摘 要: 論文介紹了大摻量粉煤灰混凝土的發(fā)展, 采用正交設(shè)計方法配制大摻量粉煤灰混凝土, 通過運用極差、方差分析的方法分析了粉煤灰摻量等四個因素對混凝土強度及工作性的影響程度。結(jié)果表明, 使用邯鄲本地原材料配制大摻量粉煤灰混凝土, 強度和工作性能均能滿足一般工程的需要。
關(guān)鍵詞: 大摻量粉煤灰混凝土; 正交設(shè)計; 強度
中圖分類號: TU52812 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1671 - 0959 (2007) 0120088203
0 引 言
國外從20世紀(jì)30年代開始在混凝土中摻粉煤灰, 隨著粉煤灰研究不斷深入以及應(yīng)用經(jīng)驗的積累, 粉煤灰的諸多優(yōu)點逐漸被發(fā)現(xiàn)并得到認(rèn)同。到70年代, 有兩個最主要的因素大大促進(jìn)了粉煤灰應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展: ①碾壓大摻量粉煤灰混凝土的問世、應(yīng)用及表現(xiàn)出的良好力學(xué)性能與耐久性能, 使得碾壓混凝土在世界范圍內(nèi)得到了迅速推廣;②減水劑尤其是高效減水劑的逐漸推廣, 使粉煤灰的潛能得到了淋漓盡致的發(fā)揮。80年代以來, 隨著對以往澆筑的粉煤灰混凝土結(jié)構(gòu)工程耐久性的實地調(diào)查結(jié)果的不斷發(fā)表,通過對摻用占總膠凝材料用量51% ～56%粉煤灰的工程結(jié)構(gòu)使用十年后現(xiàn)場性能的調(diào)查, 結(jié)果顯示粉煤灰混凝土表現(xiàn)出比普通混凝土更好的長期性能, 認(rèn)為即使是大摻量粉煤灰混凝土也可成功地用于結(jié)構(gòu)混凝土[ 1 ] 。另一方面, 隨著高層建筑、大跨度橋梁以及海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展, 混凝土的強度等級不斷提高, 高水泥用量所產(chǎn)生的熱裂危險以及體積不穩(wěn)定性等副作用也隨之被充分認(rèn)識, 解決這些問題最有效的技術(shù)措施就是使用粉煤灰、礦渣、硅粉等工業(yè)廢料, 其中最經(jīng)濟的措施就是大量摻用粉煤灰[ 2 ]。以加拿大CANMET的Malhotra教授為首的研究小組, 自80年代后期開始了對非碾壓大摻量粉煤灰混凝土的一系列研究, 其中的粉煤灰用量占總膠凝材料重量的55%以上, 所使用的粉煤灰的品質(zhì)范圍也相當(dāng)寬, 研究幾乎涉及到混凝土性能的各個方面。結(jié)果表明, 試驗優(yōu)化的非碾壓大摻量粉煤灰混凝土除了具有大量節(jié)約水泥、降低水化熱溫升、后期強度較高等優(yōu)點外, 還可作為高強結(jié)構(gòu)混凝土, 其體積穩(wěn)定性以及除個別性能外的絕大多數(shù)耐久性能均較普通混凝土有不同程度的改善。90年代以來發(fā)表的大量研究成果帶動了世界范圍內(nèi)對大摻量粉煤灰混凝土的研究應(yīng)用。
目前, 低摻量粉煤灰混凝土的基本理論和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟, 并廣泛應(yīng)用于各類工程中, 而大摻量粉煤灰混凝土還處在研究試驗階段, 其中以碾壓為主的大摻量粉煤灰混凝土基本理論和應(yīng)用技術(shù)已逐漸成熟, 并廣泛應(yīng)用于大壩、道路工程, 而以常態(tài)大摻量粉煤灰混凝土的施工正處在試驗研究階段[ 3 ]。本試驗研究采用正交設(shè)計方法配制非碾壓的大摻量粉煤灰混凝土, 通過運用極差、方差分析的方法分析了粉煤灰摻量等四個因素對混凝土強度及工作性的影響程度, 目的是探索在邯鄲使用非碾壓大摻量粉煤灰混凝土作為結(jié)構(gòu)混凝土的可能性。
1 原材料
試驗的原材料全部使用邯鄲地區(qū)材料: 太行牌42．5R普通硅酸鹽水泥; FDN高效減水劑; 邯鄲熱電廠的原狀粉煤灰, 經(jīng)粉磨加工, 細(xì)度516% (80μm篩余) ; 河砂, 細(xì)度模數(shù)為1．75, 表觀密度2164 ×103 kg/m3 , 含泥量3．1%;碎石, 表觀密度2．71 ×103 kg/m3 , 針片狀含量4．65% , 級配符合規(guī)定。
2 試驗方案、結(jié)果與分析
2．1 試驗方案及結(jié)果
選用L9 (34 )正交試驗表安排試驗。分別考察混凝土的坍落度和7d、28d強度, 試驗結(jié)果見表1。
2．2 試驗結(jié)果分析
2．2．1 抗壓強度和坍落度的極差分析
抗壓強度和坍落度的極差分析見表2。
1) 7d強度的極差分析結(jié)果。影響混凝土7d強度的因素順序為: 粉煤灰摻量、水膠比、FDN用量、單位用水量,并且粉煤灰摻量和水膠比影響較大, 而單位用水量相對影響較小。
2) 28d強度的極差分析結(jié)果。影響混凝土28d強度的因素順序為: 粉煤灰摻量、FDN用量、水膠比、單位用水量。通過分析, 無論是早期還是后期混凝土強度, 粉煤灰摻量因素的影響是最大的。
3) 坍落度極差分析結(jié)果。影響坍落度的各因素由高到低是: 用水量、FDN用量、粉煤灰摻量、水膠比。
2．2．2 抗壓強度和坍落度的方差分析抗壓強度和坍落度的方差分析見表3。
1) 7d強度的方差分析結(jié)果。根據(jù)平方和的大小可知各因素的影響順序: 粉煤灰摻量、水膠比、FDN用量、單位用水量。這與極差分析的結(jié)果一致。由方差分析采用的F值來分析顯著性影響, 可知在四個影響因素中, 粉煤灰摻量對7d強度的影響明顯。
2) 28d強度方差分析結(jié)果。對于28d強度, 各因素的影響順序為: 粉煤灰摻量, FDN用量、水膠比、單位用水量, 粉煤灰摻量和單位用水量的影響仍然是影響最大和最小的因素。由方差分析采用的F值來分析顯著性影響, 可知粉煤灰摻量相對于其余三個因素, 對28d強度影響較大。
3) 坍落度方差分析結(jié)果。各因素的影響順序是單位用水量、FDN用量、粉煤灰摻量、水膠比。這與極差分析的情況相同。
2．3 綜合分析
通過分析發(fā)現(xiàn)粉煤灰摻量是影響混凝土強度的最主要因素。大摻量粉煤灰混凝土的強度隨著摻量的增大而減小。這是因為粉煤灰活性比水泥低, 粉煤灰活性在短期內(nèi)不能完全發(fā)揮, 所以其早期強度主要由水泥提供。粉煤灰摻量越大, 其強度增長的時間越長。本次試驗粉煤灰摻量較大,所以28d粉煤灰的活性還未完全發(fā)揮。
在早、中期, 粉煤灰是否對強度發(fā)展有貢獻(xiàn), 與水膠比密切相關(guān)。據(jù)相關(guān)資料分析: 配制大摻量粉煤灰混凝土水膠比應(yīng)盡量小, 宜控制在0138以下。當(dāng)水膠比大于某一定值時, 粉煤灰對7d乃至28d強度都不會有貢獻(xiàn); 但小于該值時, 即使在7d, 粉煤灰即開始有所貢獻(xiàn), 且隨著水膠比的不斷減小其貢獻(xiàn)隨之增大。本次試驗水膠比對混凝土強度的影響不顯著, 主要由于粉煤灰摻量較大而選取的水膠比也較大, 因此使粉煤灰對強度的貢獻(xiàn)不大。
FDN的摻量對混凝土強度的影響也較大, 這是因為加入高效減水劑后, 解決了低水膠比與拌和物工作度之間的矛盾, 且具有高度分散水泥顆粒、消除絮凝的作用, 彌補了摻粉煤灰混凝土早期強度低的缺陷, 這樣對混凝土早、后期強度均有大幅度增加[ 4 ]。本次試驗結(jié)果表現(xiàn)出FDN摻量對粉煤灰混凝土強度的影響較大。
3 結(jié) 論
通過對大摻量粉煤灰混凝土的試驗, 經(jīng)坍落度、抗壓強度的方差和極差分析, 影響混凝土28d強度值大小的各因素順序為: 粉煤灰摻量、FDN用量、水膠比、單位用水量; 各因素對坍落度影響程度由高到低是: 用水量、FDN用量、粉煤灰摻量、水膠比。試驗結(jié)果表明采用邯鄲地區(qū)原材料配制強度不低于30MPa且和易性良好的的非碾壓大摻量粉煤灰混凝土是可行的。
參考文獻(xiàn):
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[3] 吳正直. 粉煤灰房建材料的開發(fā)與應(yīng)用[M ]. 北京: 中國建材工業(yè)出版社, 2003.
[4] 馮乃謙. 實用混凝土大全[M ]. 北京: 科學(xué)出版社, 2001.(責(zé)任編輯 馬光輝)
