磨细粉煤灰对混凝土拌合物力学性能的影响

磨细粉煤灰对混凝土拌合物力学性能的影响

粉煤灰是典型的煤系废物和活动矿物资源。它具有良好的活动效果、形态效果和微集中剂的效果，可以显著提高混凝土的抗侵蚀性和耐用性。它是混凝土中不可或缺的一部分。对于大的混合区域，通常假设将纯水泥混凝土的水泥用量的百分数大于30%。目前，混凝土中使用的大量碳灰粉为i级和ii级碳灰粉，但比例较低，约为30%。由于结构复杂、均匀性差和活动低的限制，三级碳灰粉的开发和应用具有显著的经济效益和社会效益。在本研究中，我们使用了低吨位、低能耗和低碳灰粉的细磨和化学生产，以影响不同的混凝土和不同粒度的碳灰粉之间的等级配置。1测试1.1管砂型水泥粉煤灰:选取江油巴蜀火电厂的Ⅲ级F类干排粉煤灰,45μm方孔筛筛余43.2%,活性指数48.7%,需水量比120%;水泥:绵阳江油双马42.5R普通硅酸盐水泥,化学成分见表1.熟石灰:工业级,有效CaO含量69%;粗骨料:5～20mm卵石,级配合格;砂:河砂,细度模数M=2.5,级配合格;减水剂:FDN.1.2u3000熟石灰掺量的影响采用“补钙”和细磨的方法能有效提高粉煤灰活性.通过大量胶砂强度对比试验,得出熟石灰掺量在20%时粉煤灰活性最高.粉碎粉煤灰同时加入20%熟石灰作为碱性激发剂,制备3种细度的粉煤灰,见表2.2试验结果与分析2.1试件的成型、养护及养护温度设定混凝土配合比为mw∶mc∶ms∶mg=0.42∶1.00∶1.33∶2.70,粉煤灰超量取代系数1.2,减水剂掺量0.75%,由试验搅拌机搅拌然后成型,在室内静置24h后脱模,放在湿度>90%,温度为(20±2)℃的室内养护.试件尺寸为100mm×100mm×100mm,养护至相应龄期测试其抗压强度.坍落度以及相应龄期力学性能见表3.2.1.1粉煤灰和fpsd针对原状Ⅲ级粉煤灰以及磨细灰,从表3可以看出,在水灰比一定时,掺Ⅲ级灰和F1,F2的混凝土拌合物流动性大于基准混凝土,说明Ⅲ级灰和F1,F2都有一定程度的减水作用,其中以F1的减水效应最为显著,但掺F3的混凝土拌合物坍落度降低至0.F3粒度极小,d(0.5)为1.597μm,有28.07%的颗粒粒径小于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状结构已经遭到破坏,润湿表面所需的水膜增多,故造成流动度大幅度下降.2.1.2粉煤灰的用量从表3和图1可以看出,混凝土拌合物C3的强度为34.5MPa,当粉煤灰掺量为30%时,各细度的粉煤灰对应的试块3d强度有一定程度降低.但随着粉煤灰的细化,3d也能达到较为理想的强度,F3-30的强度为32.8MPa,为C强度的95.1%.随着水化的进行,掺各细度粉煤灰的混凝土拌合物的强度得到较大程度发展,28d强度与试样C的差距进一步减小,F3-30达到55.0MPa.粉煤灰掺量为40%,50%时也有类似规律.2.23级碳灰粉资源效应的研究2.2.1粉煤灰火山灰活性图2为试样C,FY-50,F1-50,F3-50的水化28d浆体破碎面的SEM照片.从图2(a)可以看出,28d龄期后,水泥颗粒水化已经比较完全,主要为结构完整密实的C-S-H凝胶,也有少量低碱度薄片状的C-S-H(I)型凝胶.图2(b)中,水泥硬化浆体的C-S-H凝胶中有明显的粉煤灰球状颗粒,这些粉煤灰颗粒表面光滑,并无水化产物生成.在图2(c),(d)中也能明显看出表面光滑的粉煤灰颗粒,由于经过粉磨,尺寸较原状灰小的多.玻璃体类型是影响粉煤灰火山灰活性的主要因素之一,F级Ⅲ级粉煤灰球体表面致密,而自身钙含量低,水泥水化产生的Ca(OH)2和外掺的Ca(OH)2很难对表面致密的玻璃体形成有效的浸蚀,在28d甚至以后很长的龄期中都不会发生水化反应.可见,Ⅲ级粉煤灰火山灰活性很弱.2.2.2计算dp、udp为证明Ⅲ级粉煤灰的微集料效应的作用,利用经典连续理论倡导者Andreasen提出的连续粒度体系紧密堆积方程来进行微集料的级配,研究不同细度粉煤灰的混合集料作用对混凝土强度的协同效应.Andreasen用下式表示粒度分布,即UDp=100(DpDpmax)q,UDp=100(DpDpmax)q,式中,UDp为累计筛下百分数,%;Dpmax为最大粒径;q为Fuller指数,q=1/3时为最密填充.保证水泥用量为50%,以水泥颗粒的d(0.9)=41.895μm为Dpmax,q=1/3时以上4种粉体的最紧密堆积理论粒度分布以及通过实际调整粗细粉煤灰比例的粒度分布见表4.从表4可以看出,通过3种粉煤灰和水泥的级配,除了5.0～1.9μm粒度段,其余粒度段分布与q=1/3时理论计算结果基本一致.此种级配接近最紧密填充.从强度测试结果可以看出,同样是50%取代率,通过级配强度得到大幅度提高,28d强度比F3-50高出17.8%.通过SEM照片和紧密堆积实例可以推断,Ⅲ级粉煤灰的微集料效应对混凝土强度的提高起到了至关重要的作用.但从上述级配来看,虽然力学强度得到了提高,但F3用量过大,使其和易性变差,而且增加了生产成本,不利于实际生产.2.3粉煤灰的配合比及强度对原状Ⅲ级粉煤灰(FY)、10μm粉煤灰(F1)、1μm粉煤灰(F3)进行混料设计,探索其协同作用对混凝土强度以及和易性的影响规律.为了控制生产成本,同时保证混凝土强度,控制原状Ⅲ级粉煤灰掺量不小于粉煤灰总量的20%,10μm粉煤灰(F1)不小于30%.相关力学性能和坍落度见表5.通过表4,5的比较,可以看出,在混凝土配合比相同的情况下,通过不同粒度粉煤灰的级配,混凝土的和易性得到改善,力学强度有一定程度的提高,28d抗压强度都在30MPa以上,H7,H9,H10还达到了40MPa以上.掺入的粉煤灰中有大量Ⅲ级原状粉煤灰,节约了混凝土的生产成本,降低了环境负荷.2.4y=400x1+5.4根据表5中的坍落度以及28d强度的数据,建立回归方程为坍落度: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强度: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分别为F3,F1,FY占胶结料总量的比例,其中x2≥0.15,x3≥0.1.利用此回归方程,可以对不同配比的F3,F1,FY的混凝土(粉煤灰总掺量为50%)的力学性能和流动性进行估