粉煤灰的掺入量对水泥水化反应的影响研究
摘要:水泥水化反应会产生一定的热量(水化热),这种热量会提高混凝土的温度,鉴于其较差的导热性能,在开始浇筑时,大体积的混凝土的内外温差较大,随着龄期增长,温度下降,体积收缩,温度应力产生,导致混凝土出现裂缝。为了应对温度应力,混凝土必须提高自己的抗拉强度,提升极限拉伸值。采取温控措施,用粉煤灰等其他物质替代部分水泥。不但可以满足设计要求,更能进行温控,降低内部温度。
本文通过研究不同的的掺量对水泥水化反应的影响,通过对水泥,矿渣粉及复掺的对比,明确其发展规律,为选择合理的粉煤灰的掺量,降低工程成本提供依据。
关键词:水泥水化热,蓄热法,值峰温度,缓峰温度
1 前言
混凝土工程中,掺和料已经不可或缺,掺和料可以有效降低水泥水化热,从而有效的降低混凝土的温度提升, 提升混凝土的抗拉强度。从某种意义上来说,其应用为混凝土使用带来了一次变革,优化了其性能,提升其耐久力和使用寿命。在选择具体的掺料掺量的时候,必须结合工程的实际情况,对于其他因素进行综合考虑,降低工程成本。
通过对不同掺量矿渣粉、粉煤灰及双掺矿渣粉和粉煤灰对水泥水化热性能的影响进行试验研究,了解其水化放热的规律, 从而为选择矿渣粉和粉煤灰的合理的掺量提供依据。
2 不同掺和料对水泥水化热影响的机理
不同的掺和料在组成上面是不同的,但是它们都有共同的“三大效应” , 即火山灰效应、形态效应和微集料效应。粉煤灰的主要化学成分是Si02、AL2O3.和Fe2O3,; 硅粉的主要成分是Si02,磷矿渣主要的成分是Si02和CaO,和水泥熟料的基本矿物成分相同,这三种掺和料都可以通过和水泥的水化产物进行化学反应,增加混凝土的后期强度,提高其耐久性,水泥的主要化学成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙,和水混合后便会发生化学反应,其中Ca(OH2)和粉煤灰等发生反应,生成一种新的物质,这种物质有助于提高混凝土的强度,增强其耐久性。同时,它也是激发剂,促使磷矿渣发生水化反应, 生成胶凝物质,这种胶凝物质具有水硬活性。
同时,不同掺和料的颗粒形状和比表面积对水泥水化热都有影响,一般说来,球形颗粒和比表面积和活性是成正比的,即颗粒越多,面积越大,活性越高。从颗粒形状上来看, 粉煤灰和硅粉颗粒大都是球形的,只是两者所占的比例不同,大部分粉煤灰颗粒是球形的,比表面积大约为300~500㎡/kg;硅粉颗粒全部都是球形的,比表面积大约为20000~25000㎡/kg;磷渣不能直接用在混凝土中,90%的颗粒为球形的,它必须经过磨到一定的标准后才能和混凝土混合使用,经过粉磨后,其表面
是光滑的,外表表现为不规则的块状,多棱形,少量的表现为针片状的颗粒。
3 试验用原材料
3.1水泥
试验中统一使用的是525中热硅酸盐水泥,出产厂家为葛洲坝水泥厂。下属表1便是此种水泥熟料的矿物组成及化学成分,表2是水泥的物理力学性能检验数据。经检验发现,,
中热水泥的物理力学性能指标符合国标GB 200一“ 中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥”的相关规定。
3.2 粉煤灰
此次试验采用的粉煤灰, 其化学成分和品质检验结果如表3表4所示,经检验证明,其品质满足国标GB1596-91” 用于水泥和混凝土中的粉煤灰”I级粉煤灰的技术指标。
3.3 其他掺和料
试验用硅粉各项指标符合《水工混凝土硅粉品质标准暂行规定》的要求;磷矿渣采用经过粉磨后的产品满足GB/T665-86的技术要求。
4 试验结果分析
水泥的水化反应属于放热反应,其周期比较长, 较大部分的热量实在水泥浆硬化的初期即在3d以内放出的。有很多因素会影响水泥水化。为了了解不同的掺料对水泥水化热的影响,我们依据GB200-的《水泥水化热试验方法》进行试验。 4.1 粉煤灰的掺量影响
粉煤灰是一种工业废料,一般是从以燃煤发电的火力发电厂排出的。它能有效降低水泥水化热,增加混凝土的强度,提高其持久性。有效抑制碱集料反应。我们在试验中将在对不同的粉煤灰掺量(0%~70%)的水泥进行蓄热法试验,并通过龄期的对比来分析不同掺量的粉煤灰对于水热化的影响。试验结果如表5所示
表5可以看出,龄期增长,水泥的水化热也随之增长,两者是成正比的,而且大部分发生在3d龄期之前。同时,从后面的降低率可以看出,随着粉煤灰的不断增加,水泥的水化热大大降低,尤其是初期的,水泥水热化的降低与粉煤灰的掺量成正比,当I级粉煤灰掺量在0~70%之间增加时, 水化热降低率在0~51%之间逐步降低。主要原因是粉煤灰的火山灰反应较缓,将粉煤灰替代同等量的水泥,可以显著地降低峰值温度,延缓其的出现时间。经过试验发现,采用回归分析方法,可以明确水泥水化热和粉煤灰掺量存在显性相关关系。
Y=-1.911514x+281.2973
其中Y代表水泥7d水化热,x代表粉煤灰掺量(0~70%)相关系数r=0.877
4.2 磷矿渣的掺量影响
采用电炉法提取黄磷时,会产生工业废渣,这种工业废渣便是磷矿渣。我们对其经过了同样的试验,得出以下表6数据:
经观察发现,水泥的水化热和龄期成正比,和磷矿渣掺量成反比,当磷矿渣的变化范围是0~50%时,水化热降低率的变化范围是0~31%。
4.3粉煤灰和硅粉复掺的影响
硅粉是一种副产品,是用电弧炉冶炼硅金属或硅铁合金时产生的,用其来生产的混凝土抗冲磨性能较好。
我们对不同的复掺量对水化热的影响作了对比试验,试验结果如表7所示
同样经回归分析发现,水化热和粉煤灰硅粉掺量是显著相关关系。根据表格发现,水泥7d水化热在不掺料的时候为275KJ/kg,单掺硅粉的时候,其水化热提高4.7%;单掺粉煤灰的时候,水化热降低8.4%;复掺时,水化热降低仅为2.2%,由此我们可以看出,粉煤灰在降低水泥水化热方面功效更大。
5 结论
在温度较低的地区施工时,水泥的水化热可促进水泥硬化, 但是如果工程混凝土的体积过大,不易散发热量的情况下容易产生温度应力,导致混凝土出现裂缝。选择掺料时,要根据混凝土的需求和施工现状,环境条件的等综合考虑.
进行确定。
(1)I级粉煤灰可以有效降低水化热,水化热降低和掺量增加成正比,
(2)粉煤灰也有水化热,但是其火山灰反应较缓,发热速率低,用其替代水泥,可以明显降低值峰温度。
参考文献
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