第42卷第6期大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)Vol 42, No 62002年11月Journal of Dalian University of TechnologyNov,2002文章編號(hào):1008608(2002)6-072404粉煤灰膠凝系數(shù)研究王立久,艾紅梅,王瓚(大連理工大學(xué)土木工程系,遼寧大連116024摘要:定義了粉煤灰膠凝系數(shù)β.β的影響因素主要為粉煤灰細(xì)度、需水量比和燒失量并隨齡期變化,可以細(xì)度、需水量比和燒失量這3個(gè)因素為自變量建立函數(shù)關(guān)系確定β.需水量比對(duì)β的影響可由細(xì)度和燒失量來間接反映因此可進(jìn)一步簡(jiǎn)化采用細(xì)度與燒失量的乘積來表征B關(guān)鍵詞:細(xì)度/粉煤灰;膠凝系數(shù);需水量比;燒失量中圖分類號(hào):TU528.041文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A粉煤灰作為混凝士配合比中一種獨(dú)立組分,到一定齡期時(shí),它能對(duì)混凝土強(qiáng)度作出相當(dāng)于βF有其獨(dú)特的作用和行為.其主導(dǎo)行為主要包括活份水泥的貢獻(xiàn)同時(shí)有1-β)F份粉煤灰在混凝性、需水性、充填性、穩(wěn)定性等主要作用包括膠凝土中起到微集料作用.β與粉煤灰膠凝效率系數(shù)作用、減水作用、致密作用等.這決定了粉煤灰應(yīng)k在概念的物理意義上一致但β反映的是粉煤灰用在混凝土中有3種基本效應(yīng)形態(tài)效應(yīng)、活性效對(duì)混凝土的綜合效應(yīng)既包括調(diào)整、補(bǔ)充和提高水應(yīng)、微集料效應(yīng).但長(zhǎng)期以來這3種效應(yīng)在粉煤泥的膠凝材料功能,同時(shí)體現(xiàn)粉煤灰對(duì)水和集料灰混凝土配合比設(shè)計(jì)中并沒有定量化混淆了各的調(diào)整、調(diào)節(jié)功能.β主要取決于粉煤灰自身的自對(duì)混凝土的貢獻(xiàn)性能尤其以細(xì)度、燒失量和需水量比3個(gè)因素對(duì)為了反映粉煤灰在混凝士中的膠凝作用,β的影響最大即可以認(rèn)為β是以這3個(gè)因素為自1967年英國(guó)的 Smith最早提出了粉煤灰膠凝效變量所確定的函數(shù)率系數(shù)k"1,k值表示以1kg的粉煤灰作為膠凝B=F(f,m ,n)(1)材料加入混凝士中,所能取代的水泥用量.k值式中f為粉煤灰細(xì)度(45mm方孔篩余量,%)mn取決于粉煤灰來源、所用水泥性質(zhì)以及粉煤灰混為粉煤灰燒失量即碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)為粉煤灰凝士的養(yǎng)護(hù)齡期和養(yǎng)護(hù)條件.它可以與混凝土的需水量比%)主要技術(shù)參數(shù)如水灰比、水泥用量、粉煤灰用量、對(duì)于礦渣,曾經(jīng)有人提出以細(xì)度作為指標(biāo)來膠集比等直接聯(lián)系起來作為一種理性法”進(jìn)一反映其活性:9=0.0563x030其中x為礦渣的步完善粉煤灰混凝士的配合比設(shè)計(jì).但Smih只比表面積2].與此類似確定β的數(shù)學(xué)模型為是把粉煤灰單純作為一種輔助膠凝材料取代部(2)分水泥對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生效率,即k值只體現(xiàn)了根據(jù)這個(gè)數(shù)學(xué)模型,只要測(cè)出粉煤灰的3個(gè)參數(shù)粉煤灰補(bǔ)充水泥的膠凝材料功能,另外其確定k(因素)指標(biāo)就可根據(jù)式2)計(jì)算岀該種粉煤灰的值的步驟很煩瑣這些都影響了它的推廣與應(yīng)用.β直接用于粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)或粉煤本文提出粉煤灰膠凝系數(shù)β的概念同時(shí)給出確灰品質(zhì)的評(píng)價(jià).定β的方法2確定β的試驗(yàn)1確定膠凝系數(shù)β的數(shù)學(xué)模型2.1原材料及試件1m3混凝土中加入質(zhì)量為F的粉煤灰當(dāng)達(dá)選用大連北海頭熱電廠粉煤灰原狀灰化學(xué)第6期王立久等:粉煤灰膠凝系數(shù)研究725成分見表1)并通過粉曆和添加相應(yīng)細(xì)度碳粒得膠砂試件中粉煤灰摻量為30%.膠砂試件在水中到不同細(xì)度及燒失量指標(biāo)的粉煤灰其中3為原養(yǎng)護(hù)至14、28、56d后進(jìn)行抗折、抗壓試驗(yàn).β可由狀灰)水泥為大連小野田水泥廠生產(chǎn)的42.5#普=(x-x2)(x1-x2)計(jì)算式中x1、x2分別代通硅酸鹽水泥;試驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)砂及試件尺寸均采?表水泥摻量為100%和η0%的水泥膠砂試件的抗用新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓強(qiáng)度,x為相應(yīng)齡期粉煤灰-水泥膠砂試件的抗表1粉煤灰化學(xué)成分壓強(qiáng)度Tab. I Chemical components of fly ash表2粉煤灰性能成分/%Tab, 2 Performance of fly ash51.42粉煤灰品種f/%5.215.203,63MgO0.8l5.205.209.409.402.2試驗(yàn)方法與現(xiàn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際慣例相一致,以膠砂14.57試件強(qiáng)度比為依據(jù)確定粉煤灰β.以不同品種粉14.57煤灰的細(xì)度和燒失量作為影響因素,各取3個(gè)水平按正交法設(shè)計(jì)試驗(yàn).測(cè)定各種粉煤灰的細(xì)度、3試驗(yàn)結(jié)果燒失量以及需水量比(見表2)水泥膠砂試件中水泥用量從100%變化到70%,即水泥漿量逐漸水泥膠砂試件強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果見表3.摻入粉減少并以此作為強(qiáng)度對(duì)比基準(zhǔn).粉煤灰.水泥煤媒灰的水泥膠砂試件強(qiáng)度見表4表3水泥膠砂試件強(qiáng)度Tab 3 Strength of cement mortar specimen水泥摻量CR,0.503.0038.97.343.67.943.88.235.132.00.593.5327.36.636.77.50.630.674.0023.424.45.720.9表4粉煤灰-水泥膠砂試件強(qiáng)度Tab 4 Strength of cement-fly ash mortar specimen粉煤灰WE1/MPaE8/MPaEs6/MPaC+ FRR3.033.863723220.53.030.033.745.28.93.029.032.341.39.03120.5290.53.028.232.83.031.69.0726根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定數(shù)學(xué)模型中各參數(shù)得到燒失量大即含碳量高)不利于混凝土的填充致14d:B=2.933m-6sn-26(r=0.947)密作用同時(shí)還會(huì)增加混凝士的單位用水量導(dǎo)致(3)混凝士強(qiáng)度和耐久性降低,即反映為膠凝系數(shù)隨28d:β=1.19/05m-0.5n-63(r=0.969)著燒失量増大而減小34](4)1056d:3=1.85(5)美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)長(zhǎng)期研究由細(xì)度乘以燒失量的組合因子來評(píng)價(jià)粉煤灰品質(zhì)建立=1457%了需水量比與此組合因子的一元線性回歸方程n=92.6+0.086/in41.這表明需水量比對(duì)粉煤灰品質(zhì)的影響可以通過細(xì)度與燒失量這兩個(gè)因素圖2粉煤灰28d膠凝系數(shù)隨燒失量的變化來間接反映因此可以進(jìn)一步將數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化為Fig. 2 The 28 d cementitious coefficient of fly ash3=A(fm )(6)changing with loss on ignition通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)各批粉煤灰在不同由圖3和表5可以看出,隨著齡期的增長(zhǎng)而齡期膠凝系數(shù)與m這一組合因子間有良好的相增大.這可以由粉煤灰的微觀結(jié)構(gòu)及其火山灰反關(guān)性數(shù)學(xué)模型中的各參數(shù)為應(yīng)的機(jī)理來解釋.粉煤灰是由多種顆粒機(jī)械混合l4d:β=3.5Km)05(r=0.924)(7)的粒群按照粉煤灰顆粒形貌可將其分為玻璃微28d:β=3.6加m)05s3(r=0.914)(8)珠、海綿狀玻璃體和碳粒3類,粉煤灰本身并無膠56d:B=5.14m)42(r=0.916)(9)凝性能但常溫下當(dāng)有水存在時(shí)粉煤灰中的硅酸鹽或鋁硅酸鹽玻璃體的細(xì)微顆粒能與石灰發(fā)生化4試驗(yàn)結(jié)果分析學(xué)反應(yīng)生成具有膠凝性能的水化產(chǎn)物5.因此通過分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)與粉煤灰45m篩粉媒灰中玻璃微珠含量越多則粉煤灰的品質(zhì)越余量∫和燒失量m均成反比即膠凝系數(shù)隨著細(xì)好實(shí)際上粉煤灰的火山灰反應(yīng)一般都是用玻璃度的增大而減小圖1);同時(shí)隨著燒失量的增體顆粒的反應(yīng)來衡量和解釋的反應(yīng)開始時(shí)有個(gè)吸收的過程,即粉煤灰玻璃微珠吸收鈣離子m=363m=448%〔主要是物理吸附)在此時(shí)期,粉煤灰玻璃微珠m=5.33%外層有致密的玻璃質(zhì)表層阻礙了粉煤灰與水作用火山灰反應(yīng)視為零.粉煤灰中的石灰或水泥水化析出的C&OH形成的鈣離子吸附在玻璃微珠表面上能夠侵蝕玻璃的表面而粉煤灰表層的玻璃與水作用也能析出堿性物質(zhì)的離子.雖然那圖1粉煤灰28d膠凝系數(shù)隨細(xì)度的變化層阻礙與水作用的薄膜結(jié)構(gòu)比較致密但是最終Fig. 1 The 28 d cementitious coefficient of fly ash還是要被侵蝕的.因此粉煤灰火山灰反應(yīng)的主要changing with fineness過程是受擴(kuò)散控制的溶解反應(yīng)早期粉煤灰微珠大而減小圖2)這是因?yàn)楫?dāng)粉煤灰細(xì)度越小時(shí),表面溶解反應(yīng)生成物沉淀在顆粒的表面上后期其密度越大對(duì)混凝士的填充行為和致密作用越鈣離子繼續(xù)通過表層和沉淀的水化產(chǎn)物層向芯部好同時(shí)比表面積大幅度增加提高了粉煤灰反應(yīng)擴(kuò)散.如果有石膏參與粉煤灰的水化反應(yīng)還會(huì)活性;另外隨著粉煤灰細(xì)度減小,其需水量比降形成鈣礬石;再經(jīng)過一定時(shí)間,這個(gè)過程才告結(jié)低因此粉煤灰在混凝土中的活性和膠凝作用增束然后生成水化鋁酸鈣.通過掃描電鏡可以觀強(qiáng)即反映為膠凝系數(shù)隨著細(xì)度的增大而減小.察到粉煤灰微珠周圍形成的水化產(chǎn)物和微珠顆粉煤灰中的碳粒一半是形狀不規(guī)則的多孔體或接粒之間存在著一層0.5~1m厚的水解層.鈣離第6期王立久等:粉煤灰膠凝系數(shù)研究727度不高結(jié)構(gòu)疏松火山灰反應(yīng)對(duì)強(qiáng)度幫助不大到了后期水解層填實(shí)的程度提高于是粉煤灰對(duì)5結(jié)論強(qiáng)度的貢獻(xiàn)越來越明顯表現(xiàn)為β隨著齡期的增長(zhǎng)而增大表55311)根據(jù)前人研究成果給出粉煤灰膠凝系數(shù)β的定義并通過試驗(yàn)建立其確定方法(2)的影響因素主要是粉煤灰細(xì)度、需水量比和燒失量可由式3)~(5)計(jì)算0.8(3)如采用細(xì)度和燒失量乘積來表征則可04用式7)~(9)計(jì)算0(4)粉煤灰膠凝系數(shù)β隨齡期而變化,一般采用28d齡期來計(jì)算β值即圖3β隨齡期的變化B=1.19f005m0.5nig. 3 Cementitious coefficient of fly ash changing withthe age參考文獻(xiàn)[I] SMITH I A. The design of fly ash concretA]表5β隨齡期增長(zhǎng)的試驗(yàn)結(jié)果Proceeding of the Institution of Civil Engineers[ C]Tab. 5 Test result of cementitious coefficient increasing withUK ICE, 1967[2]朱清江.高強(qiáng)高性能混凝土研制及應(yīng)用M].北京編號(hào)f%m/%n/%4B28B中國(guó)建材工業(yè)出版社99115.23.63950.7570.8}1·44[3]沈旦申.粉煤灰混凝土M]北京沖國(guó)鐵道出版社0.6640.6871.40060.4990.5791.331[4]楊伯科.混凝土實(shí)用新技術(shù)手舭M]吉林:吉林科9.43.631000.4730.5451.145學(xué)技術(shù)出版社9.44.481010.4681.0890.416[5]MALHOTRA V M. Fly Ash, Silica Fume, Slag Other0.4370.4580.981Mineral By-Products in Concrete[ M ].Detroit:Amer14.55.331040.3080.3800.855Study of cementitious coefficient of fly ashWANG Li-jiu, Al Hong-mei, WANG ZanDept. of Civil Eng., Dalian Univ. of Technol. Dalian 116024, ChinaAbstract: The cementitious coefficient B is defined. Through analyzing it is found that the main influencingfactors of B are fineness water requirement and loss of ignition. At the same time ,B changes with the age oftest specimen. Therefore B can be expressed as the function of the three factors fineness water requirementand loss of ignition. Among them the influence of water requirement on B can be reflected indirectly byfineness and loss of ignition so B can be expressed as the function with the product of fineness and loss ofignition as independent variablesKey words: fineness /fly ash i cementitious coefficient water requirement loss on ignition