掺稻壳灰活性粉末混凝土配合比试验.pdf
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1、第 3 2卷第 6期 2 O 1 5年 1 1月 建筑科 学与 J o u r n a 1 o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 3 2 NO 6 NO V 2 01 5 文章编号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 5 8 - 0 8 掺稻壳灰活性粉末混凝土配合比试验 朱 鹏 , 李 宗阳, 屈 文俊 , 毛文婷 ( 同济大学 土木 工程学 院, 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 : 通过试验 研 究 了掺稻 壳灰 的活性粉 末 混凝土
2、( R P C ) 的配合 比 , 根据 最 大 密实度 理论 对掺 稻 壳 灰 的 R P C进行 了基本 配合 比设 计 ; 试验 比较 了石 英砂 和天 然砂 2种 细集料 对 R P C性 能 的影 响 ; 对 不同水胶 比的 R P C进行试验 , 推荐 了适宜水胶比; 以稻 壳灰替代硅灰, 试验研究不同稻壳灰替代率 对 RP C的流动性、 强度及耐久性的影响。结果表 明: 采用天然砂替代石英砂作为细骨料对 R P C抗 折强度 、 抗压 强度及 流动 度影响 不 大 ; 掺 稻 壳灰 的 R P C的适 宜水胶 比为 0 2 0 0 2 2 ; 随着 稻 壳灰 替代硅灰掺量的增加
3、, 其收缩率降低且随龄期增长变化减缓 , 同时其抗 氯离子渗透性能有所下降; 建议根据不 同使用性能要求选择稻壳灰部分或完全替代硅灰的 R P C 。 关键词 : 稻 壳灰 ; 活性 粉 末混凝 土 ; 强度 ; 流动 性 ; 收 缩 ; 抗 氯 离子 渗透性 能 ; 水胶 比 中图分 类号 : TU5 2 8 2 文献标 志码 : A Ex p e r i m e nt o n M i x Pr o p o r t i o n o f Re a c t i v e Po wd e r Co n c r e t e wi t h Ri c e Hu s k As h Z HU P e n g,
4、LI Z o n g y a n g,QU We n j u n ,MAO We n t i n g ( Co l l e g e o f C i v i l En g i n e e r i n g ,To n g j i Un i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Th e mi x p r o p o r t i o n o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ( RP C)wi t h r i c e h u s k a s h
5、 wa s i nv e s t i ga t e d t hr o ug h e x pe r i m e nt On t he b a s i s o f m a xi m u m de ns i t y t he or y, t he pr i ma r y mi x pr o po r t i on o f RPC wi t h r i c e hu s k a s h wa s de s i gne d I n f l u e n c e s o f t wo ki nd s o f f i ne a gg r e g a t e , s u c h a s q u a r t z
6、s a n d a n d n a t u r a l s a nd,o n t he p r op e r t y o f RPC we r e i n v e s t i g a t e dExp e r i me n t s on RPC wi t h d i f f e r e nt wa t e r b i nd e r r a t i o s we r e d o ne, a nd a r a ng e f o r wa t e r bi n d e r r a t i o wa s s u gg e s t e d The r i c e hus k a s h wa s u s
7、 e d t o r e pl a c e t he s i l i c a f ume i n RPC,a nd t he i n f l ue nc e s of t h e r e p l a c e me n t r a t i o o n f l o wa b i l i t y,s t r e n g t h a n d d u r a b i l i t y we r e i n v e s t i g a t e d Th e r e s u l t s s h o w t ha t t he r e i s l i t t l e i nf l u e n c e o n f
8、 l e xu r a l s t r e n gt h,c o mpr e s s i v e s t r e n gt h a n d f l u i d i t y by t a ki ng n a t u r a l s a n d a s f i ne a gg r e g a t e r e p l a c i n g q u a r t z s a nd Th e a p p r o p r i a t e wa t e r bi n d e r r a t i o of RPC wi t h r i c e hus k a s h i s 0 2 0 0 2 2 W i t h
9、 t he i n c r e a s i ng o f a m o u nt of r i c e hu s k a s h r e p l a c i ng s i l i c a f u me ,t h e s h r i n k a g e r a t e r e d u c e s a n d c h a n g e s l o wl y wi t h a g e s , a n d t h e c h l o r i d e p e n e t r a t i o n r e s i s t a nc e r e du c e s I t i s s u gg e s t e d
10、t h a t t he s i l i c a f u m e i n RPC c a n b e r e p l a c e d by r i c e hus k a s h p a r t i a l l y o r c o m p l e t e l y a c c or d i n g t o d i f f e r e nt a p pl i c a t i on r e qu i r e me n t s Ke y wo r ds :r i c e hu s k a s h;r e a c t i v e p o wd e r c on c r e t e;s t r e n g
11、t h;f l o wa b i l i t y;s hr i n ka g e;c hl o r i de p e n e t r a t i o n r e s i s t a nc e;wa t e r b i nd e r r a t i o 收 稿 日期 : 2 0 1 5 - 0 7 0 9 基金项 目: 国家 自然科学基金青年科学基金项 目( 5 1 2 0 8 3 7 3 ) ; 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项 目( 2 0 1 2 0 0 7 2 1 2 0 0 0 8 ) 作者简介 : 朱鹏( 1 9 8 1 一 ) , 男 , 河南新 乡人 , 讲师 , 工学博士
12、 , E - ma i l : p z h u t o n g i i e d u c n。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 朱 鹏 , 等: 掺稻壳灰活性粉末混凝土配合 比试验 5 9 0 引 言 活性 粉末 混凝 土 ( R P C ) 是通 过提 高材 料组 分 的 细度与活性 , 减小材料内部 的缺陷 ( 孔隙与微裂缝) 来获得高强度、 高韧性 、 高耐久性的新型水泥基复合 材料口 。R P C原材料包 括活性组分 、 高效减 水剂 和 短细 钢纤 维等 , 其 中活性 组 分通 常 由优质水 泥 、 硅 灰 、 细石 英 砂 ( 粒 径小 于
13、 1 mm) 等构 成 j 。 RP C中水泥用量比较高( 6 0 0 9 0 0 k g r f l _ ” ) , 造成了较大 的资源和能源消耗 。同时, R P C中硅灰 作为主要 的活性掺 和料 , 掺量 ( 质 量分数 ) 为 2 O ( 水泥掺量) 以上, 且价格昂贵, 资源较 为匮乏 , 石英 粉等细集料 的使用也增加了 RP C的成本, 都使其在 工程 中的推广应用受到限制_ 4 。另外 , 较高的水泥 用量不仅增加 了生产水泥所需的资源和能源消耗 , 还造 成 了不利 的环 境影 响 , 如粉 尘和 烟尘 污染 、 温 室 效应等。因此, 为了降低 R P C的成本 , 节约
14、资源, 减 少能耗和保护环境, 发展有 良好经济环保性能的绿 色 活性粉 末 混凝 土具 有重 大意 义 。 遵 循绿 色 活 性 粉末 混 凝 土 的发 展 方 向 , 在 常 规 的水 泥一 硅 灰二元 胶 凝体 系基 础上 , 有 关 学 者合 理 利 用工业废渣 , 在 R P C中复合掺入粉煤灰、 矿渣等活 性掺和料 , 形成 了水 泥一 硅 灰一 矿渣 ( 粉煤灰) 三元或 水泥一 硅灰一 粉煤灰一 矿渣 四元胶凝材 料体 系, 在减少 硅灰或水泥用量 的同时, 进一步提 高 RP C的性 能 ( 如耐 久性 ) _ 6 j 。 RHA) 富含 9 0 以上 的无定 形 S i O
15、 , 具 有 巨大 比表 面积 和高 火 山灰 活 性 9 , 可 作 为 一 种 理 想 的 混 凝 土 活性矿 物掺 料 。各 国 已有 一些 学者 对稻 壳灰 混凝 土各 方 面 的性 能 进 行 了相 关 研 究 , 包 括 工 作 性 能 I I - 1 2 、 孔 隙 特性 1 3 1 4 、 强 度 。 及耐 久 性 能 , 稻壳灰不仅可以提高混凝土 的强度 , 还可以改善混 凝土的耐久性。此外 , 稻壳灰来源广泛, 对其进行合 理 利用 具 有 良好 的 经 济环 保 效 益 1 引。 因此 可 将 稻 壳灰作为一种绿色环保的新型活性掺料应用于混凝 土中。本文 的主要研究 内容
16、是稻壳灰对 R P C的强 度 、 工 作性 能 以及耐 久性 能 的影 响 。 1 原 材 料 水泥采用 P O 4 2 5普通硅 酸盐水泥 , 其 化学 成分见表 1 , 物理性能见表 2 l_ 】 叼; 硅灰 由上海某公司 生产 , 其 平 均 粒 径 为 0 2 6 m,比表 面 积 大 于 2 0 I n g , 化学 成分 见 表 3 ; 石 英 砂 粒 径 为 2 0 0 6 5 0 m, 平均粒径为 2 8 0 m; 筛分后天然砂粒径为 1 5 0 8 0 0 0 z m, 平均粒径约为 3 0 0 m; 高效减水剂 为上海建筑科学研究院研制生产 的 TF 一 8 1 0 1
17、B聚羧 酸 高性 能 减 水 剂 , 固 含 量 ( 质 量 分 数 , 下 文 同 ) 为 4 I , 减水率为 3 1 8 。 表 I P O 4 2 5普通硅酸盐水泥的化学成分 Tab 1 Che m i c a l Co mp o s i t i o n of P O 42 5 Co mmo n Po r t l an d Ce me nt 成分 S i 0 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 C a 0 Mg 0 N a z O K 2 o S O 3 含 量 2 3 2 5 0 7 7 9 0 2 4 1 0 4 6 7 8 0 0 4 5 9 l0 1 1 6 0 0 5
18、 7 4 4 1 0 0 研 究 发 现 , 优 质 的 稻 壳 灰 ( Ri c e Hu s k As h, 注 各化学成分含量为质量分数, 下文同。 表 2 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥的物理性能 Ta b 2 Ph y s i c a l Pe r f o r ma n c e o f PO 4 2 5 Co mmo n Po r t l an d Ce me nt 凝结时间 mi n 抗 折强度 MP a 抗压强度 MP a 性能参 数 细度 密度 ( g c m ) 体积安定性 初 凝 终 凝 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 试验 水泥 5 7 3 1 3 1 5 O
19、4 9 O 合格 5 5 7 6 2 4 6 4 4 3 标准值 1 O 4 5 6 0 0 合格 3 5 6 5 1 7 0 4 2 5 表 3硅 灰 的化 学 成 分 Ta b 3 Che mi c al Co mp o s i t i o n of S i l i c a Fume 成分 S i 02 A1 2 O 3 F e 2 O3 Mg O Ca O K s O Na 2 0 含量 9 4 5 1 0 0 8 7 0 0 1 0 0 1 5 6 O 0 4 3 0 0 3 3 0 0 0 8 2 2试件 制备和试 验方 法 2 1试 件 制备 本文试件 的制作养护方法参 照 水泥胶
20、砂强度 检验方 法 ( GB T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 ) 2 。 。 , 为控 制 流动 度 , 设计如下搅拌制度 : 将称量好的各种胶凝材料 干拌 i rai n ; 加 入 7 O 水和 7 O 的减水 剂 , 搅拌 3 mi n ; 加 入砂 子 , 搅 拌 1 mi n ; 加入 剩余 3 0 水 和 3 O 减水 剂 , 搅拌 5 rai n 。搅 拌 完成 后 , 将拌 和 物 浇 注于试 模 中 , 在振 动 台 ( 频率 为 5 0 Hz ) 上振 动 3 4 mi n , 振捣密实后成型。 采用标准养护方法 : 试件成型后在标准养护箱 中养 护 2 4 h后拆
21、 模 , 然后 放置 于混凝 土 标 准养 护 室 中养护至试验龄期 , 温度为( 2 0 士2 ) , 湿度为 9 0 以上 。 2 2 试 验方 法 根据 水 泥 胶 砂 流 动 度 测 定 方 法 ( GB T 2 4 1 9 -2 0 0 5 ) 2 进行 流动度 试 验 , 根据 水 泥胶 砂 强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 建 筑科 学与 工程 学报 2 0 1 5鱼 度 检验 方法 ) ( G B T 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 ) 进行 抗 压强 度 及 抗折强度试验。 3 稻 壳灰性能试验 稻壳 灰 尚处于试 验研究 阶
22、段 , 没有标 准化 生产 , 不同地区和不同生产条件下的稻壳灰存在较大的差 异 , 因此需要对试验采用的稻壳灰进行相关的物理 化学检测 。本文试验采用的稻壳灰为江西某厂 自主 生产的无碳稻壳灰 , 并在试验前将本次使用 的稻壳 灰用球磨机进行 3 0 mi n的球磨处理 , 以增加稻壳灰 的细度 。 3 1 化学成 分 与密度 采用 X射线荧光光谱仪测定 稻壳灰的化学 成 分 , 结果 如表 4所示 。 表 4稻壳灰 的化学成分 Ta b 4 Ch e mi c a l Co mpo s i t i o n of Ri c e Hu s k As h 成 分 S i0 2 A t2 0 3
23、l C a O M g O I F e a O s I N a z O K 2 O 含 量 8 0 O 8 1 3 0 l 1 2 1 0 4 5 1 0 4 0 l 0 1 7 2 3 4 采用李氏瓶法测定稻壳灰的密度 , 测定结果为 2 2 8 gc m 。 3 2粒径分布 采用激光粒度仪测定稻壳灰的粒径分布 , 测定 结果如图 1 所示。稻壳灰的平均粒径为 3 7 4 m。 图 1稻 壳灰粒径分布 Fi g 1 Pa r t i c l e Si z e Di s t r i b ut i o n o f Ri c e Hu s k As h 3 3 需 水量 比 参照 高强高性能混凝土
24、用矿物外加剂 ( GB T 1 8 7 3 6 -2 0 0 2 ) 。 设 计 基 准 组 配 合 比 和稻 壳 灰 组 配合 比, 由于稻 壳灰 与 粉煤 灰 的活性 以及 粒 径分 布 较为接近 , 试验 中稻壳灰用量参照磨细粉煤灰 。 其 中标 准 砂 符 合 水 泥 胶 砂 强 度 检 验 方 法 ( G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ) c 要求 。基 准组 和稻壳灰组配合 比 如表 5所示 , 其需水量 比( 质量 比) 分别 由 3个试件 结果取 平均 值获得 。 表 5 稻 壳灰 需水量 比试验结果 Ta b S Te s t Re s n l t s 0 f
25、 W a t e r De m a n d Ra t i o o f Ri c e Hu s k As h 各材料用量 g 稻壳灰替 需水 量 组别 水泥 稻壳灰 标准砂 水 代率 i:t 基 准 组 4 5 O O 1 3 5 O 2 2 5 0 0 1 O 0 稻壳灰组 3 1 5 l 3 5 1 3 5 0 2 4 0 8 3 O 1 0 7 由表 5可知 , 稻壳灰的需水性比水泥大, 水泥基 材料中掺入稻壳灰可能会在一定程度上降低拌和物 的流动 性 。 3 4活性 指数 参照 高强高性能混凝土用矿 物外加剂 ( GB T 1 8 7 3 6 - 2 0 0 2 ) l_ 2 以及 水
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