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既能节约成本,又能改善性能提高效益。
在施工当中适当加入粉煤灰,可以改善混凝土性能,达到预期效果。
本论文主要研究粉煤灰和混凝土的掺入方式和掺量问题,实验结果表明:
粉煤灰掺入混凝土后改善了混凝土的内部结构,节约了部分水泥,从抗折强度、和易性、耐磨性,抗冻性、抗渗性等都有了相应的提高,特别是后期强度较高。
关键词:
粉煤灰混凝土性能影响
StudyontheInfluenceofFlyAshon
ConcreteProperties
Abstract
Flyashisfinepowerwhichiscollectedfromtheboilerflueoftheelectricitygeneratingstation.ItisakindofcineriteadmixturewithlateralreactivityconsistofmanyAl2O3.theinfluenceofflyashonconcretepropertieshavepracticalsignificanceforimprovingthequalityofconstructionprojectsIfanditcaninsurethepropertiesofconcrete.Itcansavethecostandimproveeconomicperformance.Whenweaddflyashinconstruction,itcouldimprovethepropertyofconcreteandachieveexpectedeffect.Thistextformulatesflyashandconcrethowandwhattomix.Experimentalresultsshowthatwhenflyashisadded,itimprovestheinternalstructionofconcreteandsavessomecement.Thepropertiessuchasbreakingstrength,peaceability,abrasiveresistance,freezingresistance,impermeabiliy,andsoonalsohaverelevantimportantespeciallythelaterstrength.
Keywords:
flyash;
concrete;
property;
influence
1前言
粉煤灰是一种工业废渣,大量堆放不仅造成浪费,还会造成严重的环境污染。
因此,合理利用粉煤灰,具有重要的意义。
混凝土工程在实际应用中,由于各方面原因都受到性能改变的影响,特别是受硫酸盐侵蚀而影响其使用寿命,如掺入适量的粉煤灰,不仅细化了混凝土的孔结构,提高其密实度,还可以减少混凝土中容易受侵蚀的组分C3A和CH的含量,还可以改善混凝土集料表面过渡带结构,同时提高混凝土对硫酸盐侵蚀的抵抗能力。
由于粉煤灰的掺入改善了混凝土的内部结构,故采用粉煤灰替代部分水泥后,混凝土的和易性、抗折强度、耐磨性、抗冻性等均可达到与不掺粉煤灰的混凝土相当的水平,后期强度较高,并且大大地节约了水泥用量[1]。
粉煤灰对混凝土性能的改变可分为三个阶段:
(1)新拌混凝土阶段:
影响混凝土的凝结时间,改善和易性,改变流变性质,提高可泵性等;
(2)硬化中的混凝土阶段:
调节硬化过程,降低水化热;
(3)硬化后的混凝土阶段:
提高后期强度,提高各项耐久性,如抗渗性、抗硫酸盐侵蚀性,抑制碱—集料反应等[2]。
1.1抗压性
粉煤灰对混凝土强度有三种影响:
(1)减少水量;
(2)增大胶结材含量;
(3)通过长期火山灰反应提高其强度。
低钙粉煤灰种的微粒为硅氧四面体结构,自身的活性很低。
再水泥的最终产物中,高碱性水化硅酸钙和Ca(OH)2胶体的结晶强度很低,特别是Ca(OH)2仅是托勃莫来石强度的1%~2%,而Ca(OH)2体积占整个水泥石体积的25%。
粉煤灰中含有的大量的硅、铝氧化物,能逐步与Ca(OH)2及高碱性水化硅酸钙发生二次反应,生成强度较高的低碱性水化硅酸钙,这样,不仅使水泥石中水化胶凝物质的数量增加,而且也是其质量得到大幅度提高,有利于混凝土强度的提高。
同时,粉煤灰的掺入可分散水泥颗粒,使水泥水化更充分,提高水泥浆的密实度,使混凝土中骨料与水泥浆的界面强度提高。
粉煤灰对抗拉强度和抗弯曲强度的贡献比抗压强度还要大,这对混凝土的抗裂性能有利。
粉煤灰混凝土的弹性模量和抗压强度相类似,早期偏低,后期逐步提高到28d可比基准混凝土提高5%~10%。
与钢筋的握裹力,粉煤灰混凝土的28d粘结强度基本与等标号的基准混凝土相同,但粉煤灰混凝土的均匀性号,粘结强度试验值的离散性比基准混凝土好。
粉煤灰的二次水化反应一般在混凝土浇注14d以后才开始进行,在温度低时,该反应所需要的时间更长。
如果对混凝土的早期强度有严格要求,粉煤灰的掺量不宜超过30%,冬季施工非大体积混凝土时,粉煤灰的掺量不宜超过20%。
由于现代混凝土中外加剂的使用,一方面,可减少混凝土拌合用水量,减少水灰比,提高混凝土中水泥的浓度;
另一方面,减水剂能使水泥中硅酸钙水化所产生Ca(OH)2的二次水化反应,激发粉煤灰的活性,这对于改善粉煤灰的早期强度是有效的。
另外,使用粉煤灰活性激发剂或在非大体积混凝土中使用早强型水泥,也可以补偿粉煤灰的掺入对混凝土早期强度的影响[3]。
1.2和易性
粉煤灰对混凝土和易性的改善有以下几点:
(1)优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体,这些球状玻璃体表面光滑无棱角,性能稳定,在混凝土的泵送、振捣过程中起着一种类似于轴承的润滑作用;
(2)新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团,粉煤灰的掺人可有效分散水泥颗粒,释放更多的浆体来润滑骨料,有利于混凝土工作性能的提高;
(3)掺人粉煤灰可以补偿细骨料中细屑的不足,中断砂浆基体中泌水渠道的连续性,同时品质良好的粉煤灰在同样的稠度下能减少混凝土的拌和用水量,使混凝土中的水灰比降低到更小水平,减少泌水和离析现象。
1.3收缩
混凝土的收缩与混凝土的拌和用水量和浆体体积有关,用水量越少,收缩也越小。
优质的粉煤灰需水量比小于100%,拌和水量的减少使掺粉煤灰混凝土28d后的白干燥收缩和干燥收缩都小。
粉煤灰混凝土的干缩也随粉煤灰掺量的提高而降低。
但由于粉煤灰混凝土的水化反应慢,水分蒸发快,所以粉煤灰对混凝土的早期干缩影响很大。
为防止粉煤灰混凝土的早期收缩开裂,对其更应加强早期养护。
1.4徐变
28d龄期以前,混凝土的强度较低,其相应龄期的徐变应变也较普通混凝土的大,然而与普通混凝土等强度的粉煤灰混凝土在此后所有龄期的徐变均小于普通混凝土。
1.5碳化性能
粉煤灰混凝土的抗碳化性能较差。
粉煤灰混凝土中的水泥用量减少,水泥水化析出的Ca(OH)2数量也相应减少。
而且,火山灰反应也消耗了一定量Ca(OH)2,使混凝土的pH值降低,会增加混凝土的碳化速度。
特别在水化早期,粉煤灰火山灰反应程度低,粉煤灰一水泥体系孔结构疏松,CO2、O2、水分等人侵阻力小,因此碳化深度较大。
随着龄期的增长和粉煤灰火山灰效应的逐渐发挥,碳化速度将逐渐降低。
粉煤灰混凝土的碳化深度随水灰比及粉煤灰掺量的增加而有所增加。
在水灰比为0.5~0.55,粉煤灰掺量不大于30%和一般施工水平的情况下,15~17年混凝土的碳化深度可达20mm左右。
碳化反应在一定的相对湿度范围内进行最快,否则,反应较慢。
当相对湿度在25%以下或者接近100%,即混凝土在充分干燥或水饱和的场合,混凝土都不易产生碳化收缩。
在基础工程等不与大气接触的混凝土工程中,由于与CO2隔绝,不会发生碳化反应,因此可较多地掺加粉煤灰,以充分降低混凝土的水化热,提高混凝土的耐久性。
采用超量取代法,较低的水胶比,同时掺加以减水剂为主的外加剂进行配合比设计,可使粉煤灰混凝土的抗碳化性能有所改善。
1.6钢筋锈蚀
混凝土中的钢筋能够防锈是由于混凝土的碱性(pH≥12.5)在金属表面形成一层致密的钝化膜。
在混凝土中掺加粉煤灰,一方面会消耗Ca(OH)2,降低混凝土的碱环境;
另一方面,粉煤灰又与Ca(OH)2反应生成水化物,提高混凝土的密实度,增加混凝土的不透水性和对氯离子扩散的阻力,阻碍和防止CO2的侵入可对钢筋起保护作用,所以粉煤灰的掺人,在防止钢筋锈蚀方面,可以抵消因碱度降低带来的不利影响。
粉煤灰在一定的掺量范围(FA≤24%),对钢筋锈蚀基本无影响,甚至优于空白混凝土。
但是若粉煤灰的掺量大于30%,混凝土的碳化可使混凝土的pH值由12.5降至8.5左右,在这样低的pH值条件下,钢筋不再钝化。
当碳化深度到达钢筋位置,保护层被完全碳化,在水与氧气渗入的条件下,钢筋就会发生锈蚀而导致混凝土的开裂甚至破坏[4]。
1.7水化热
粉煤灰对降低混凝土水化热的作用十分明显。
低钙粉煤灰在头几天的水化程度并不明显,所产生的水化热仅及水泥的一半。
在混凝土中用粉煤灰取代20%的水泥,可使混凝土7d的水化热下降11%。
1~28d龄期内,大致为掺人粉煤灰的百分数,就是温升和水化热降低的百分数。
在大体积混凝土中粉煤灰的掺入一般可使水化热峰出现的时间延缓至3d以后才出现,可以有效防止混凝土产生温度裂缝。
1.8碱-集料反应
粉煤灰对有效抑制混凝土碱一集料反应的作用已被世界公认。
一方面粉煤灰中的活性成分SiO2、Al2O3与水泥的水化产物Ca(OH)2反应,降低混凝土的碱度;
另一方面粉煤灰较大的比表面可吸收K+、Na+、OH-,使之富集在粉煤灰微粒的表面,使骨料周围的碱金属离子及OH-减少,降低混凝土孔隙中的碱浓度,从而削弱了混凝土的碱一集料反应根据试验结果,粉煤灰掺量大于20%时,抑制碱-集料反应才有效,当掺人30%时可有效抑制碱-集料反应。
低钙粉煤灰中的有效Na2O和K2O都能加速水泥的水化反应,并且能激发粉煤灰中化学活性成分SiO2、Al2O3与Ca(OH)2的二次水化反应,因此粉煤灰中的有效碱是有益的。
1.9抗冻性
粉煤灰混凝土28d以前龄期,混凝土的孔结构较纯水泥混凝土的粗,故粉煤灰混凝土的早期抗冻性要下降。
随着粉煤灰掺量的增加,抗冻性下降的幅度也越大。
但随着龄期的增长,其抗冻性下降的幅度大大缩小。
在等强超量取代的条件下,则对抗冻性的影响不大。
在混凝土中以20%的粉煤灰代替相应的水泥,其抗冻性超过基准混凝土,但掺量太高(50%)时,经过150~200次冻融,混凝土出现明显破坏。
混凝土的含气量也是影响混凝土抗冻能力的重要因素。
对处于严寒地区的粉煤灰混凝土工程,掺人适量的引气剂,可提高其抗冻性能。
粉煤灰的含碳量、烧失量、碳化性质、细度以及粉煤灰的掺量等会影响混凝土的含气量。
随粉煤灰掺量的增加,在相同引气剂掺量下,混凝土的含气量呈下降趋势,影响混凝土的抗冻性。
一般认为这是由于引气剂引入的气泡被粉煤灰中的细微颗粒吸附造成的对引气量小于3.5%的粉煤灰混凝土其水灰比对抗冻性有显著的影响,水灰比越小,抗冻性能越好,如果混凝土中有足够的含气量,则其水灰比对混凝土的抗冻性能影响不大[5]。
1.10抗渗性能
影响混凝土抗渗性
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