负温增钙粉煤灰混凝土强度发展规律的研究.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 1 2期 (总 第 2 7 8 期 ) Nu mb e r l 2 i n 2 0 1 2 ( T o ml No 2 7 8 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 2 0 2 3 负温增钙粉煤灰混凝土强度发展规律的研究 崔 金江 , 。赵亚丁 ,朱卫 中 。 ,朱广祥 。 ( 1 北京市住 宅建设 设备物资公 司,北京 1 0 0 0 2 5 ;2 哈尔滨工业大学 ,黑龙江 哈尔滨
2、 1 5 0 0 9 0 3 黑龙江省寒地建筑科学研究院 ,黑龙江 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 摘要 : 从利 废 、 环 保 的角度 出 发结合 增钙 粉 煤灰 具有 需水 量低 、 活性 高 和 可 自硬 的特 征 , 研 究 了 3种 增 钙粉 煤 灰掺 量 ( 4 2 8 、 3 3 3 、 2 3 8 ) 的负 温混凝 土在 恒负 温 ( 一 l 5 ) 、 恒 负温 转正 温和 自然 变负 温养护 条件 下 的抗压 强度 的发 展变 化规 律 ; 同时分 别利 用 x射线衍射和扫描电子显微镜技术 , 分析其不同龄期的水化程度及产物和显微结构 , 探讨其水化机理 , 为实际工程
3、应用提供参考 依据 。 关键词 : 增钙粉煤灰 ;负温混凝土 ;抗压强度 ;X R D;S E M 中图分类号 : T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 6 9 0 5 St udy on t h e s t r e ngt h de ve l opm e n t l a w o f mi nus - t emper a t ur e ca l c i um- enr i c he d f l y a s h c onc r e t e C U I J i n -j i a n g , Z H A
4、OYa d i n g 2 , Z HUWe i - z h o n g s , Z HUG u a n g - x i a n g ( 1 Be ij in g R e s i d e n t i a l C o n s t r u c t i o n F a c i l i t i e s a n d Ma t e ri a l s C o mp a n y , B e ij i n g 1 0 0 0 2 5 , C h i n a ; 2 Ha e r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y H a e r b i n1 5 0
5、0 9 0 , C h i n a ; 3 H e i l o n g j i a n gP r o v i n c eA c a d e myo f C o l dA r e a B u i l d i n gR e s e a r c h , H a e r b i n1 5 0 0 8 0, C h i n a ) Abs t r a c t : Or i g i n a l l y fro m wa s t e r e c y c l i n g a nd e n v i r o n m e n t p r o t e c t i n g, c o mb i n i n g t o t
6、 h e c h a r a c t e r i s t i c s of c a l c i um e n r i c h e d fl y a s h, s uc h a s l o w wa t e r r e q u i r e me n t , h i g h a c t ivi t y a n d s e l f - h a r d e n i n gp r o p e r t y, c o mp r e s s i v e s e n g t h a n dd y n a mi cmo d u l u s o fe l a s t i c i t yd e v e l o p m
7、 e n t l a w o f m i n u s t e mp e r a t u r e c a l c i u m e n r i c h e d fl y a s h c o n c r e t e ( a mo u nt o fmi x i n g we r e 4 2 8 3 3 3 a n d 2 3- 8 )we r e i n v e s t i g a t e d un d e r c o ns t a n t n e g a t i v e t e mp e r a t u r e ( 一 1 5 ) , c o n s t a n t n e g i v e t e
8、mp e r a t u r e c h a n g i n g t o p o s i t i v e t e mp e r a t u r e a n d n a tur a l c h a n g e d n e g i v e t e mp e r a t u r e c u r i n g s y s t e m An d t he n, b y us i n g o f XRD a n d S EM , t h e p r o d uc t s o fh y d r a t i o n a n d fi n e t e x t m e u n d e r d i f f e r e
9、 n t a g e s we r e a n a l y z e d Di s c u s s e d t h e p r i n c i p l e o f h y d r a t i o n; p r o v i d e d a r e f e ren c e f o r e n g i n e e rin g a p p l i c a t i o n Ke y w or ds: c a l c i u m e n r i c h e d fl y a s h; mi n u s t e mp e r a tur e c o n c r e ; c o mp r e s s i v e
10、 s e n g t h; XR D ; S EM 0 引 言 增钙粉煤灰凭借它的需水量低、 活性高和可 自硬的优点广 泛应用于各种工程中, 但是由于我国东北、 华北和西北特殊的 地理位置和气候条件 , 在负温混凝土中, 增钙粉煤灰并没有得 到广泛的应用。 本研究不仅仅是“ 三北” 地区工程实践的需要, 也 是负温混凝 土材料体 系科学理论 自身发展的需 要。 1 原材料 与试验 方法 1 1 原材料与配合比 试验采用哈尔滨水泥厂 P O 4 2 5级水泥; 粗集料为石灰岩 碎石 , 颗粒级配为 5 - 3 1 5 mm连续级配; 细集料为 I I 区中砂, 细度模数 2 6 5 ; 阿城热电
11、厂产 I 级增钙粉煤灰( 化学成分列于 表 1 ) ; L NC 5 1 型混凝 土泵 送剂 ; WN D 阻锈 型防冻剂 。 配合 比 见表 2 。 表 1 增钙粉煤灰化学成分 1 2试 验 方 法 恒负温转正 温养护 , 将 混凝土在 ( 2 0 + 2 )环境 中预养 4 h 后 , 转移 到一 1 5的恒负 温环境 中进行 养护 , 分 别养 护 7 、 1 4、 2 1 、 2 8 d后转为正温标准养护。 自然变负温养护, 将混凝土在 ( 2 0 _+ 2 )环境中预养 4 h后 , 转移到 自然环境中进行养护, 养 护 龄期 为一 7 、 一 1 4 、 一 2 1 、 一 2 8
12、 、 一 3 5 、 一 4 2 、 一 4 9 、 一 5 6 d 。 分别测定上 述 两种养护环境下, 混凝土的抗压强度及水化产物并与标养情况 相比对, 探讨负温增钙粉煤灰混凝土强度发展的规律。 表 2 增钙粉煤灰混凝土的配合 比 收稿 日期 :2 0 1 2 _ J o 6 1 1 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 负温增钙粉煤灰混凝 土强度发展规律 2 1 标 准 养护 混凝 土抗压 强度 试验结果表明: 2 8 d 前基准混凝土的强度明显高于增钙粉 煤灰混凝土, 说明增钙粉煤灰在早期的水化作用明显小于水 泥, 即 2 8 d前增钙粉煤灰活性没
13、有发挥。 但 5 6 d增钙粉煤灰混 凝土 的强度又接近基准混凝土 的强度 , 而且 曲线增长趋势 明显 高于基准的, 这是由于粉煤灰开始逐渐水化造成的。 在增钙粉 煤灰的化学组成中, C a O S i O 比约为 0 5 左右( 比普通 的粉煤 灰 0 1 0 1 5高许多) , 决定活性大小的因素是其中玻璃相含量 和其组成中的 C a O S i O: 的比值。 因此有利于增钙粉煤灰中低 聚 S i 0 的形成。 高 A1 O , 含量亦有利于低聚物活性 的增加 。 因 此增 钙粉煤灰较其 他粉煤灰 活性要高【 l J , 这也 是采用增钙粉 煤 灰作 为掺合料 的原 因之一。 5O 4
14、5 40 螽 s 置 3 0 25 20 l 5 , l 4 2l 2 8 3 42 49 56 养 护总龄期 , d 图 1 标准养护混凝土抗压强度 2 2 恒 负温转正温混凝土抗压强度 试验结果见图 2 5 , 由于负温混凝土早期受冻 , 一 7 d 强度很 低 , 水泥基 本未水化 , 所 以 3种掺灰量 的混凝土强 度也基本相 同。 混凝土受冻内部降温较快, 水分来不及迁移 , 造成内部液相 水迅 速减少并且形 成较大 的冰晶 , 水分子活性 很低 , 水化进行 得极为缓慢, 但 由于防冻剂的作用促进混凝土结构 中冰一 液共 存相的形成, 改善了冰晶形态 , 给水泥提供了一个负温条件下
15、 70 养护 龄期 d 图 2 7 d转正温养护强度发展 规律 养 护龄期 , d 图 3 1 4 d转正温养护强度发展规律 养护龄 期 d 图 4 2 1 d转正温养护强度发展规律 养护 龄期 , d 图 5 2 8 d转正温养护强度发展规 可水化 的条件 , 促进水泥粒子水化而保证混凝土硬化口 。 所 以混 凝土强度增长率不大 , 却没有完全停 止。 此外, 较大冰晶的形成使混凝土内部产生冻胀变形 , 造成 混凝土局部应力变大 , 此时混凝土结构还未形成, 势必导致混 凝土 内部结构产生微裂纹 , 这也是造成混凝土早期强 度较 低的 原因之一。 当转成正温后 , 3 组强度值都明显增加,
16、表明混凝土受 冻后结构并没有完全破坏 , 转 入正温后 , 水泥仍可 以继续水化 , 强度继续发展。 但一 7 + 7 d时, I I 组与 I I I 组强度明显高于I 组 , 原 因是 I 组增钙粉煤灰掺量达 4 2 8 , 水泥含量相对较少, 在初转 正温阶段强度增长较 I I 组、 I I I 组慢; 但随着正温养护龄期的延长 其强度基本与I I 、 I I I 相同。 随着增钙粉煤灰掺量的增加, 一 2 1 、 一 2 8 d强度明显降低。 原 因是: 在负温下 , 由于防冻剂的掺入, 水泥仍可以水化, 随龄期 的增加强度有所增加 。 在负温下 , 水泥水化仍起提供强度 的主 要作用
17、, 从而使得水泥含量高的强度高。 转入正温后, 随着养护 总龄期的延长, I I 组强度高于 I I I 组。 这是因为负温转正温后, 混 凝 土内部冰 晶大 量减少使液相 水大量增 多 , 温度升高 , 水泥水 化速度加快, 同时, 粉煤灰与水泥水化产物 C a ( O H) 的二次水 化持续进行。 所以增钙粉煤灰掺量大的强度要略高一些。 但 I 组 由于粉煤灰掺量过大, 也使得强度有所下降。 转入正温后 I I 组的 一 2 8 + 2 8 d强度可达 3 9 4 MP a , 而且 从曲线 的趋势 可以看出其强 度仍有很大空间发展。 2 3 自然变负温养护混凝土抗压强度 处于哈尔滨深冬
18、自然环境下, 温度约为一 6 2 5。 各个养 护龄期的增钙粉煤灰混凝土抗压强度见表 3 。 自然变负温养护混凝土强度规律, 由图 6可见: 在变负温 并且一直处于负温条件下 , 增钙粉煤灰? 昆 凝土的早期强度也很 低 ;与恒负温条件下的早期强度很低的原因是相同的。 但是在 自然变负温条件下( E l 平均气温约一 1 5) , 混凝土的强度是有 一 定程度 发展的 , 一 7 、 一 1 4 d强度 明显 高于恒 负温养护 的强度 。 这是由于变温条件下, 有温度的上限一 6存在, 会使得混凝土 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3自然变负温养护混凝土强度
19、 MP a 注 : 表中斜杠后 指占同配合 比标准养护 2 8 d强度的百分 比, 。 负温 养护龄 期 , d 图 6 自然变负温养护混凝土强度 内的液相量大大增加。 这没有达到防冻剂的冰点温度 , 此时 , 防冻剂中的许多组分可以直接参与水泥的水化反应 ; 增加了 水泥石体系的 自由能差 , 使水泥粒子和水分子有反应 的能量 和动力 4 J 。 由表面物理化学原理可 以推导 : : 2 f 1 ) T 0 r 式中: 实际冰点; 原始 冰点 ; 冰的比容 ; 水 的表面张力 ; r融 冰 的融解热 ; r 毛细孔孔径 。 由于在变负温的条件下 , 一 6 - - 1 5之间水泥一 防冻剂体
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