水泥用量，降低混凝土的生产成本，而且可以极大改善混凝土的和易性，增强混凝土的施工性能、提高混凝土密实度，从而提高混凝土的抗渗性和耐久性.在配制普通和特种混凝土时，通过粉煤灰和外加剂的“双掺”技术可以有效降低混凝土的水化热、延缓混凝土温峰值到来的时间，减小混凝土的内外温差.1、粉煤灰分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。Ⅲ级粉煤灰不能用于结构部位混凝土。粉煤灰主要用来替代水泥，降低成本。同时提高混凝土的耐久性和后期强度。掺加粉煤灰后混凝土早期强度会降低，后期强度会有较大提升。质量差的粉煤灰主要指细度为Ⅲ级的粉煤灰，他对强度有不利影响，取代水泥后混凝土最终强度会降低，即有反作用。2、减水剂主要通过减少用水量来提高混凝土的强度，改善混凝土和易性。减水剂有一个最合适的掺量，掺加过多或过少都对混凝土有影响。掺加过多，混凝土离析泌水，易出质量事故。掺加过少，达不到所需的坍落度，影响强度。试模自校选自GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准