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粉煤灰需水量对混凝土用水量及外加剂的影响
admin在2022-07-28发布 频道:行业资讯 标签:
     
摘要以优质粉煤灰为关键原材料配制混凝土,讨论并分析混凝土的配制和对每立方米混凝土内 减水剂掺加量和用水量的影响,降低外加剂和用水量,提高混凝土强度。
 
1 引言
  如今随着混凝土技术的发展与进步,尤其是大体积混凝土、水下混凝土的广泛应用,粉煤灰已成为这些混凝土所必需的功能性材料。粉煤灰是电厂煤粉炉烟道气体中收集的固体粉末,它的主要氧化物组成有:SiO2、AI2O3、FeO、FgO3、CaO、丁以等。粉煤灰通常情况下本身无胶凝性,但它能与石灰或水泥熟料水化时释放出的Ca(OII) 2发生反应,生成具有胶凝性的水化产物,这一反应称为火山灰反应。粉煤灰加入混凝土中可以提高混凝土的和易性、后期强度、耐久性等性能,并且对降低混凝土水化温升、延长混凝土凝结时间等起到非常重要的作用。
 
2 技术要求
  对于粉煤灰的技术要求,在《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)中有明确规 定,粉煤灰按照煤的种类分为F类(有无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰)和C类(由褐煤或次烟煤 煅烧收集的粉煤灰,其氧化钙含量一般大于10%),并且按照粉煤灰的品质又分为I、II、III三个 等级,具体见表1和表2:
表1 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求
项目 技术要求
I级 II级 III级
细度(0.045mm方孔 筛筛余),不大于(%) F类粉煤灰 12.0 25. 0 45. 0
C类粉煤灰
需水量比,不大于(%) F类粉煤灰 95 105 115
C类粉煤灰
烧失量,不大于(%) F类粉煤灰 5. 0 8.0 15. 0
C类粉煤灰
含水量,不大于(%) F类粉煤灰 1.0
C类粉煤灰
三氧化硫,不大于(%) F类粉煤灰 3.0
C类粉煤灰
游离氧化钙,不大于(%) F类粉煤灰 1.0
C类粉煤灰 4.0
安定性,雷氏夹沸煮后 增加距离,不大于(%) C类粉煤灰 5.0
表2 水泥活性混凝土料用粉煤灰技术要求
项目 技术要求
烧失量,不大于(%) F类粉煤灰 8.0
C类粉煤灰
含水量,不大于(%) F类粉煤灰 1.0
C类粉煤灰
三氧化硫,不大于(%) F类粉煤灰 3.5
C类粉煤灰
游离氧化钙,不大于(%) F类粉煤灰 1.0
C类粉煤灰 4.0
安定性,雷氏夹沸煮后 增加距离,不大于(%) F类粉煤灰 5.0
强度活性指数,不大于 F类粉煤灰 70.0
C类粉煤灰
           
 
粉煤灰重要检测指标
  在《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB/T 18736—2002)中也提到,矿物外加剂是生产高强高性能混凝土的组成材料之一,也是提高混凝土耐久性的重要措施。高强高性能混凝土用矿物外加剂的定义是,在混凝土搅拌过程中加入且具有一定细度和活性的辅助胶凝材料,不仅可以取代部分水泥,改善新拌混凝土的工作性,而且能够提高硬化后的混凝土性能(特别是混凝土耐久性)的某些矿物类产品。由于矿物掺合料在混凝土中的应用一般取代部分水泥或细集料,使其具有胶凝条件或自身就具有胶凝作用,因此矿物掺合料与水泥一起被视为胶凝材料。当前广泛使用的矿物外加剂是磨细粉煤灰。作为搅拌站来说,使用的优质粉煤灰28d强度活性指数应不小于70%,需水量比要控制在105 %以内,这两个重要指标在检测控制中是有严格要求的。
  粉煤灰第一重要指标“活性”主要来自活性SO2 (玻璃体SO2)和活性A12O3 (玻璃体Al2O3)和f-CaO (游离氧化钙)都是活性的有利成分,硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在,它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用,因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。粉煤灰中的钙含量在3%左右,它对胶凝体的形成是有利的。粉煤灰是以颗粒形状存在的,且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同,通常将其形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。显微镜下观察,粉煤灰由多种粒子构成,其中珠状颗粒包括空心玻珠、厚壁及实心微珠、铁珠、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体五大品种。其中不规则玻璃体是粉煤灰中较多的颗粒之一,大多是由似球和非球形的各种浑圆度不同的粘连体颗粒组成。有的粘连体断开后,其外观和性质与各种玻璃球形体相同,其化学成分则略有不同。多孔玻璃体形似蜂窝,具有较大的表面积,易粘附其他碎屑,密度较小,融点比其他微珠偏低。渣状颗粒包括海绵状玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和黏聚颗粒五大品种。正是由于这些颗粒各自组成上的变化,组合上的比例不同,才直接影响到粉煤灰质量的优劣。现在市场上销售的粉煤灰,大多是未充分燃烧的煤炭渣,经二次磨细,并且里面会加入石粉、煤矸石粉末等物质,大大降低了粉煤灰的活性及强度。两种粉煤灰在颜色上就有很大差异,肉眼直观,优质粉煤灰其颜色由乳白至灰色不等,用手研磨较细滑;劣质粉煤灰颜色泛黑灰色,用手研磨较粗,有黑色颗粒。因此对于混凝土来说,优质粉煤灰能够等量替代水泥,达到减少水泥用量的效果,劣质粉煤灰只能超量掺加,缓解混凝土因胶材少而改善混凝土和易性的作用,无形之中增加了生产成本。
  粉煤灰第二重要指标是“需水量比”,它与各龄期粉煤灰的强度贡献成反比,需水量比愈小,粉煤灰的强度贡献愈大。粉煤灰需水量比对强度贡献的影响在养护期高于后期,在养护期7d左右的需水量比对强度的贡献大于细度对强度的贡献,即粉煤灰对混凝土的性能的影响在早期是物理作用,后期是化学作用。需水量比小的粉煤灰掺入混凝土后,有减水作用,不仅可以增进混凝土强度的发展,同时可以提高抗渗性及耐久性。
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图1 不同需水量比、细度的粉煤灰对比图
 
4 不同粉煤灰对比图样
  因此,粉煤灰进厂后应尽量将不同厂家分库存放,避免因需水量比、细度不同的粉煤灰存放在同一库内,存放期超三个月的使用前须进行复检,按复检结果使用。要检测粉煤灰需水量比、活性指数、烧失量、细度等指标,通过大量试验证明,当粉煤灰需水量比大于105%、细度较大时,混凝土会出现用水量大、包裹性差、水灰比大、吸附外加剂能力强四大弊病,需水量在95%〜100%之间外加剂掺量较稳定,需水量在100%〜110%之间时,外加剂掺量提高(0. 3±0. 1%)需水量在115%左右时,外加剂掺量会提高(0. 6±0.1)%,而且混凝土拌合物坍落度损失大、和易性差、强度无法保障,所以粉煤灰要严格控制需水量比、烧失量、细度三个重要指标。对每车进厂粉煤灰进行取样和检测,取样要有代表性,用加长取样器在车前部、后部分别取样,充分均化后制样检测,数据真实有可追溯性。在水泥和外加剂品质不变的情况下,快速检测粉煤灰的需水量变化,为指导和稳定生产做好前期工作。
 
5 配合比分析
  以下是我试验室以C30混凝土为例,用两种不同粉煤灰做混凝土试验,在粉煤灰需水量逐渐上升的情况下,混凝土拌合物的和易性、外加剂掺加量、用水量、水胶比的变化以及硬化后混凝土的强度不变。
(1)原材料选用
  细集料:海东市当地洗砂厂II区中砂,含泥量3.5%,含石率23.5%,颗粒级配2. 9,含水率3.5%,空隙率36%。
  粗集料:海东市当地石料厂,5〜25mm碎石,含水率0. 5%,压碎值指标8. 6%,针片状含量 4. 8%。
  水泥:青海祁连山水泥有限公司42. 5级普通硅酸盐水泥。
  水:饮用水。
  外加剂:大通鑫巩固建材有限责任公司提供的聚羧酸系高性能减水剂。
  粉煤灰:永登河桥电厂II级粉煤灰,细度15%,需水量比93%,烧失量1. 3;
  青海大通粉煤灰厂II级粉煤灰,细度35%,需水量比115%,烧失量15.1。
(2) C30混凝土配合比对比
表1 使用永登河桥电厂I级粉煤灰的配合比
水泥 粉煤灰 洗砂 碎石 减水剂 外加剂
掺量
水胶比 3d度 (MPa) 7d度 (MPa) 14d度 (MPa) 28d
(MPa)
280 100 1000 900 146 6.08 1.6% 0.47 25.9 34.6 37.5 40.3
  该配合比试拌的混凝土拌合物和易性、流动性良好,可泵性能良好,混凝土柔软。外加剂掺加量较稳定1.6%,实际用水量为180kg,水胶比0.47, 3d标养强度25. 9MPa,达到设计强度的86.3%,7d标养强度34. 6MPa,已达到设计强度的115. 3%,随着龄期的增加,强度仍不断上升,28d强度40.3MPa,达到设计强度的134. 3%。该配合比适用于生产使用。优质粉煤灰颗粒细小,对混凝土保水性好、不离析,并且细度小的粉煤灰,其活性较高。
表2 使用青海大通粉煤灰厂I级粉煤灰的配合比
水泥 粉煤灰 洗砂 碎石 减水剂 外加剂
掺量
水胶比 3d度 (MPa) 7d度 (MPa) 14d度 (MPa) 28d
(MPa)
280 100 1000 900 187 5.70 1.5% 0.58 12 22.6 27.6 30.4
  该配合比试拌的混凝土拌合物和易性、保水性、流动性良好,可泵性能良好,混凝土柔软。外加剂掺加量1.5%,实际用水量为220kg,水胶比较大为0.58,3d标养强度12.0MPa,达到设计强度的40%,7d标养强度22.6MPa,勉强达到设计强度的70%以上,虽然强度随着龄期的增加而增加,但是28d强度30.4MPa,因粉煤灰细度大、需水量高,混凝土耐久性差、实体混凝土碳化较大,加之混凝土在实际饶筑过程中会受养护不到位、施工方任意往混凝土拌合物内加水、外加剂掺加量小、水灰比大、泵损大、难施工等不利因素的影响,后期强度无法保障,带来工程质量隐患。
  因此,在粉煤灰不变的情况下,降低水灰比,提高外加剂掺加量,进行了试拌,配合比见表3:
表3 使用青海大通粉煤灰厂I级粉煤灰的配合比
水泥 粉煤灰 洗砂 碎石 减水剂 外加剂
掺量
水胶比 3d度 (MPa) 7d度 (MPa) 14d度 (MPa) 28d
(MPa)
280 100 1000 900 160 6.84 1.8% 0.53 15. 7 23.4 29.6 33.6
  该配合比试拌的混凝土拌合物较柔软,但是保水性略差,易泌水,可泵性能一般。外加剂掺加量1. 8%,实际用水量为200Kg,水胶比控制略大为0. 53,3d标养强度15.7MPa,达到设计强度的52.3%,7d标养强度23.4MPa,达到设计强度的78%,尽管强度随着龄期的增加而增加,28d强度33.6MPa,但是工作性能较差,不便于施工,配合比还需根据试验作调整。混凝土的泌水性随粉煤灰粒径的减小和掺量的增加而减小。
  通过第三组试验认为,要保证混凝土强度稳定增长、工作性能好、便于施工,理论上就要降低水胶比、减少用水量、提高外加剂掺加量,进行了第四组试验,配合比见表4:
表4 使用青海大通粉煤灰厂I级粉煤灰的配合比
水泥 粉煤灰 洗砂 碎石 减水剂 外加剂
掺量
水胶比 3d度 (MPa) 7d度 (MPa) 14d度 (MPa) 28d
(MPa)
280 100 1000 900 147 7.98 2.1% 0.47 19.2 27.3 30.5 35.9
  该配合比试拌的混凝土拌合物较干硬,静置五分钟后,出现严重泌水、抓底现象,均匀拌合后观察,拌合物流动速度慢、干、硬、重。外加剂掺加量2.1%,实际用水量为180Kg,水胶比控制略大为0.47,3d标养强度19.2MPa,达到设计强度的64. 0%,7d标养强度27. 3MPa,达到设计强度的91.0%,28d强度35.9MPa,虽然混凝土强度达到设计要求,但是因混凝土无可泵性,工作性 能极差,该配合比不能用于生产指导。
 
试验结果与分析
  使用细度粗、需水量高的粉煤灰,混凝土和易性差,无可泵性和工作性能。外加剂掺加量不易过高,(调整外加剂含气量仍无明显效果),水胶比不易过小,若要确保施工性能,水胶比应控制在0.5以上,并且因用水量降不下来,水泥用量不宜降低,否则可泵性能极差。
 
7 结论
  在同等用水量的情况下,优质粉煤灰拌制的混凝土不仅和易性、工作性能良好,而且根据龄期的增长,强度较劣质粉煤灰高5MPa左右,这为进一步优化配合比、降低生产成本提供了有利的数据支撑。使用优质粉煤灰取代部分水泥能减少混凝土的用水量,相应降低水胶比,可提高混凝土的密实性和抗渗性,并改善混凝土的抗化学侵蚀性,还能降低混凝土的干缩变形,特别是混凝土的早期收缩。对于需水量大的粉煤灰,应适当降低其掺加量。粉煤灰在混凝土中起着至关重要的作用,在检测和使用上要高度重视,根据浇筑部位、工程重要程度等情况使用不同质量和掺量的粉煤灰,为保证建筑物实体质量打好基础。
 
参考文献
[1]《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB/T 18736 — 20(2).

[2] 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596 — 2005).
[3]《预拌混凝土生产企业试验员使用读本》.
作者:付转霞   
信息来源:混凝土视频网
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