粉煤灰摻量與砂漿強(qiáng)度和水化參量的關(guān)系.

1、第22卷第3期 2001年7月華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 Journal of Huaqiao U niver sity (N atural ScieneeVo l. 22 N o. 3Jul. 2001文章編號1000-5013（2001 03-0278-06粉煤灰摻量與砂漿強(qiáng)度和水化參量的關(guān)系嚴(yán)捍東（華僑大學(xué)土木工程系,泉州362011摘要 對水膠比為0. 5, I級粉煤灰摻量分別占膠凝材料總量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0, 0.20, 0. 30, 0. 45和0. 55的砂漿試樣,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（d 7, 28, 90, 180和365時(shí)的抗壓強(qiáng)度、漿體非蒸發(fā)水量和CH含量,進(jìn)行了系統(tǒng)測試.試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)回歸

2、分析，發(fā)現(xiàn)粉煤 灰摻量與砂漿抗壓強(qiáng)度、非蒸發(fā)水量和CH含量之間，分別存在很好的線性相關(guān)關(guān)系.從中,可以定量研究在不同的粉煤灰摻量和養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，粉煤灰效應(yīng)對大摻量粉 煤灰水泥基材料的力學(xué)性能和水化進(jìn)程的影響規(guī)律.關(guān)鍵詞 粉煤灰摻量，抗壓強(qiáng)度,非蒸發(fā)水量，CH含量,粉煤灰效應(yīng)中圖分類號T U 522. 3+50. 6文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A近年來,粉煤灰等火山灰礦物摻合料的應(yīng)用已被普遍接受.它不僅因?yàn)楣?jié)約水泥 所帶來的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，而且若合理設(shè)計(jì)還能制得具有高耐久性的結(jié)構(gòu)材料.因此,如何定量預(yù)測不同粉煤灰摻量、不同養(yǎng)護(hù)齡期下粉煤灰水泥基材料的強(qiáng)度和水化進(jìn) 程,就變得非常重要.為了定量預(yù)測粉煤灰混凝土的強(qiáng)度

3、，一些研究者試圖在普通混 凝土強(qiáng)度與水灰比關(guān)系的基礎(chǔ)上，1,2引入由Smith首先提出的 膠凝效率因子k來修正.其定義為在不改變水泥性 能的情況下,份粉煤灰所能取代的水泥份數(shù).從而,在 有效水灰比w /(C +kf 時(shí)” 普通混凝土的強(qiáng)度和水灰比的關(guān)系也適合于粉煤灰混凝土. Hansen也在Smith和Bolo mey的基礎(chǔ)上,提出了粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度與水泥、粉煤灰用量及粉煤灰活 性因子間的關(guān)系為s =a (=W -0. 5.大量研究表明，k值隨粉煤灰質(zhì)量、摻量和養(yǎng)護(hù)齡期而變.文獻(xiàn)的研究 結(jié)果表明，如在粉煤灰摻量提高的同時(shí)降低砂率，則不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng) 度與粉煤灰摻量的關(guān)系是二次拋

4、物線.普通水泥漿體的水化過程可以用諸如非蒸發(fā) 水含量、CH含量或化學(xué)減縮量等來定量表征.M arsh, Day和Berry等,也都對粉煤 灰水泥漿體的CH和非蒸發(fā)水含量進(jìn)行了測定.但因粉煤灰水泥漿體的水化很復(fù)雜 粉煤灰火山灰反應(yīng)需消耗水泥水化產(chǎn)生的CH ,所以以都認(rèn)為CH含量和非蒸發(fā)水含量并不能很好表征粉煤灰水泥的水化過程.本文系統(tǒng)測定了不同摻量粉煤灰砂漿 在不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度、非蒸發(fā)水及 CH含量.在基礎(chǔ)上,對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行科 學(xué)地分析，以期揭示粉煤灰效應(yīng)對大摻量粉煤灰水泥基材料力學(xué)和水化進(jìn)程的影響 規(guī)律.收稿日期 2000-12-02 作者簡介 嚴(yán)捍東(1968-,男，講師 5, 67

5、843第3期嚴(yán)捍東:粉煤灰摻量與砂漿強(qiáng)度和水化參量的關(guān)系1試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法1. 1試驗(yàn)原材料水泥采用525#普通水泥,粉煤灰為I級粉煤灰.它的化學(xué)組成和基本物理力學(xué) 性能,如表1所示.表中w為材料化學(xué)組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為材料密度，S為材料比表面 積,S 1為方孔篩篩余（水泥為0. 080m m篩余,粉煤灰為0. 045m m篩余,w 1為粉煤 灰的需水量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 28為水泥28d抗折強(qiáng)度，28為水泥28d抗壓強(qiáng)度，28f : 28 為粉煤灰28d抗壓強(qiáng)度比.-3-3砂為人工砂,表觀密度0為2. 63g ? cm堆積密度0為1459kg ? m ,細(xì)度模數(shù) 為2. 67,級配良好.減水劑為

6、改良型木鈣減水劑,減水率在20%以上,摻量為膠凝材 料用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 007.表1水泥和粉煤灰的基本參數(shù)項(xiàng)目w SiO 2w Al 2O 3w Fe 2O 3w CaO w Mg O w SO 3w Na 2O w K 2O水 泥 0. 21060. 05020. 05750. 62120. 02190. 01720. 00620. 0069粉煤灰 0. 56480. 32070. 03430. 02740. 00510. 01000. 00850. 0083項(xiàng) 目 w lo ss /g ? cm -3S /cm 2? g -1S 1/（% w 1'28/M Pa 28/M P

7、a 28f? 28-1/（%水 泥 0. 01183. 1938372. 2-8. 0855. 8粉煤灰 0. 03042. 2254505. 40. 876-98. 91.2試驗(yàn)方法按表2所示砂漿配比攪拌成型40m m X40mmX160m m試件,每個(gè)齡期各3塊. 在（20 ± C ,相對濕度90%以上的室內(nèi)放置24h后拆模.然后,分別養(yǎng)護(hù)至7d, 28d, 90d, 180d和360d時(shí),測定抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度.相應(yīng)成型30m m X0m m X30m m 的試件，每個(gè)齡期表2各砂漿的配合比參數(shù)項(xiàng) 目 f /(f +c (f +c /S 2w 2/(f +c1#00. 290.

8、 502#200. 270. 503#300. 270. 504#450. 260. 505#550. 240. 50f為粉煤灰用量,c為水泥用量,S2為砂的用量,w2為水的用量2塊,到相應(yīng)齡期后用無水酒精中止水化.65C下烘干4h,取試塊中間部分的水 泥漿體在研缽中磨細(xì)至全部通過 80 m篩.取適量磨細(xì)樣品用T G -DTA方法測試其 在10590C間的失重量,按下式（1計(jì)算非蒸發(fā)水量.其中440523E的失重為CH 脫水引起,758910C失重為CaCO 3（CH碳化產(chǎn)生分解引起.根據(jù)CH, H 2O, CaCO 3, CO 2的分子量可換算出漿體中CH的含量（計(jì)算方法見文9,計(jì)算基準(zhǔn) 為

9、每克膠凝材料的用量.有w n e =12fcm 2-m 01-l fc(1式中w ne為非蒸發(fā)水量（g ? g -1膠凝材料，1 fc =p f l f +（p c l c , p f , p c分別為粉煤灰、水泥占總膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，1 f , l c分別為粉煤灰、水泥的燒失量（質(zhì)量 分?jǐn)?shù)，m 0, m 1和m 2分別為樣品的初華僑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版2001 年 2802試驗(yàn)結(jié)果與分析2. 1砂漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析砂漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值與多項(xiàng)式線性回歸結(jié)果，如圖1所示.從圖中可以看出，水 膠比相同為0. 50時(shí)，粉煤灰摻量在00. 55范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度均隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長 而提高.純水泥砂

10、漿養(yǎng)護(hù)90d后,強(qiáng)度幾乎沒有增長，而粉煤灰砂漿的強(qiáng)度則繼續(xù)增 長養(yǎng)護(hù)90d時(shí)，粉煤灰砂圖1不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)的砂漿抗壓強(qiáng)度與粉煤灰摻量的關(guān)系圖漿的強(qiáng)度尚未超過不摻粉煤灰的純水泥砂強(qiáng)度值，180d時(shí)粉煤灰摻量為0. 20 的砂漿抗壓強(qiáng)度才超過純水泥砂漿的抗壓而到365d時(shí),粉煤灰摻量達(dá)0. 55的砂漿 抗壓強(qiáng)度,都超過了純水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度這明粉煤灰的火山灰效應(yīng)在90d前發(fā)揮 很小，于90180d間逐步發(fā)揮,且粉煤灰摻量較高的發(fā)揮程度更大養(yǎng)護(hù)齡期相同時(shí), 從多元回歸曲線看，至180d時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度均隨粉煤灰摻量的增加而降低，到 365d時(shí)砂漿抗壓強(qiáng)度則隨粉煤灰摻量增加而略有提高.相應(yīng)各齡期砂漿抗壓

11、強(qiáng)度與粉煤灰摻量的回歸方程，如表3所示.表3不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)的砂漿抗壓強(qiáng)度與粉煤灰摻量的回歸方程T /d 72890180365回歸方程R c =27. 814-0. 48x +0. 003x 2R c =32. 29-0. 018x +0. 005x 2R c =47. 045-0. 274x+0. 001x 2R c =46. 977-0. 107x +0. 006x 2R c =47. 048-0. 243x +0. 003x 2! 0. 9860. 9930. 9640. 9510. 913? 1. 130. 781. 961.560. 80T為養(yǎng)護(hù)齡期,R c為砂漿的抗壓強(qiáng)度值（M P

12、 a , x為粉煤灰摻量,!為相關(guān) 系數(shù),?為均方差2. 2漿體非蒸發(fā)水含量試驗(yàn)結(jié)果與分析漿體的非蒸發(fā)水含量實(shí)測值隨齡期變化圖和非蒸發(fā)水含量與粉煤灰摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)的線性回歸曲線，分別如圖2, 3所示.從圖2可看出，漿體中的非蒸發(fā)水含量隨 齡期的發(fā)展有波動，d第3期嚴(yán)捍東:粉煤灰摻量與砂漿強(qiáng)度和水化參量的關(guān)系281365d仍是有降低的趨勢.文10認(rèn)為這一現(xiàn)象可能是由于 C-S-H凝膠中的多 聚硅酸鹽的平均鏈長，將隨硅灰等火山灰材料摻量和時(shí)間的增加而增加，在聚合過程 中釋放出水分，a 16 -a.ieL這部分圖2漿體非蒸發(fā)水和養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系圖3漿體非蒸發(fā)水與粉煤灰摻量的回歸曲線圖水分可能成為可蒸發(fā)

13、水失去.從強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展關(guān)系來看，這也可能是由于 90180d時(shí)粉煤灰火山灰反應(yīng)較大發(fā)揮,消耗CH,生成的產(chǎn)物結(jié)合的水分可能比水 泥水化產(chǎn)物少.通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，在同一齡期，非蒸發(fā)水含量和粉煤灰摻量間存在 很好的線性關(guān)系，其回歸方程如表4所示.從各回歸方程的斜率可看出，養(yǎng)護(hù)7d時(shí),非蒸發(fā)水量隨粉煤灰摻量增加降低最大，這是由于水泥相對含量減少，水化產(chǎn)物生成 量少.隨后,方程斜率隨齡期延長而降低，180d時(shí)最小.這表明在180d時(shí),粉煤灰摻 量較低的漿體，火山灰反應(yīng)程度較大，非蒸發(fā)水量降低較多，而粉煤灰摻量較大漿體 火山灰反應(yīng)還較小到365d時(shí)，粉煤灰摻量較大漿體的火山灰反應(yīng)更大地發(fā)揮，使得 其

14、非蒸發(fā)水量降低較大因此，365d時(shí)，方程的斜率又增大.從中也可得出，對于粉煤 灰水泥漿體，非蒸發(fā)水的降低并不意味著膠凝材料水化程度的降低它可能表明粉煤灰火山灰反應(yīng)程度加大，宏觀上則表現(xiàn)出強(qiáng)度的提高表4漿體非蒸發(fā)水含量和粉煤灰摻量的回歸方程T /d 72890180365回歸方程w ne =-0. 1334x +12. 669w ne =-0. 0954x +13. 885w ne =-0. 0579x +14. 095w ne=-0. 0265x +12. 472w ne =-0. 0908x +15. 339! 0. 9990. 8720. 7960. 7540. 921?0. 0160.

15、820. 530. 1410. 433w ne為漿體非蒸發(fā)水含量,x為粉煤灰摻量2. 3漿體C H含量試驗(yàn)結(jié)果和分析圖4示出了不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，各配比漿體中CH含量的實(shí)測值.CH量隨齡期也 呈現(xiàn)一定的波動性.對于粉煤灰水泥漿體而言，90d時(shí)CH含量基本在各配比漿體中 都是最多的，表明90華僑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版2001 年 282灰反應(yīng)較大這一結(jié)果,與前面非蒸發(fā)水得到的結(jié)論是一致的表5示出了漿體 中CH含量和粉煤灰摻量對數(shù)的回歸方程（不含1#純水泥漿體,其回歸曲線如圖5 所示.從圖5可看出，7d和180d時(shí)回歸方程的斜率最小，7d主要是水泥水化產(chǎn)生 CH而180d則是粉煤灰摻表5漿體CH含量和粉

16、煤灰摻量對數(shù)的回歸方程T /d 72890180365回歸方程w CH =-3. 392lo g x +10. 210w CH =-7. 689lo g x +17. 075w CH =-6. 719lo g x +15. 724w CH =-3. 947lo g x +10. 224w CH =-6. 348lo g x +14. 589! 0. 9430. 9960. 8440. 9960. 955? 0. 0400. 0130. 4720. 0040. 106w CH為漿體中CH含量,x1M>8為粉煤灰摻量圖4各養(yǎng)護(hù)齡期漿體的CH含量圖5 CH含量與粉煤灰摻量對數(shù)的回歸曲線量較少的

17、漿體中，粉煤灰火山灰反應(yīng)較大發(fā)揮的齡期通過對粉煤灰水泥基材料 的抗壓強(qiáng)度、非蒸發(fā)水含量和 CH含量隨粉煤灰摻量的變化規(guī)律的分析，發(fā)現(xiàn)它們 的結(jié)論能夠很好地吻合這都反映出粉煤灰火山灰反應(yīng)在 90d前很少,90d180d逐 漸發(fā)揮,發(fā)揮的程度隨粉煤灰摻量增加而降低并且,它們和粉煤灰摻量都有很好的 線性關(guān)系，這為我們預(yù)測粉煤灰摻水泥基材料性能提供了很有用的指導(dǎo)3結(jié)束語(1粉煤灰砂漿的抗壓強(qiáng)度和粉煤灰摻量的關(guān)系可用二次函數(shù)表達(dá)，非蒸發(fā)水量 和粉煤灰摻量的關(guān)系為線性函數(shù)關(guān)系，CH含量和粉煤灰摻量的對數(shù)也可用線性函 數(shù)關(guān)系表示這為我們定量預(yù)測不同養(yǎng)護(hù)齡期、不同粉煤灰摻量水泥基材料的性能提供有用的指導(dǎo) (2

18、粉煤灰水泥基材料抗壓強(qiáng)度、非蒸發(fā)水量和CH含量的隨粉煤灰摻量的變化規(guī)律，揭示出粉煤灰d第3期嚴(yán)捍東：粉煤灰摻量與砂漿強(qiáng)度和水化參量的關(guān)系283 參 考 文 獻(xiàn) 1 Babu K G , R ao G S N . Early str e ng th behav io ur of fly ash con cr etes J . Ceme nt and Con cret e R esear ch, 1994, 24( 2 : 22T284 2 Babu K G , Rao G S N . Efficie ncy o f fly ash in co ncr ete w it h age J . Cem

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23、Relation of Fly Ash En trai nment in the Mortar with Stre ngth and Hydrati on Parameters of the Mortar Yan Handong ( D ept . of Civil Eng . , Huaqiao U niv . , 362011, Q uanzh ou Abstract systematic measur eme nts w ere made on compr essio n str eng th, no n- po rable w ater and CH eva content o f mo rt ar samples. T hese mor tar samples entrained fir st g rade fly ash w ith a w ater ash ratio of 0. 5 in respectiv e mass