毕业论文掺粉煤灰与硅灰对高性能胶结材料抗压强度的影响.doc

本科学生毕业论文论文题目：掺粉煤灰与硅灰对高性能胶结材料抗压强度的影响学 院：建筑工程学院年 级：2008级专 业：土木工程姓 名：冯静立学 号：20083941指导教师：丁琳 2012年 5月1日摘要 以纯熟料水泥胶砂为基准,将硅粉和粉煤灰分别按照3种设计掺量用等质量替代水泥,研究了矿渣粉和粉煤灰对水泥胶砂抗压强度的影响。为了提高高性能胶结材料的抗压强度,试验对硅灰、粉煤灰等材料的掺配比例不同时的胶结材料抗压强度影响规律进行了研究,结果显示:掺入粉煤灰和硅灰取代部分水泥用量,可较好地改善胶结材料的抗压强度和工作性能。试验结果表明,掺入粉煤灰量越大，高性能胶结材料的早期抗压强度越低，后期抗压强度增长快。而掺入硅灰可以提高高性能胶结材料的早期抗压强度，后期抗压强度增长慢。关键词 粉煤灰；硅灰；胶结材料；抗压强度； Abstract To skillful material of cement mortar as a benchmark, silica fume and fly ash, respectively, in accordance with the three kinds of design content with quality instead of cement, slag powder and fly ash on the compressive strength of cement mortar. Were studied in order to improve the compressive strength of high-performance cementing material to test the impact of the law of the blending ratio of silica fume, fly ash and other materials cementing material compressive strength results showed that: fly ash and silica fume replace part of the amount of cement, can be used to improve the compressive strength and working properties of the cementing material. The test results show that the fly ash the greater the amount, the lower the early compressive strength of high-performance cementing material, the fast growth of the late compressive strength. Silica fume can increase the early compressive strength of high-performance cementing material, the latter part of the compressive strength of growth slow.Key wordsFly ash; silica fume; cementing material; compressive strength;I目录摘要IAbstractII前言1一、 绪论4（一） 课题研究现状4（三） 课题研究意义4（三） 课题研究内容5（四） 课题研究方法5（五） 课题研究路线5二、 试验6（一） 原料61. 水泥62. 硅灰83. 砂84. 粉煤灰105. 减水剂106. 水10（二） 实验设备111. 强制式混凝土搅拌机HT30型112. 振动台112. 液压式万能试验机12（三） 试验配合比141. 试块一的配合比142. 试块二的配合比153. 试块三的配合比164. 试块四的配合比165. 试块五的配合比176. 试块六的配合比177. 试块七的配合比188. 试块八的配合比199. 试块九的配合比1910.试块十的配合比2011. 试块十一的配合比20（四） 试块的制作及其养护211. 成型前的准备222. 成形试块223. 压力试验机测试试块的抗压强度234. 破坏后的试块23（五） 试验的设计24三、 试验现象的描述和分析25（一）单掺粉煤灰25（二）单掺硅灰27（三） 双掺粉煤灰、硅灰28结论31参考文献32致谢35掺粉煤灰和硅灰对高性能胶结材料抗折强度的影响前言 目前，对于水泥浆体的研究主要集中在怎样提高胶结材料的性能，这里指的性能不仅仅它的力学性能，还包括耐久性，经济性，抗冻性，流动性等等。根据美国混凝土协会的定义，高性能胶结材料是指用常规配料，正常拌和程序和一般养护方法不能达到特殊性能和稳定性要求的胶结材料为高性能胶结材料。这种特殊性能主要包括易于浇筑，振捣后不会离析，早期强度、抗渗性、水化热、密实性、韧性、体积稳定性和恶劣环境下的比较长的寿命。高性能胶结材料是近年来胶结材料发展的一个重要方向。 高性能胶结材料和高性能混凝土(HPC)1对许多专业人员来说已经不是一个新鲜的名词，被人们接受广泛，把HPC开发用在某些高层建筑、桥梁与特殊环境下的工程结构中，并且获得了很好的经济技术效果。HPC是能够做到高耐久性和高强度；粉煤灰在我国用了很多年已经，但是一般只把它看作一种“经济”的添加料2，并以普通水泥浆体的配合比为基础来确定它最适掺量，从试验室到工程以“代替”为出发点，以适用于水泥的条件来确定粉煤灰的效果3，所以在重要工程中粉煤灰不能掺很多。然而，最近二十多年来，美国、英国和加拿大等发达国家积极开展研究大掺量粉煤灰水泥浆体，并且采用新的拌合配合比来确定，粉煤灰被看作是第四组分4，用这种方法粉煤灰掺入量比较大，让其更好地发挥了作用。国外早已把大掺量粉煤灰水泥浆体用于电站储油罐、混凝土坝、机场跑道、船坞滑台、公路路面、污水处理厂、预应力混凝土高架桥和许多特殊结构，包括高强度性能混凝土工程5。从试验室的试拌和到如今的工程应用中都表明：HFCC是一种新材料，它能配制早期强度比较高的水泥浆体,并且具有很高的耐久性；不同品质的粉煤灰已经用于大量的HFCC工程当中，还没有出现任何问题。在我国，HFCC的研究和应用也已经开始起步，并且已经取得较理想的效果。为了更进一步弄清楚HFCC的力学特性和工作特性，该论文研究了HFCC抗压强度随着龄期的增长和粉煤灰掺量对水泥浆体工作性的影响6等。 强度是高性能胶结材料最重要的性质，高性能胶结材料的其他性能与强度都有密切关系，高性能胶结材料的强度也是配合比设计，施工控制和质量检验评定的主要技术指标。胶结材料的强度主要有抗压强度，抗折强度，抗拉强度以及抗剪强度等等。其中抗压强度的值最大，是最主要的强度指标。 随着高层钢筋混凝土建筑的持续发展,水泥浆体技术的发展趋势是高强度、大流动度的高性能胶结材料7。为了获得高强度、大流动度的高性能胶结材料,应从以下两方面采取技施:1)掺加高活性的胶结材料掺合料。掺合料的作用是减少胶结材料流动性损失。硅粉可以大幅度提高胶结材料强度并且可以防止混凝土分层离析。2)掺入缓凝减水剂。加入缓凝高效减水剂是保证胶结材料有足够流动性和减少流动性损失的关键措施。由于结构超高和复杂程度在不断增大，人们对结构材料的工作性能有了更高的要求，在实际应用中希望混凝土有很高的强度和耐久性。硅粉是近几十年发展出来的高活性掺和料，而且可以减少水泥的用量8，从而可以减少熟料燃烧时二氧化碳的排放量，同时充分利用了工业废料，利于环境的保护。继续深入地研究和开发硅灰资源，对工程中的广泛应用和经济性有重要意义。而粉煤灰的火山灰活性较低,在常温条件下,即使水泥的水化物中有足够的氢氧化钙，它的火山灰反应还是很慢。所以,用粉煤灰代替水泥的时候,胶结材料的早期强度一般上升比较缓慢,这样就限制了对于粉煤灰的利用。如果同时掺入硅灰和粉煤灰的，则同时利用了两者的优点，从而改善胶结材料的结构性能。即可以提高高性能胶结材料的早期强度，还保证了胶结材料的后期强度的增长的较快速度。 粉煤灰和硅粉是现在工程界应用最广泛的活性矿物掺合料,高性能胶结材料中掺入粉煤灰和硅粉后,能发挥火山灰效应、滚珠效应和微集料效应,从而改变高性能胶结材料的抗压强度。粉煤灰的火山灰活性较低,在常温条件下,即使水泥水化产物中有足够的Ca(OH)2其火山灰反应仍很慢9。因此,用粉煤灰取代水泥,高性能胶结材料的早期强度一般增长都较缓慢,这样就限制了粉煤灰的应用。硅灰是一种活性很高的超细粉,含有大约90%左右的无定形SiO2,具有较高的火山灰活性,平均粒径01um左右,大约只有水泥的1%。其微集料填充作用和火山灰效应,能提高高性能胶结材料的早期强度,但后期强度增长比较慢。试验表明双掺粉煤灰、硅灰,能充分利用二者的优点,改善胶结材料的结构和性能。既可提高高性能胶结材料的早期强度,又能保证后期强度增长速度。矿物质粉末对于高性能胶结材料的影响, 表现在它对水泥胶体的化学活化效应和物理上的密实度10。密实度是指矿物质微粉颗粒填充于水泥砂浆的颗粒材料的空隙中, 使其密实度增大, 而化学效应则是指矿物微粉掺入混凝土中, 发生二次水化化学反应, 从而生成水化硅酸钙凝胶并填充于水泥胶砂空隙内, 起密实强化水泥浆体微结构的作用。有研究表明4-5: 胶凝材料混合物颗粒体系堆积密实度的提高, 可以加快体系的水化反应进程, 密实和增强体系的微观结构11。因此, 胶凝材料混合物颗粒体系有高的堆积密实度已成为水泥材料获得高性能的关键。粉煤灰是水泥和水泥浆体中常用的矿物添加剂，具有一定的水化活性。在硅酸盐水泥中添加矿渣粉和粉煤灰，硅酸盐水泥水化产生的Ca（OH）2对矿渣粉和粉煤灰中的玻璃体物质具有碱性的激发作用，玻璃体中的活性SiO2、Al2O3与Ca(OH)2反应生成有胶凝性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，溶于水的CaSO4又与水化铝酸钙水化反应生成针状或长柱状的钙矾石，各种水化产物互相填充，相互交错，形成质地非常致密的水泥石。此试验研究了矿渣粉和粉煤灰不同掺量对水泥胶砂抗压强度的影响，以及掺加矿渣粉和粉煤灰的水泥胶砂长龄期抗压强度12。一、 绪论(一)课题研究现状 高性能胶结材料是混凝土技术的基础，所以胶结材料的研究最终应用于混凝土的技术革新13。虽然20世纪50年代人们对粉煤灰、硅粉的作用就有初步的认识和简单的研究，却是从70年代开始将其应用于实际工程应用中的，最开始是瑞典、挪威等国家在一部分地下矿井、北海油田、和港口码头等采用了粉煤灰或者硅粉混凝土，1982年，在伏诺维斯坝上，挪威正式实现了粉煤灰和硅粉混凝土筑坝13，加拿大在魁北克建立硅粉和粉煤灰混凝土则是在20世纪80年代初，并试验研究了大体积粉煤灰、硅粉混凝土，拌制了1万立方米高标号的混凝土，1983年美国对奥里夫尼河上的卡查坝消力池也用硅粉和粉煤灰混凝土进行了修补，效果显著。而其他的国家同时也加紧了硅粉和粉煤灰混凝土的研究和应用14。 然而硅粉和粉煤灰的研究历史在我国却并不长，只有大约20年的时间，1985年在四川渔子溪二级电站中，水电部东勘测院研究所水电部第十工程局初次进行了粉煤灰和硅灰的混凝土的试用，为了提高早期强度在厂房混凝土中掺加了3%7%的硅粉和粉煤灰，并同时加快了模板的周转，从而达到预期的理论效果，另外，为了减少混凝土的回弹量，掺加了7.5%的硅粉和粉煤灰在引水隧道的喷射混凝土中15。葛洲坝泄水闸修补、龙羊峡泄水建筑物以及南科院在大伙房水库等工程中都不同程度采用了粉煤灰和硅灰混凝土，效果很好16。针对硅粉和粉煤灰混凝土的耐久性以及粉煤灰、硅灰水泥水藻灌浆材料，水利院也进行了一些相应的研究，并将硅粉、粉煤灰水泥浆体运用在了潘家大坝溢流面的修复工程、四川和安康秋达电站导流泄洪洞修补以及二滩水电站基础固结灌浆等大规模工程中17。所有这一切，都表明在工程的应用中，作为一种高性能混凝土，硅粉和粉煤灰混凝土越来越重要，从而也更多地关注于其强度与耐久性等性能的研究。（二）课题研究意义 在土木工程持续高速发展的今天，对于混凝土材料的性能人们的要求也不断提高，人们的需求普通混凝土已经无法满足18。除了对混凝土的较高强度有要求，其良好的耐久性和较高的工作性能也成为人们的希望。为了更好地满足现代土木工程的需求，粉煤灰和硅粉混凝土成了一个很好的选择。（三）课题研究内容1. 研究单掺粉煤灰水泥浆体各龄期、各掺量的抗压强度。2. 研究单掺硅灰水泥浆体各龄期、各掺量的抗压强度。3. 研究双掺粉煤灰、硅灰水泥浆体各龄期、各掺量的抗折强度。 （四）课题研究方法1. 配置不同粉煤灰、硅灰配合比水泥浆体。2. 分析不同配合比时间的破坏形态抗压强度大小。3. 进行相关理论分析和预期效果的陈述。4. 总结每个试验方案得出的结果。（五）课题研究路线1. 确定研究项目名称：掺粉煤灰和硅灰对高性能胶结材料抗压强度的影响。2. 查阅相关文献资料报告，了解概述国内外相应技术发展的现状。3. 研究和分析研究的实质内涵、发展趋势以及未来前景。4. 进一步用试验来验证其科学性、可行性并得出结论。5. 完善研究过程和结论完成项目的研究目的。二、 试验（一）原料 1水泥 胶凝材料中非常重要的一部分。应该根据胶结材料的工程性质和特点，施工条件和工程环境条件来选择水泥种类，并考虑不同水泥的特性来进行合理的选择19。选择水泥强度等级时应该适应于混凝土的设计等级。工程实践证明，配制C30以下的水泥浆体，水泥强度的等级为水泥浆体强度等级的1.11.8倍，而配制C40以上水泥浆体，水泥强度等级则为水泥浆体强度等级的1.01.5倍，而且要掺加适量的高效减水剂。 适当成分的生料烧至熔融一部分，得到的主要成分为硅酸钙的水泥熟料，掺加适量的石膏和6%15%的混合材料磨细制成的水硬性胶凝材料叫做普通硅酸钙水泥（建建简称普通水泥），代号为P.O.20。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥在工程中的应用范围相同。普通硅酸盐水泥主要的性能特点：（1） 后期强度高，但是早期强度较低，。（2） 水化热略偏低。（3） 抗炭化能力强，抗冻性好，抗渗性好。（4） 抗腐蚀和抗侵蚀能力强。（5） 耐磨和耐热性都较好。普通硅酸盐水泥的技术要求 （1）细度 水泥的使用和水泥颗粒的粗细程度有很重要的联系。水泥颗粒的粒径一般在7200m之内。根据GB175-1999的国家标准规定，水泥细度可以使用0.08方孔筛的筛余量（未通过的量占试样总量的百分率）或表面积表示21。即筛余量不超过国家标准规定的限值。把单位质量的水泥粉末的表面积的总和表面积称为其表面积（cm2/g或/kg）。一般为317350/kg。 （2）标准稠度用水量 水泥浆达到一定流动度所需的水量称为稠度。标准稠度的水泥净浆是国家标准规定检验体积安定性和水泥的凝结时间时的需用的。标准稠度用水量是用水泥标准稠度测定仪测定的人为规定的稠度。一般2138之间用水量即为硅酸盐水泥的标准稠度用水量。 （3）凝结时间 凝结过程为从水泥开始加水到水泥失去流动性，即从液体状态转化到较致密的固体状态的过程。这个过程所用的时间即为凝结时间22。凝结时间包括终凝时间和初凝时间。水泥加水拌合到标准稠度的净浆完全失去可塑性所用的时间为初凝时间。水泥加水拌合至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所用的时间为终凝时间。，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定湿度环境及温度下用水泥净浆凝结时间测定仪测定的，且为国家标准规定。硅酸盐水泥的初凝时间不得小于80min，终凝时间不得大于6h 30min。 （4）体积安定性 水泥的体积安定性指水泥浆体硬化后体积变化的均匀性。即水泥硬化后的浆体可以保持一定形状，不溃散、不开裂、不变形的性质。体积安定性不好的水泥当作废品处理，工程中不可以应用，以免导致严重后果23。游离氧化镁，熟料中的游离氧化钙，掺入的石膏过多等原因一般会导致水泥安定性不良，其中游离氧化钙是影响最严重的因素，也是最为常见的。生料过烧变成熟料后所含游离氧化钙或氧化镁，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它的成分包裹，所以其在水泥已经硬化后才进行熟化，从而生成六方板状的氧化钙晶体，体积会膨胀97以上，不均匀体积膨胀从而发生，使水泥石裂开。石膏掺量过量的时候，在水泥浆体硬化后，水化铝酸钙与残余石膏继续反应生成钙巩石，体积增长约1.5倍，从而导致水泥石裂开，国家标准规定水泥的体积安定性应该用试饼沸煮法或雷氏法检验24。 （5）强度 评价硅酸盐水泥质量的又一个重要指标为强度。按照GB/T17961-1999,水泥浆体强度检验方法（ISO）法的标准方法制作的水泥胶砂试件，温度为201的水中，养护到规定的龄期检测的强度值为水泥的强度25。标准试件尺寸为4416，水泥胶砂中水泥与标准砂之比为1/3（W/C=0.5）标准试验龄期为3d和28d，检验其抗压强度。水泥为天鹅牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其物理力学性能试验成果见表1。水泥种类细读模数/安定性标准稠度用水量/凝结时间抗压强度抗折强度初凝/min终凝/h3d28d3d28dP.O 42.5水泥10必须合格45103.56.51642.5P.O 42.5水泥5.8合格26807.348.725.654表2-1 水泥物理力学性能 2. 硅灰 硅粉（也叫微硅粉）（学名“硅灰”， Silica Fume 或Micro silica），硅粉又称硅灰。工业电炉在高温熔炼硅铁和工业硅的过程中，随着废气逸出的烟尘经过特殊的补集装置收集后处理成的。在逸出来的的烟尘中，烟尘总量的90%为SiO2，颗粒度非常的小，平均粒度只有约0.3m，所以称为硅粉26。因为它是生产硅铁时产生的烟灰，所以也称硅灰，是高强混凝土配制中技术最成熟、应用较多、应用最早的的一种掺合料。硅粉中90%以上含量为活性SiO2，比表面积达15000m2/kg以上，火山灰活性很高，而且可以填充水泥的空隙，从而极大地提高高性能胶结材料的密实度和强度27。硅灰的最佳掺量为水泥掺量的5%10%。研究结果显示，硅粉对提高胶结材料强度十分有效，掺入6%8%的硅灰时，胶结材料的强度大约可以提高20%以上，同时可提高水泥浆体的耐磨、耐碱、抗渗、抗冻等耐久性。但硅灰对水泥浆体也带来了不利影响，如增大水泥浆体的收缩值、降低水泥浆体的抗裂性、减小水泥浆体的流动性、加速水泥浆体的坍落度损失等。此试验采用的硅灰主要作为矿物外加剂使用，所用的硅灰二氧化硅含量高达97。产地:哈尔滨市钢铁合金有限责任公司28。硅灰化学成分见表2。表2-2 硅灰的化学成分 SiO2Al2O3CaOMgOFeC97.810.8700.9100.413. 砂（1） 砂的物理性质 砂的密度、表观密度、空隙率 砂的坚固性 砂的饱和面干吸水率：砂含水状态有四种，分别是干燥状态、气干状态、饱和面状态和润湿状态。（2） 砂的粗细度与颗粒级配 用欧冠细度模数（F.M）来表示砂子的粗细程度。砂越粗，则细度模数越大，JGJ52-92的规定，特细砂为F.M=1.50.7 ，细砂为F.M=2.21.6，中砂为F.M=3.02.3，粗砂为F.M=3.7-3.1wei。高性能胶结材料选用砂子的细度模数最好在2.43.0之间29。 （3）天然砂则包括海砂、河砂及山砂。 最好使用级配比较良好、质地较坚硬的人工砂或河沙，细度模数该大于等于2.6， 含沙量小于等于1.5（强度小于等于C70级的胶凝材料小于等于1.0%而且不可以有泥块的存在）。由水流搬运、自然风化、和堆积、分选而形成的颗粒粒径小于4.75mm的岩石颗粒（砂）叫做细骨料30。高性能胶结材料用砂的质量技术要求的叙述如下表3所示。这里选用的砂子为天然河沙，各项物理力学性能试验结果见表4。砂料试验结果表明，砂的细度模数是2.78，属中砂。含泥量满足高性能胶结材料和用砂的有关规范要求。洗干净后放入烤箱烘干。表2-3 砂的种类及有害杂质含量名称饱和面干吸水率饱和面干表现密度堆积密度河砂42.52kg/m1.63kg/m名称饱和面干吸水率饱和面干表现密度堆积密度河砂42.52kg/m1.63kg/m名称饱和面干吸水率饱和面干表现密度堆积密度河砂42.52kg/m1.63kg/m名称饱和面干吸水率饱和面干表现密度堆积密度河砂42.52kg/m1.63kg/m表2-4 砂料试验结果表名称饱和面干吸水率饱和面干表现密度堆积密度含泥量细度模数河砂42.52kg/m1.63kg/m2.52.794. 粉煤灰粉煤灰为黑龙江火电公司研磨一级。粉煤灰的化学成分见表5。表2-5 粉煤灰的化学成分（）SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOSO3含水量/%80 m 方孔筛筛余/%42.984.9422.565.201.611.3937.647.55. 减水剂减水剂为黑龙江省低温建筑材料研究院WND型。6水高性能胶结材料拌合用水和胶结材料养护用水的总称，其中包括：再生水、地下水、地表水、饮用水、混凝土企业的设备洗刷用水以及海水等等。表2-6 高性能胶结材料拌合用水水质要求项目预应力水泥浆体钢筋水泥浆体索水泥浆体PH值5.04.54.5不溶物（mg / L）200020005000可溶物（mg / L）2000500010000Cl-（mg / L）50010003500SO42-（mg / L）60020002700碱含量（rag / L）150015001500（二） 试验设备1. 强制式混凝土搅拌机HT30型表2-7 主要技术参数搅拌机类型强制式混凝土搅拌机应用领域实验室及建筑行业物料类型固体颗粒适用物料混凝土动力类型电动布局形式立式型号HT30型搅拌方式强制式搅拌作业方式循环作业式搅拌鼓形状梨形每次处理量范围55L110L(L)装置方式固定式电机功率34（KW）生产能力50100（L）转速范围35（r/min）料桶容量55110（L） 图2-1 强制式混凝土搅拌机2振动台混凝土振动台主要技术参数1、 台面尺寸：11m 0.80.8m 0.50.5m；2、 振动台频率：2860次/分；3、 振幅：0.30.6MM；4、 电机功率：1.1KW 380V。 图2-2 振动台3液压式万能试验机主要技术指标： 1、最大试验力：300KN 2、试验力测量范围：2100FS 3、试验力示值精度：示值精度1 4、最大拉伸空间：600 5、最大压缩空间：500 6、扁试样夹持厚度：015 7、圆试样夹持直径：1032 8、活塞位移示值精度：0.5FS 9、变形测量分辨率：0.001 10、变形测量精度：1 11、传感器：油压传感器、引伸计 12、控制方式：电液伺服闭环控制，控制模式可平滑切换 13、显示方式：计算机屏幕显示试验力、活塞位移、试样变形测量值，屏幕显示试验曲线，屏幕凋零、标定 14、主机尺寸：9406302021 15、控制柜尺寸：1020620810 16、主机重量：2500kg 17、总功率：2.5KW主要配置：1、液压万能试验机主机2、液压万能试验机标准油源3、电液伺服全数字PC控制器4、试验机专用PC测控卡5、电液伺服闸6、电气控制箱（与油源一体）7、压力传感器8、标距50引伸计9、油缸活塞位移传感器及连接件10、管线11、附具（拉伸、压缩、弯曲及安装用备件） 图2-3 液压万能试验机(三) 试验的配合比 1. 试块一的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，全为水泥。 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4 2. 试块二的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，其中水泥占70，粉煤灰占30。 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4 3 试块三的配合比 （1） 胶体物质 600kg/m，其中水泥50，粉煤灰50 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4 4. 试块四的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，其中水泥占30，粉煤灰占70。 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比 1/4 5 试块五的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，其中水泥占95，硅粉占5。 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比 1/4 6. 试块六的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，其中水泥90，硅粉10 （2） 水 150kg/m （3）砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比 1/4 7. 试块七的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，其中水泥占85，硅粉占15 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4 8. 试块八的配合比 （1） 胶体物质 600kg/m，其中水泥占80，硅粉占20 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4 9. 试块九的配合比 （1）胶体物质： 600kg/m，其中水泥占75，硅粉占25 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4 10. 试块十的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，其中水泥占70，硅粉占30 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4） 减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4 11. 试块十一的配合比 （1） 胶体物质： 600kg/m，其中水泥占80，粉煤灰10，硅灰10。 （2） 水 150kg/m （3） 砂子 720kg/m （4）减水剂 胶体掺量的2 （5） 水灰比1/4（四）试块的制作及其养护 这个试验是在黑龙江大学建筑工程学院力学实验室做的。这个阶段的试块为立方体,成型期间用到的主要仪器设备为胶砂搅拌机、胶砂振动台、试模、压力试验机等,采用三联模制作,尺寸为150 mm150 mm150 mm,养护(24+3)h后取出,继而脱模。试件脱模后即放入水桶中养护,养护水温为(202),试件之间留有空隙,水面至少要高出试件2 cm,养护桶里的水每周更换一次。1. 成型前的准备 图4 成型前的准备2. 成型的试块图5 成型试块3压力试验机测试试块的抗压强度图6 压力试验机测试试块的抗压强度4破坏后的试块图7 破坏后的试块（五） 试验设计方案一：通过单掺粉煤灰，水灰比比取0.4，粉煤灰的掺量从0-70%来取代水泥用量,得3 d、7 d、28d、60d的抗压强度。将粉煤灰掺量30的高性能胶结材料进行活化处理的压强度。 方案二：水灰比是决定高性能胶结材料、抗渗性、抗冻性的重要参数。将对水灰比对硅粉混凝土的性能影响进行深入研究，取水灰比为0.4,。砂率取30。抗压强度分别通过100mm*100mm*100mm的立方体试块、150mm*150mm*150mm标准试块和直径100mm、高200mm的圆柱体试块养护28d测得。为了降低结果的离散程度，相同试块制作6个，抗压强度取平均值。. 方案三：将硅粉和粉煤灰双掺，用10的硅灰取代水泥，同时掺入10的粉煤灰，在方案一、三中所得的高性能胶结材料的180d的抗压强度。三、试验现象的描述和分析（一） 单掺粉煤灰所得3 d、7 d、28d、60d的抗压强度见下表：表3-1 不同掺量的粉煤灰所对应的高性能胶结材料的抗压强度编号水泥粉煤灰减水剂抗压强度3d7d28d60dA1000231.339.551.859.8B7030226.435.355.563.0C5050221.931.155.061.6D3070216.827.750.855.1 表3-2 粉煤灰对抗压强度的影响试验结果活化方式水泥 粉煤灰3 d抗压28 d抗压/100:00123.8032.56/70:307.6514.25物理活化70:307.9016.80化学活化70:3010.4229.10联合活化70:3015.8129.45 图3-1 FS抗压强度 从以上数据可以明显看出，掺粉煤灰的水泥胶砂，后期强度增长的明显，掺粉煤灰时,早期3 d,7 d的强度随掺量的增加而减小，7d以后的强度超过了硅酸盐水泥强度。粉煤灰的掺入使水泥胶砂强度明显地下降，随着粉煤灰掺入的越多，28d之前的水泥胶砂强度降低幅度增大31。掺粉煤灰的水泥胶砂，后期强度增长的快。掺粉煤灰的水泥胶砂，28d以后的强度超过硅酸盐水泥强度。玻璃态的活性氧化硅决定了粉煤灰的主要活性，来自二次水化产物的速度与数量和活性氧化铝。粉煤灰的颗粒表面首先反应生成了一层C一S一H凝胶外壳，然后粉煤灰表面的玻璃体发生了溶解，粉煤灰与氢氧化钙发生反应形成水化产物。由于水化进行两步，因所以早期强度较低，随着火山灰反应持续不断进行，氢氧化钙不断减少，水化产物不断地增多，使得水泥浆体后期强度发展较快32。 以上图表分析可以得出：水泥胶砂掺硅灰与粉煤灰时，后期强度都会有不同提高，特别是掺粉入了煤灰的水泥浆体，后期强度有明显改变，粉煤灰粉掺量少时，早期强度与基准强度比较相近，随着粉煤灰掺量越多，硅粉可以充填在水泥颗粒间的孔隙中,和水化产物发生反应生成凝胶体,和碱性材料氧化镁反应凝胶体33。在水泥浆体中、砂浆与耐火材料浇注料中掺适量的硅灰可以有效地改善抗压性能。在水中养护24h，粉煤灰掺和量不断增大，强度发生很大的上升；养护到3d的时候，不同掺和量的胶结材料强度明显高于24h时所测得的强度，能看到强度有很平行的增长趋势；养护7天的条件下，粉煤灰掺量比较少，粉煤灰加量为0.5g时，强度在10.2Mpa左右，要大于三天的养护强度，随着掺入粉煤灰量的增加，强度明显地上升，掺和量越大的时候，强度提高的也越快。早期强度有一些降低，后期强度增长的速度比较快。7d以后的强度增长的较快。当掺入粉煤灰，强度会下降的狠明显，随着粉煤灰掺入量的变大，7d之前的水泥浆体的强度降低幅度也随之增大。（二） 单掺硅灰试验所得抗压强度如下：表3-3 掺硅灰胶结材料所对应的抗压强度硅粉掺量 100mm正方体试块/Mpa150mm正方体试块/MPa圆柱体试块/MPa抗压强度抗压强度抗压强度052.9448.1635.88558.2352.0040.481060.4358.0944.221563.7161.0149.702065.1261.8452.562568.8663.2955.653063.7155.5143.85 图3-2 硅粉混凝土抗压强度 图3-3 抗压强度比通过表6可以得出试验结果具有相应的离散性，相同的试块制作多个是非常有必要的。表中的抗压强度试验结果得出，当硅粉的掺量小于25时，硅粉高性能胶结材料的抗压强度随着硅粉掺量的增大而增大，但是当硅粉掺量超过25后，再加入硅灰，硅灰高性能胶结材料的抗压强度反而降低34。将100mm的正方体试块的抗压强度试验结果分别对比150mm正方体标准试块和圆柱体试块的抗压强度试验结果见上表。通过相应比较不难看出，标准试块的抗压强度要小于100mm的正方体试块测得的抗压强度，换算系数平均值为0.92当硅粉掺量为1020时，换算系数大概为0.95。而立方体的高度小于直径100mm、高200mm的圆柱体高度，中部胶结材料侧向的约束条件相对就比较差35。当硅灰的掺量小于25的时候，随着硅灰掺入量的增长，直径100mm高200mm的圆柱体试块的抗压强度试验的结果和标准试块的抗压强度就越来越接近。3 . 双掺粉煤灰、硅灰试验所得抗压强度如下： 表3-4 掺粉煤灰和硅灰的胶结材料所对应的抗压强度胶凝材料粉煤灰硅灰粉煤灰和硅灰质量分数301020抗压强度/MPa45.155.856(1)掺入粉煤灰和硅灰后，水泥浆体7d 强度都低于基准水泥浆体，硅灰和粉煤灰总掺量为21时抗压强度与基准胶结材料很接近。这点说明掺入粉煤灰和硅灰后35，一方面粉煤灰和硅灰的水化反应的速度相对来说比水泥要慢一些，它是在水泥的水化产物 Ca(OH)2的作用下发生的二次水化反应，胶结材料的早期强度降低。 可是另一方面，由于粉煤灰和硅灰颗粒比较细，从而发挥了微集料作用，填充了水泥浆体中的水泥间的空隙，对提高胶结材料的抗压强度很有利。 在粉煤灰和硅灰总掺量之和大于或小于 21时，填充密实效应都不会太好，所以水泥浆体强度降低。粉煤灰和硅灰总掺量为 21时，填充密实效应最好，差不多抵消两种掺合料水化反应较慢导致的胶结材料早期强度比较低的缺点，所以胶结材料的抗压强度与基准水泥浆体的抗压强度非常接近35。(2) 加入了粉煤灰和硅灰以后，水泥浆体 7d 抗压强度值都高于基准水泥浆体，粉煤灰和硅灰总掺和量等于21时抗压强度值最大，其比基水泥浆体的抗压强度提高了2136。说明粉煤灰和硅灰的颗粒较细这一特点发挥出微集料的作用，填充了水泥浆体中水泥间的空隙，对提高水泥浆体早期抗压强度很明显，当粉煤灰和硅灰的总掺量等于 21时，水泥浆体的填充密实效应发挥的最好36。(3) 混凝土7d 的折压比会由于粉煤灰硅粉的总掺量的增加而随之变大。 这个现象表明了粉煤灰和硅灰对胶结材料的早期抗压强度的增强比对早起抗压强度的增强作用要明显很多。(4) 掺入了硅灰及粉煤灰以后 ，水泥浆体 28d 抗压强度大于或接近基准水泥浆体28d的抗压强度37，粉煤灰和硅灰的总掺量为21时，其抗压强度比基准水泥浆体提高了近14。数据表明随着龄期的增长，粉煤灰和硅灰的增强得越来越快，这是由于粉煤灰和硅灰中含有活性 SiO2和 Al2O3， 虽然没有独立的水硬性，也没有潜在的水硬性，但是能在常温条件下和水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次反应和火山灰反应，生成了具有胶凝性能的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使水泥浆体强度的强度得以增长38。(5) 掺入粉煤灰和硅灰以后 ，水泥浆体28d 的抗压强度都要高于基准水泥浆体的抗压强度38，当硅灰粉煤灰的总掺量为 21时，其水泥浆体的抗压强度达到最大值，比基准混凝土的抗压强度提高了约 24。表明了粉煤灰和硅灰对胶结材料的抗压性能改善作用很大38，随着龄期的不断增长粉煤灰和硅灰的颗粒的填充作用和二次反应作用发挥越来越明显。(6) 混凝土28d时候的折压比会伴随着硅灰和粉煤灰的掺入的量的增加而变大，并且其增大率要高于 7d 折压比。 结论高性能胶结材料采用硅粉和粉煤灰双掺时,不仅克服了单掺粉煤灰高性能胶结材料早期强较增长缓慢和单掺硅粉水泥浆体早期强度增长快但后期强度增长缓慢的不足,可使高性能胶结材料具备高强、抗冲磨、抗空蚀等高性能,同时使胶结材料具备良好的流动性和和易性,而且减少水泥用量,减轻了温度控制的负担。这种技术的经济效果非常的显著。在配制掺和硅粉的高性能胶结材料时应该尤其注意高效减水剂与胶凝材料的相互适应性,通过提前试拌来选择最符合的胶凝材料用量、硅粉用量和高效减水剂用量,为满足部分技术指标而没有限制地使用高效减水剂对胶结材料总质量而言弊大。在双掺粉煤灰和硅灰的高性能胶结材料中, 粉煤灰的细度越细时 形态效应越明显, 密实效应也越好, 所以抗压强度也就更高。粉煤灰是电厂的主要副产品，来源非常稳定，产量也很大。如果没有合理利用，不仅占地和水域，而且会严重污染环境。但是部分粉煤灰进行加工，即可用于生产高性能胶结材料，且能有效地改善混凝土的力学性能和耐久性。试验表明，合理利用粉煤灰对节省能源，减少环境污染，摆脱制约能源发展等方面，有着很重要的经济、社会双重意义，也正好符合了高性能绿色胶结材料的发展理念，应用前景也会非常的广阔。参考文献1 H. Beushausen, M.G. Alexander. Failu