燒失量和細(xì)度對粉煤灰漿體流變特性的影響

譚鹽賓,李化建,謝永江,易忠來

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所,北京 100081)

粉煤灰具有良好的火山灰效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)和微集料填充效應(yīng)[1-3],已成為高性能混凝土中不可或缺的組分。滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)度、燒失量、需水量比等要求的粉煤灰得到了廣泛應(yīng)用。隨著大量基礎(chǔ)設(shè)施,如高速鐵路、核電、水利工程的建設(shè),滿足規(guī)范要求的粉煤灰日益緊缺,而某項指標(biāo)不滿足相關(guān)規(guī)范(如細(xì)度太大、燒失量超標(biāo))的粉煤灰卻由于受傳統(tǒng)觀念和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的限制而大量堆積。為擴(kuò)大高性能混凝土用粉煤灰資源,選擇不同細(xì)度和燒失量的粉煤灰為研究對象,以凈漿流動度與馬歇爾流出時間為評價指標(biāo),探討細(xì)度和燒失量對粉煤灰漿體的流變特性的影響規(guī)律,以期為粉煤灰資源充分利用以及粉煤灰相關(guān)技術(shù)指標(biāo)修改提供參考。

1 原材料性能試驗

目前,對于低品質(zhì)粉煤灰(以下稱作灰渣)的利用,一般是將其進(jìn)行再細(xì)磨,通過改變粉煤灰形貌以及粒度分布提高其各項性能[5-6]。雖然這種方法效果較好,但需要再細(xì)磨,增加了生產(chǎn)成本和能耗。原狀低品質(zhì)粉煤灰燒失量和細(xì)度指標(biāo)與優(yōu)質(zhì)粉煤灰相比相差較大,如直接替代優(yōu)質(zhì)粉煤灰或?qū)炷涟韬臀镄阅芎陀不炷列阅苡杏绊憽１疚脑噲D從燒失量、細(xì)度對低品質(zhì)粉煤灰流變性能影響的角度,初步探討燒失量和細(xì)度對粉煤灰漿體流變性的影響規(guī)律,為低品質(zhì)粉煤灰利用提供參考意見。

1.1 試驗方法

1)粉煤灰凈漿流動度和馬歇爾流出時間試驗分別參照《水泥與減水劑相容性試驗方法》(J C T 1083—2008)中的凈漿流動度法和馬歇爾法進(jìn)行。

2)粉煤灰粒度分布試驗采用美國馬爾文H y d r o 2000M u型激光粒度分析儀進(jìn)行測試。

1.2 原材料性能試驗

選擇三種具有較好可比性的粉煤灰進(jìn)行試驗,其中編號 F 1和 F 2的兩種粉煤灰細(xì)度相近,燒失量相差較大;編號F 0和 F 2兩種粉煤灰燒失量均較小,但細(xì)度相差較大。三種粉煤灰的性能測試結(jié)果見表1,粉煤灰粒徑分布特征值見表2,顆粒粒度分布曲線如圖1所示。

表1 粉煤灰的性能指標(biāo) %

表2 粉煤灰粒度分布特征值 μ m

圖1 粉煤灰顆粒粒度分布曲線

2 粉煤灰漿體流變特性試驗研究

2.1 燒失量和細(xì)度對粉煤灰減水作用的影響

圖2為減水劑摻量對粉煤灰凈漿流動度的影響結(jié)果。由圖2可知:①隨著減水劑摻量增加,粉煤灰漿體流動度逐漸增大;當(dāng)減水劑摻量達(dá)到 1.0%時,其流動度增加幅度減緩,表明已接近飽和點(diǎn)摻量;②在飽和點(diǎn)摻量范圍內(nèi),三種粉煤灰凈漿流動度隨減水劑摻量增加而增大;在相同減水劑摻量情況下,粉煤灰 F 2的流動度最大,而F 1的流動度最小。結(jié)合表1的性能結(jié)果可知,粉煤灰 F 2與 F 1細(xì)度均較粗,但 F 2燒失量遠(yuǎn)小于 F 1;F 2細(xì)度大大粗于 F 0,但 F 2燒失量卻小于 F 0。因而,試驗結(jié)果表明燒失量對粉煤灰在漿體中減水作用起著主要作用。

圖2 減水劑摻量對粉煤灰凈漿流動度的影響

2.2 燒失量和細(xì)度對粉煤灰漿體流變性的影響

圖3、圖4分別為灰渣不同摻量時粉煤灰水泥凈漿流動度和馬歇爾流出時間試驗結(jié)果。粉煤灰摻量分別為 0、30%、50%、60%和 70%。由圖3結(jié)果可知,①隨著摻量增加,粉煤灰 F 1和 F 2流動度變化均呈降低趨勢,但 F 2的流動度降低幅度很小,摻量 30%時流動度為 280 mm,摻量 70%時仍有 262 mm;而 F 1的流動度降低幅度卻很大,摻量 30%時流動度為 229 mm,摻量 70%時已降低至 160 mm;②粉煤灰 F 2的流動度與F 0的流動度相當(dāng),但隨摻量的增加,二者流動度變化呈不同規(guī)律,對F 2而言,隨摻量增加,漿體流動性逐漸降低;而對 F 0,當(dāng)摻量較低時(30%),漿體流動度最小,且比不摻粉煤灰的純水泥漿體流動度還小,其后隨摻量增加,漿體流動性逐漸增大。圖4所示馬歇爾流出時間也呈現(xiàn)相似規(guī)律,即燒失量低的粉煤灰 F 2與F 0的變化趨勢與幅度相近,而燒失量高的粉煤灰 F 1則隨摻量增加,其流出時間大幅延長,當(dāng)摻量達(dá)到60%后,其流出時間遠(yuǎn)超過 900 s,基本無法流出,表明其漿體黏度增大。

圖3 灰渣不同摻量時粉煤灰水泥凈漿的流動度

圖4 灰渣不同摻量時粉煤灰水泥凈漿的馬歇爾流出時間

通過三種粉煤灰的性能差異的比較可以看出,在粉煤灰漿體流動性的影響因素中,燒失量的影響程度最大,而細(xì)度的影響則較為有限。當(dāng)粉煤灰具有較低的燒失量時,即便細(xì)度較大,粉煤灰漿體仍可具有較好的流動性,即該粉煤灰仍具有較好的減水效果。當(dāng)然,這也并不意味著細(xì)度對粉煤灰漿體流變性能沒有影響,粉煤灰F 2與 F 0在流動度相當(dāng)?shù)那闆r下,二者馬歇爾流出時間隨摻量增加而表現(xiàn)出明顯差別,說明對 F 2而言,隨其摻量增加,漿體馬歇爾流出時間顯著增加,即漿體黏度變大;而對 F 0而言,隨其摻量增加,漿體馬歇爾流出時間卻僅有小幅度增加。

2.3 燒失量和細(xì)度對粉煤灰漿體流動保持性的影響

圖5、圖6分別是粉煤灰 F 1和 F 2的凈漿經(jīng)時流動度和馬歇爾流出時間試驗結(jié)果。由圖5(a)、圖6(a)可知,摻入粉煤灰會引起漿體流動性經(jīng)時損失的輕度增加,這與純水泥漿體所表現(xiàn)出的流動性經(jīng)時變化則剛好相反:純水泥漿體的流動性隨時間增加呈增大趨勢?？梢哉J(rèn)為在水化初期,水泥顆粒本身對減水劑和自由水的吸附作用小,而粉煤灰顆粒則有較大的吸附作用,從而造成摻粉煤灰漿體流動性的經(jīng)時損失增大。由圖5(b)、圖6(b)可以看出,隨著粉煤灰摻量增加,F 1漿體的馬歇爾流出時間顯著增加,當(dāng)摻量超過 50%后,F 1漿體基本無法從馬歇爾流出儀中流出;而 F 2漿體的馬歇爾流出時間則在較低范圍內(nèi),說明細(xì)度相當(dāng)時,燒失量對粉煤灰漿體黏度有顯著影響。

圖5 粉煤灰F 1漿體流動性經(jīng)時損失結(jié)果

圖6 粉煤灰F 2漿體流動性經(jīng)時損失結(jié)果

3 結(jié)論

在本試驗范圍內(nèi),通過對 3種不同品質(zhì)粉煤灰物理性能和流變性能的試驗,可以初步得出下述結(jié)論:

1)在對粉煤灰流變特性的影響因素中,燒失量的影響程度大大高于細(xì)度,即細(xì)度相當(dāng)時,粉煤灰燒失量越小,其漿體的流動度值越大,馬歇爾流出時間越短;

2)當(dāng)燒失量較小時,即使粉煤灰細(xì)度較大(即粒度較粗),仍具有與Ⅰ級粉煤灰相當(dāng)?shù)臏p水能力。這也反映出在選用粉煤灰時,只要燒失量指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,可適當(dāng)放寬對細(xì)度的上限要求,即可拓寬粉煤灰料源的范圍。

[1]錢覺時.粉煤灰特性與粉煤灰混凝土[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[2]王述銀,賈理利,董維佳.Ⅰ級粉煤灰的減水特性[J].粉煤灰,2001(3):12-14.

[3]黃兆龍,湛淵源.粉煤灰的物理和化學(xué)性質(zhì)[J].粉煤灰綜合利用,2003(4):3-8.

[4]趙國堂,李化建.高速鐵路高性能混凝土應(yīng)用管理技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

[5]周士瓊,李益進(jìn),尹健,等.超細(xì)粉煤灰的性能研究[J].硅酸鹽學(xué)報,2003,31(5):513-516.

[6]蘇達(dá)根,初昆明,孫濤.分選與磨細(xì)粉煤灰對水泥膠砂性能的影響[J].水泥,2006(4):7-9.