稻壳灰替代硅灰对超高性能混凝土性能影响的试验研究.pdf
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1、2 0 1 2年第 6期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P RODUCTS 2 01 2 No 6 J u n e 稻壳灰替代硅灰对超高性能混凝土性能 影响的试验研究 庄 一舟 , 郑海彬 , 季 韬 , 梁咏宁 ( 福州 大学 土木 工程 学 院 , 3 5 0 1 0 8 ) 摘 要 : 通过 对单 双掺 活性稻 壳灰 ( RH A) 与硅灰 ( s F ) 以及 KHA的粒径 对超 高性能混凝 土( UHP C) 的抗 压强 度和孔 结构影响 的研 究, 得 出活性 RHA粒径是取代 s F的关键 。研 究结果表明 , 平均粒
2、径 为 5 9 m 的 R HA能够部 分取代 s F并应用 于 UHP C 中; 在相 同总掺量 的情 况下, 复掺 RHA与 s F的 UHP C抗 压强度要 高于单掺 RH A或单 掺 s F的,并且最佳取代水 泥的复掺量 为 1 0 I L H A与 1 0 S F ;在 UHP C 中掺入 RHA能够减 少孔体积 以及平均孔 径 , 优化孔结 构, 从而提 高 uHP C的抗 压强度。 关键词 : 自制低温稻壳灰( L RHA) ; 超 高性能混凝土 ; 粒径 ; 掺 量 ; 孔结构 Ab s t r a c t : T h e i n fl u e n c e s o f s i
3、n g l e d o u b l e d o p e d r i c e h u s k a s h ( RHA)& s i l i c a f u me ( S F)a n d t h e p a r t i c l e s i z e o f RHA o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d p o r e s t r u c t u r e o f u l t r a h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e f UHP C) a r e s t u d i e d T h e
4、r e s e a r c h r e v e a l s t h a t t h e a c t i v e RHA s p a rti c l e s i z e i s t h e k e y t o r e p l a c e t h e S F i n UHP C a n d i t s a v e r a g e p a rt i c l e s i z e o f 5 9 m i s t h e r a t i o n a l o n e u s e d t o p a r t i a l l y r e p l a c e t h e S F i n UHP C W i t h
5、 t h e s a me t o t a l b l e n d d o s a g e o f RHA a n d S F t h e c o n c r e t e wi t h d o u b l e d o p e d RHA S F h a s h i g h e r c o mp r e s s i v e s t r e n g t h t h a n t h e o n e s o f s i n g l e d o p e d( RHA o r S F)c o n c r e t e F u rth e rm o r e i t i s f o u n d t h a t
6、t h e b e s t b l e n d d o s a g e i s 1 0 RHA 1 0 S F r e p l a c i n g t h e c e me n t T h e mi x i n g o f R HA i n t o UHP C c a n r e d u c e the c o n c r e t e p o r e v o l u me a n d a v e r a g e p o r e s i z e a n d a l s o i mp r o v e t h e c o mp r e s s i v e s tre n g t h o f UHP
7、C b y o pt i mi z i ng i t s p o r e s t ruc t u r e Ke y wo r d s : Ho me - ma d e ri c e h u s k a s h ( L - RHA) ; Ul t r a h i g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e ; P a rt i c l e s i z e ; Do s a g e ; P o r e s t r u c t u r e 中图分类号 : T U 5 2 8 0 4 1 文献标识 码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 - 4 6 3 7 (
8、2 0 1 2 ) 0 6 - 1 0 - 0 5 0前 言 超高性能混凝土 ( U H P C) 指 的是各种材料与水 泥基材料组合后 ,抗压强度达到 1 5 0 2 5 0 MP a的混 凝土。U H P C广泛地应用于超大型结构与对混凝土 有特殊要求 的结构中f 】 。在 U H P C中 , 硅灰 的超细 颗 粒 与 无 定 形 二 氧 化 硅 成 分 对 U H P C的 强 度 提 高 非常重要 ,而我国硅灰 的年产量 只有 3 0 0 0 4 0 0 0 t , 只 能满 足部分 特殊 混凝 土 的需求 。 我 国是 一 个农 业 大 国 , 稻 壳 年产 量 达 4 0 0 0
9、万 t 以上 , 稻壳灰的潜在资源很大 。活性稻壳灰 ( R H A) 与硅灰 ( S F ) 都具有很高的火山灰活性 , 都能减少混 凝土中氢氧化钙的含量 ,改善混凝土的微观结构。 已有文献 卅将稻谷灰替代硅灰应用于 高性能与高 强混凝土中, 并取得到较好的效果。 然而 , R H A是否 能够取代硅灰应用于高性能混凝土并取得 同样 的 效果 , 还有待进一步研究。 本文主要研究了 R H A与 S F的单掺 、双掺 、 粒 径 对 U HP C抗 压强 度 的影 响 以及 R H A 对 U H P C孔 结 构 的影 响 。 一 1 0 1 试 验 1 1 原材 料 P O 5 2 5级
10、水泥; 粒径小于 6 0 0 1 x m且平均粒径 为 2 2 5 m的石英砂 ;闽清某厂产硅灰 , S i O 2 含量 9 0 ,粒径范 围为 0 1 - 0 2 m;不同粒径的 L R HA ( 经不同粉磨时间与球磨介质 获得 ) ; 福州某公司产 聚羧酸 x一 8高效减水剂 ; 普通 自来水。 1 2 试 验仪 器 N J 一 1 6 0 A行 星式水泥胶砂搅拌机 ;根据 J C T 9 5 8 -2 0 0 5 水泥胶砂流动度测定仪 制造的实验跳 桌( N L D 一 3 ) ; D K Z 一 6 0 0 0型电动抗折试验机 ; Y A W一 3 0 0 C型全 自动水泥抗折抗压试
11、验机 ; L T 6 0 O O E精密 电子天 平 ; V S o r b X 8 0 0比表 面积及 孔径 测试 仪 。 1 3 配合 比 依据 Ai m和 G o ff堆积模型为基础 , 本试验将水 胶 比固定为 O 1 8 ,分别将 1 0 、 2 O 、 3 0 的硅灰替 代水泥为基准组 , 然后用稻壳灰部分或者全部替代 硅灰 研究 R H A与 S F对 混凝 土 性 能 的影 响 , 试 验 配 合 比见 表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 庄一舟 , 郑海彬 , 季韬 , 等稻壳灰替代硅灰对超高性能混凝土性能影响的试验研究 表 1 试验配
12、合 比 注 : RHA 的粒 度 分 析 采 用 微 纳 W i n n e r 2 0 0 0激 光 粒 度 分 析仪 。 1 4 试 验 方法 试 验 中 U H P C各组分材料均 在 2 0 L胶砂搅拌 机 中完成 。配合 比中减水剂掺量根据 1 8 0 2 0 0 mm 的流动度要求增减 , 其 中基准组的高效减水剂掺量 为 2 O 。对于掺 R HA组试件 , 考虑到 R H A对流动 度 的影响较大 , 适 当增加减水 剂用量 , 按 0 1 的增 幅逐 渐增 加 , 直到 流 动度达 到 1 8 0 m m 时为 准 。采 用 4 0 mmx 4 O mm x 1 6 0 m
13、m三联模成型试件。振动台的振 动频率为 2 5 0 0转 mi n , 搅拌工艺如图 1 所示 。 1搅 拌 振 捣 工 艺 沉 程 U H P C试 件按 图 1 工 艺浇 筑完 成 后 ,置 于标 准 养护室内养护 1 d , 拆模后将试块 置于 9 0 水浴锅 中 热水养护 3 d ; 热水养护完成后转入标准养护室再次 进行标准养护 。 在养护过程中分别测量试件 3 d 、 7 d 、 2 8 d抗压强度 。试验 中分别选取力学性能较好 的三 组水灰比( 0 1 8 、 0 2 0 、 0 2 3 ) 、 单掺 S F与复掺 R H A的 超高性能混凝土试块进行孔结构分析。 2试验 结
14、果与 分析 2 1 R H A对 流 动度 的影 响 为 了达到 1 8 0 2 0 0 m m 的流动性 , U H P C需要较 高掺量的高效减水剂。R H A与 S F对减水剂掺量变 化情况 的影响见表 2与图 2 。 由图 2可知 ,在保持 1 8 0 2 0 0 m m流动度的情 况下 , 随着 S F与 R H A掺量 的增加 , 减水剂掺量也 需随之增加 。 水泥 、 S F和 L R H A的比表面积分别为 0 4 5 m2 g 、 2 0 m ff g和 1 8 2 m T g左右 ,从 比表 面积角度 分析 , R H A的比表面积是造成 U HP C的减水剂掺量 增加的根
15、本原因。S F由于粒径呈光滑的圆球形 , 比 表面积也相对较低 ,是一种优 良的润滑与填充材 料 , 因此 , 在图 2中可以发现 , 掺有 1 0 s F组的减水 剂掺量 明显小于 R HA单掺组。换 而言之 , R H A与 S F复掺能有效降低 U H P C因掺人 R H A而增加的需 水 量 。 表 2 R H A与 S F对减水剂掺量 变化下 U HP C性能 的影响 O l U 1 ) 2 U ) j U 掺量 图 2 一定 流动度下 R H A与 s F 对 减水 剂掺 量变化 的影 响 2 2 稻壳灰与硅灰掺量对 U HP C抗压强度的影响 R HA具 有超 细 的微 孔 结
16、构 ( 小 于 5 0 n m) ts l , 同时 多孔结构所吸收的水分起到了内养护作用 , 促进 了 水化进程同 。 对比 R H A与 S F两种活性粉末对 U HP C 的影响,反映出不同掺合料对 U HP C的影响规律 , 具体参见 图 3 。 宝 骥 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 O 1 O o o 一单 掺 R H A 3 d _ -单 掺 RHA 7 d +单 掺 R H A 2 8 d 一 单 掺 S F 3 d 一 单 掺 S F 7 d 一 单 掺 S F 2 8 d 图 3 R H A与 S F对 U HP C抗压强度 的影 响 对 比单掺 I O R H
17、 A与单掺 1 0 S F试件的 2 8 d 抗压强度发现 , 单掺 1 0 R HA组 2 8 d抗压强度与单 掺 1 0 S F组强度相 当;单掺 2 0 R H A组 U HP C的 2 8 d抗压强度甚至优于单掺 2 0 S F组 。因此 , 单从 一 11 4 2 0 8 6 4 2 O 8 6 4 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 删 幂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 6期 混 凝土 与水 泥制 品 总第 1 9 4期 抗压强度来看 , R HA是可以替代 S F的。 2 3 稻壳灰与硅灰联合作用对 U H P C强度
18、的影响 分别设计两组试验 , 研究 R HA与 S F联合作用 对 U H P C抗压强度 的影响。其中一组 固定 S F掺量 为 1 0 , 变化 R HA掺量 ; 另一组固定 2 0 水泥替代 量 ,硅灰 与稻 壳 灰掺 量 比分别 为 0 : 2 0 、 5 : 1 5 、 1 0 : 1 0 、 1 5 : 5与 2 0 : 0 , 研究 R H A与 s F联合作用对 U HP C抗 压 强度 的影 响 。试验 结果 见 图 4和 图 5 。 岂 憩 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 R HA掺量 图 4 R HA与掺 I O S F对 U H P C抗压强度 的影响
19、鳗 : RHA, 图 5 R HA与 S F复掺对 U H P C抗压强度的影响 由图 4可见 , R HA掺量为 l O 时 ,能够有效提 高混凝土的抗压强度 。 随着 R H A掺量的增加 , 与 S F 的协同作用减弱 , 抗压强度也随之降低 ; 当 R H A掺 量为 2 0 时 , 2 8 d抗压强度还能够满足超高性 能混 凝土的强度要求 ( 大于 1 5 0 MP a ) 。 由图 5可见 , R H A与 s F的联合作用能够明显 提 高 U HP C的抗 压 强 度 , 并且 复 掺 的 效果 优 于 单 掺 同等掺量超细粉料组试件。对 比S F : R H A = 1 5 :
20、 5 、 5 : 1 5 与 1 0 : 1 0三组复掺 R H A与 S F试件各龄期强度后发 现, 在同等水泥取代量 的情况下 , R H A与 s F掺量均 为 1 O 时 , U HP C的各龄期抗压强度值最高 ,复掺 s F与 R H A组试件 的各龄期抗 压强度均优 于单掺 S F或 单掺 R H A组 试 件抗压 强 度 。S F由于颗 粒呈 圆 球形 , 且颗粒粒径小于 R H A, 对 U HP C的填充作用 要优于 R H A;而 R H A的比表面积大 ,火 山灰活性 高 , 对 U HP C的火 山灰效应要优于 S F 。在 U HP C中 两者共同起作用时, 可发挥出
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- 稻壳 替代 超高 性能 混凝土 影响 试验 研究
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