磨細粉煤灰對混凝土拌合物力學性能的影響

磨細粉煤灰對混凝土拌合物力學性能的影響

粉煤灰是典型的煤系廢物和活動礦物資源。它具有良好的活動效果、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。對于大的混合區(qū)域，通常假設將純水泥混凝土的水泥用量的百分數(shù)大于30%。目前，混凝土中使用的大量碳灰粉為i級和ii級碳灰粉，但比例較低，約為30%。由于結構復雜、均勻性差和活動低的限制，三級碳灰粉的開發(fā)和應用具有顯著的經濟效益和社會效益。在本研究中，我們使用了低噸位、低能耗和低碳灰粉的細磨和化學生產，以影響不同的混凝土和不同粒度的碳灰粉之間的等級配置。1測試1.1管砂型水泥粉煤灰:選取江油巴蜀火電廠的Ⅲ級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,化學成分見表1.熟石灰:工業(yè)級,有效CaO含量69%;粗骨料:5～20mm卵石,級配合格;砂:河砂,細度模數(shù)M=2.5,級配合格;減水劑:FDN.1.2u3000熟石灰摻量的影響采用“補鈣”和細磨的方法能有效提高粉煤灰活性.通過大量膠砂強度對比試驗,得出熟石灰摻量在20%時粉煤灰活性最高.粉碎粉煤灰同時加入20%熟石灰作為堿性激發(fā)劑,制備3種細度的粉煤灰,見表2.2試驗結果與分析2.1試件的成型、養(yǎng)護及養(yǎng)護溫度設定混凝土配合比為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%,由試驗攪拌機攪拌然后成型,在室內靜置24h后脫模,放在濕度>90%,溫度為(20±2)℃的室內養(yǎng)護.試件尺寸為100mm×100mm×100mm,養(yǎng)護至相應齡期測試其抗壓強度.坍落度以及相應齡期力學性能見表3.2.1.1粉煤灰和fpsd針對原狀Ⅲ級粉煤灰以及磨細灰,從表3可以看出,在水灰比一定時,摻Ⅲ級灰和F1,F2的混凝土拌合物流動性大于基準混凝土,說明Ⅲ級灰和F1,F2都有一定程度的減水作用,其中以F1的減水效應最為顯著,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構已經遭到破壞,潤濕表面所需的水膜增多,故造成流動度大幅度下降.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的強度為34.5MPa,當粉煤灰摻量為30%時,各細度的粉煤灰對應的試塊3d強度有一定程度降低.但隨著粉煤灰的細化,3d也能達到較為理想的強度,F3-30的強度為32.8MPa,為C強度的95.1%.隨著水化的進行,摻各細度粉煤灰的混凝土拌合物的強度得到較大程度發(fā)展,28d強度與試樣C的差距進一步減小,F3-30達到55.0MPa.粉煤灰摻量為40%,50%時也有類似規(guī)律.2.23級碳灰粉資源效應的研究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,水泥顆粒水化已經比較完全,主要為結構完整密實的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Ⅲ級粉煤灰球體表面致密,而自身鈣含量低,水泥水化產生的Ca(OH)2和外摻的Ca(OH)2很難對表面致密的玻璃體形成有效的浸蝕,在28d甚至以后很長的齡期中都不會發(fā)生水化反應.可見,Ⅲ級粉煤灰火山灰活性很弱.2.2.2計算dp、udp為證明Ⅲ級粉煤灰的微集料效應的作用,利用經典連續(xù)理論倡導者Andreasen提出的連續(xù)粒度體系緊密堆積方程來進行微集料的級配,研究不同細度粉煤灰的混合集料作用對混凝土強度的協(xié)同效應.Andreasen用下式表示粒度分布,即UDp=100(DpDpmax)q,UDp=100(DpDpmax)q,式中,UDp為累計篩下百分數(shù),%;Dpmax為最大粒徑;q為Fuller指數(shù),q=1/3時為最密填充.保證水泥用量為50%,以水泥顆粒的d(0.9)=41.895μm為Dpmax,q=1/3時以上4種粉體的最緊密堆積理論粒度分布以及通過實際調整粗細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配,除了5.0～1.9μm粒度段,其余粒度段分布與q=1/3時理論計算結果基本一致.此種級配接近最緊密填充.從強度測試結果可以看出,同樣是50%取代率,通過級配強度得到大幅度提高,28d強度比F3-50高出17.8%.通過SEM照片和緊密堆積實例可以推斷,Ⅲ級粉煤灰的微集料效應對混凝土強度的提高起到了至關重要的作用.但從上述級配來看,雖然力學強度得到了提高,但F3用量過大,使其和易性變差,而且增加了生產成本,不利于實際生產.2.3粉煤灰的配合比及強度對原狀Ⅲ級粉煤灰(FY)、10μm粉煤灰(F1)、1μm粉煤灰(F3)進行混料設計,探索其協(xié)同作用對混凝土強度以及和易性的影響規(guī)律.為了控制生產成本,同時保證混凝土強度,控制原狀Ⅲ級粉煤灰摻量不小于粉煤灰總量的20%,10μm粉煤灰(F1)不小于30%.相關力學性能和坍落度見表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配,混凝土的和易性得到改善,力學強度有一定程度的提高,28d抗壓強度都在30MPa以上,H7,H9,H10還達到了40MPa以上.摻入的粉煤灰中有大量Ⅲ級原狀粉煤灰,節(jié)約了混凝土的生產成本,降低了環(huán)境負荷.2.4y=400x1+5.4根據(jù)表5中的坍落度以及28d強度的數(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占膠結料總量的比例,其中x2≥0.15,x3≥0.1.利用此回歸方程,可以對不同配比的F3,F1,FY的混凝土(粉煤灰總摻量為50%)的力學性能和流動性進行估