掺矿渣粉_粉煤灰对水泥水化热的影响_吴景晖

文章编号 : 1 0 0 7 一0 4 6 X (2 0 0 5 ) 0 6 一 0 0 2 0一0 3 ‘科学研究 掺矿渣粉 、 粉煤灰对水泥水化热的影响 E肠eC tofM妞加re of Slag Pow derand 殉灿hon Hy dr 叨o n Hea tof Celn en t 吴. 晖 (广东省建三公司 ) , 堆佳 (长江科学院 武汉 43 00 10) 摘 要 : 通过犷法粉 、 粉煤灰及双修犷洛粉和粉煤灰不 同掺1 对胶凝材料水化热性能影响 的试脸研 究 , 得出矿渣粉 、 粉谋灰也有 水化热 , 但其水化热 比水泥水化热要低 , 用犷渣粉 、 粉煤灰等1 取代钾分水泥 , 胶凝材料的水化热枕会降低 , 但降低的 福度不 完全与矿渣粉 、 粉煤灰的掺1 成比例 。 单从降低胶凝材料水化热的角度而言 , 掺粉煤灰的 效果最好 , 掺犷法徽粉 次之 . 矿渣徽粉与粉煤灰联合掺 用效果最差 。 关 . 切 : 矿法粉 ; 粉谋灰 ; 水泥 ; 水化热 中图分类号 : X 7 0 5 : T U 5 2 1 . 4 文献标识码 : A l 前盲 水泥水化产生的热量 (水化热 ) 能使混凝土达到 相当高的温度 , 由于混凝土导热性能差 , 大体积混凝 土在浇筑初期容易造成内外温差 ; 此外 , 随龄期增长 , 混凝土又会逐渐降温而发生体积收缩 , 这样的温度变 化会产生温度应力 , 导致混凝土发生裂缝 。 一般的概 念是 : 若混凝土的水泥用量为20 01 扩 , 水泥的水化热 每增大8 . 4 K Jl k g ,则混凝土的温度将升高0 . 5 一 1 . 0 ℃ , 为 了补偿 1 . 0 ℃ 产生 的温 度应 力 , 混凝土要 提高 Ik岁m , (0 . IM p a ) 的抗拉强度 , 即混凝土的温度少升 高1 . 0 ℃ , 相 当于提高 10 x lo 一‘的极限拉伸值 。 因此 , 大坝混凝土要采取温控措施 , 用矿渣粉 、 粉煤灰 代替一部分水泥 , 既能使混凝土各项性能满足设计要 求 , 又能降低混凝土内部温度 , 有利于温控。 矿渣粉 、 粉煤灰也有水化热 , 但其水化热比水泥水化热要低 , 用矿渣粉 、 粉煤灰等量取代部分水泥 , 胶凝材料的水 化热就会降低 , 但降低的幅度不完全与粉煤灰的掺量 成比例 。 本试验目的通过不同掺量矿渣粉 、 粉煤灰及双掺 矿渣粉和粉煤灰对水泥水化热性能影响的试验研究 , 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 试脸原材料 2 . 1 水泥 试验采用岛洲坝水泥厂生产的5 2 5中热硅酸盐水 泥 。 水泥熟料的矿物组成及化学成分列于表 1 , 水泥 的物理力学性能检验结果列于表2 。 从检验结果来看 , 5 25 中热水泥的物理力学性能指标符合国标CB 200 一89 ” 中热硅酸盐水泥 、 低热矿渣硅酸盐水泥”的有关规定 。 裹l 水泥熟料的矿钧组成和化学成分 砚% ) C o S 邸 以 C湖 5 1仇 AI八 Fe八 Cao Mgo f- Ca o Lo ss R拼 5 5 . 54 2 1 . 64 3 . 8 5 16 . 6 7 2 1 . 17 5 13 5 . 5 5 6 1 . 27 3 . 90 0 . 6 3 0 . 5 1 0 . 54 注 : * R : 0 = N a , o + 0 .6 5 8 K : 0 水泥物理力学性能位脸摘果 名称 安定性 细度(%) 凝结时间 (h : 耐n) 初凝 终凝 抗压强度(饰a ) 抗折强度(饰a) 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d 52 5中热水泥 GB 2 0 0 一 8 9国标 合格 合格 4 . 7 2 : 5 0 4 : 10 2 6 . 9 39 . 0 ( 12 ) 6(ha i n 簇 12 h ) 2 0 . 6 ) 3 1 . 4 ) 52 . 5 5 . 18 ) 4 . 1 ) 5 . 3 2. 2 粉煤灰 试验采用安徽省淮南平坪电厂的粉煤灰 , 粉煤灰 的化学成分列于表 3 , 粉煤灰的品质检验结果列于 表 4 。 试验结果表 明 , 粉煤灰 的 品质满 足 国标 G B 1 59 6 一91 ”用于水泥和混凝土中的粉煤灰 ,’I 级粉煤 灰的技术指标 。 粉燕灰的化学成分 【% ) 粉煤灰品种 平好粉煤灰 5 7 . 2 8 Al八 33 . 5 4 Fe : 0a 2 . 44 Mg o 0 . 5 8 S仇 Lo ss 0 、 14 1 . 3 9 2 0 CO月L 月况泞 亡召刃丫峨 6 12 0 0 5 粉焦灰的品质检脸结果 (% ) 品质指标 细度(45 p .筛余) 需水量比 烧失量 含水量 28 d强度比 阳1596 一9 11级灰 平坪粉煤灰 ( 12 7 . 8 ‘9 5 蕊5 续 1 9 1 0 . 5 (1 S氏 〔3 〕7 5 8 5 . 5 2. 3 矿渣粉 采用武汉钢铁公司的矿渣 , 加工磨细 , 矿渣粉的 比表面积为50 0 m 2 / k g 。 矿渣粉的化学成分列于表5 。 衰 5 矿涪的化学成分 (% ) Cao A1 2氏 Fe20 : 5 1仇 Mg() S仇 K刃 N动 Lo s s 3 4 . 6 7 14 . 6 0 1 . 7 2 3 3 . 6 7 9 . 8 9 1 . 9 5 0 . 6 5 0 . 2 7 2 . 3 8 矿渣粉的活性可用碱度b来评定 : b = 全旦上业竺丛鱼 一丝二竺土全旦全业生旦一 1 . 76及口2 33 . 6 7 当b > 1 . 4时 , 矿渣微粉的活性较高 , 本次试验所 用的矿渣微粉的碱度为1 . 7 6 , 化学成分属高活性范围。 3 水化热试验 水泥的水化反应是一个放热反应 , 裹 6 水泥水化放热 的周期很长 , 但大部分热量是 3 d 以内 , 特别是在水 泥浆发生凝结 、 硬化的的初期放出 , 这与水泥水化的 加速期基本一致 。 影响水泥水化的因素很多 , 凡能加 速水化的各种 因素 , 均能相应提高放热速率 。 对葛洲坝水泥厂生产的5 25 中热水泥用蓄热法进 行了掺矿渣粉 、 粉煤灰及双掺矿渣粉和粉煤灰的水化 热试验 , 试验结果列于表6 。 以不掺任何混合材的中 热水泥各龄期的水化热为基础 , 计算出不同龄期水化 热降低率也列于表6 。 不同矿渣粉掺量 、 不同粉煤灰 掺量的水泥水化热与龄期的关系曲线如图 1 一 图3所示 。 由表6及图1 一 图3可以看出 , 矿渣粉 、 粉煤灰的 掺人 , 大大降低了水泥水化热 , 特别是早期水化热 ; 这是由于粉煤灰的火山灰反应迟缓 , 发热速率较低 ; 用矿渣粉 、 粉煤灰等量取代水泥 , 可使顶峰温度显著 降低 , 达到顶峰温度向后推迟 。 水泥胶砂的水化热及水化热降低串 5 2 5中热 水泥件) 矿渣微粉 掺量 (%) 粉煤灰 掺量 (%) 不同龄期水化热量 (k J/ k g )/水化热降低率(吩 l d Zd 3d 4 d sd 6 d 7 d 16 2 / 0 14 3/ 1 1 . 7 1 1 5/ 2 9 . 0 1 12 / 3 0 . 9 8 2 / 4 9 . 3 6 7/ 5 8 . 6 2 5 / 2 2 . 8 10 5/ 3 5 . 2 10 2 / 3 7 . 0 8 8 / 4 5 . 7 72 / 5 5 . 6 13 6 / 16 . 0 10 7 / 3 3 . 9 10 1/ 3 7 . 7 8 5 / 4 7 . 5 7 2 / 5 5 . 6 2 0 5 / 0 18 6 / 9 . 3 16 8 / 18 . 0 16 0 / 2 1 . 9 12 5 / 3 9 . 0 1 10 / 4 6 . 3 16 8 / 18 . 0 14 7 / 2 8 . 3 14 0 / 3 1 . 7 1 18 / 4 2 . 4 9 9 / 5 1 . 7 19 3 / 5 . 9 15 0 / 2 6 . 8 14 7 / 2 8 . 3 13 3 / 3 5 . 1 1 19 / 4 2 . 0 2 2 8 / 0 2 02 八 1 . 4 1 90 / 16 . 7 18 1/ 2 0 . 6 14 8 / 35 . 1 134/ 4 1 . 2 19 8 / 13 . 2 1 7 1 / 2 5 . 0 15 8 / 3 0 . 7 1 34 / 4 1 . 2 10 9 / 5 2 . 2 2 0 9 / 8 . 3 1 75 / 2 3 . 2 1 73 / 2 4 . 1 15 8 / 3 0 . 7 14 5 / 3 6 . 4 2 5 1 2 4 1 / 0 2 18 / 9 . 5 2 10 / 1 2 . 9 1 98 / 1 7 . 8 16 1 / 3 3 . 2 1 5 0 / 3 7 . 8 2 1 3 / 1 1 . 6 18 7 / 2 2 . 4 1 69 / 29 . 9 14 2 / 4 1 . 1 11 5 / 5 2 . 3 2 3 0 / 4 . 6 1 9 0 / 2 1 . 2 1 9 5/ 1 9 . 1 1 8 1 / 2 4 . 9 1 60 / 3 3 . 6 2 5 2/ 0 2 2 5 / 1 0 . 7 2 18 / 13 . 5 2 0 7/ 1 7 . 9 17 3/ 3 1 . 1 1 6 1/ 3 6 . 1 2 2 4/ 1 1 . 1 2 0 1 / 2 0 . 2 1 78 / 29 . 4 1 4 8/ 4 1 . 3 12 0 / 5 2 . 4 2 4 0/ 4 . 8 2 0 5/ 18 . 7 2 1 0/ 16 . 7 1 9 5/ 22 . 6 1 74 / 3 1 . 0 2 58 /0 2 3 2 / 10 . 1 2 2 7 / 1 2 . 0 2 14 / 1 7 . 1 18 4 / 2 8 . 7 1 6 6 / 3 5 , 7 2 3 5 / 8 . 9 0 2 1 2 / 1 7 . 8 1 8 7 / 2 7 . 5 15 3 / 40 . 7 12 4 / 5 1 . 9 24 8 / 3 . 9 0 2 15 / 16 . 7 22 4 / 13 . 2 20 9 / 19 . 0 1 86 2/ 7 . 9 2 6 1/ 0 2 3 5 / 10 . 0 2 3 1/ 1 1 . 5 2 2 0 / 15 . 7 18 9 / 2 7 . 6 17 1/ 3 4 5 2 4 4 / 6 . 5 2 2 1/ 15 3 19 5 / 2 5 . 3 16 0 / 3 8 . 7 12 8 / 5 1 . 0 2 5 8 / 1 . 1 2 2 5 / 13 . 8 2 3 5 / 9 . 9 2 19 / 16 . 1 19 4 / 2 5 . 7 2 9 3 n”几U几Un”n甘 nC”n甘ƒ””n”q‘内0CUA几q† OD通占”匕九匕月了,‘Ž,二,‘9曰n‘ 03040506070000001824303642100706050403070605040307060504030 ... 一~ ~ - - 卜一 .一一奋奋... / 产二蓦毛法辈州州万万芬异长二‘月二二二二二辫辫二六羹羹羹羹羹羹羹羹羹羹羹羹羹羹~~~~~~~~~~~ 心~ 不 . 祖合材材然然扮之之 叫. ~ 拍犷泣傲粉 30勺勺-----------自~ 铆矿摘. 粉‘旅旅~~~~~ 目~ 拍矿吐. 粉石偏偏~~~~~ . 卜 仲矿曲. 粉 6政政,,, 川卜 . 臼旧‘浪橄肠 ,璐璐 一~ 一一- ~ 叫.一一一 . . . . . . . . . . . . . . . . . 曰 . . 匀 . . . . . . . . . . . . . . . .3 00 r一一 ~一 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ , ~ 6 ~25020Oƒ的认„喇成滚节... 一一叫卜一 .一今今￡￡‘二二二尸七点君君产产拿瓤瓤瓤瓤瓤瓤瓤瓤瓤瓤瓤瓤瓤~~~~~ 今 . .粉烧灰扭盆 OOOOOOO..... 闷. ~ 肠嫂灰娜t 3璐璐璐一一一一一一粉裸灰妇且4俄俄俄俄麟麟卜一一 - 洲, 粉燕灰协t 与璐璐璐----------- . 卜粉娜灰抽t 右时时时时~~~~~ . . 粉住灰公且7流流流 250翔冈阴ƒ切\f„菜书牟训 ! 2 3 4 5 6 7 8 龄期 ( d ) 圈1 52 5 中热水泥拍粉燃灰水化热与幼期关系曲跳 1 2 3 4 6 6 了 目 龄期 ( d ) 5 2 5中热水泥拾矿涟徽粉水化热与龄期关系曲线 (下转第2 5 页) 6 / 2 0 0 5 粉煤灰 2 1 效应 ; 掺人粉煤灰 , 水泥胶砂早期强度降低 , 后期强 度增加较快 。 随着粉煤灰掺量的增加 , 其吸水率呈减 少的趋势 , 这有利于抗渗性 的提高 ; 2) 粉煤灰 比表面积增加 , 水 泥砂浆流动性增加 ; 在水胶 比和粉煤灰掺量相同的条件下 , 粉煤灰比表面 积愈大 , 水泥胶砂的强度愈高 , 吸水率也愈小 。 参考文献 【1] 黄莹 . 粉煤灰掺量和细度对PC一FA体系水化硬化性能的影响 . 中 南大学硕士论文 , 2 0 0 3 . 〔2〕吴中伟 廉慧珍 . 高性能混凝土 . 北京 : 中国铁道出版社 , 19 9 9. 〔3] 蒲心诚 , 王勇威 . 高效活性矿物掺料与混凝上的高性能化 . 混凝 土 , 2 0 0 2 , (2 ) : 3 ~ 6 . 【4] 肖佳 , 周士琼 , 徐亦冬 . 《粉煤灰》 , 硅灰对水泥胶砂性能影 响的试验研究 . 《混凝土 》 , 2 0 0 3 , (8 ) : 2 8 ~ 3 6 【5] 冯乃谦 . 高性能混凝土 . 北京 : 中国建筑工业出版社 , 1 9 9 6 . 【6] 冯乃谦 , 石云兴 , 赫挺宇 . 矿物质超细粉对水泥浆体的流动性 和强度的影响 . 山东建材学院学报 , 19 9 8 , 1 2 (3) : 103 ~ 10 9 〔7〕周啸尘 , 王新友 . 粉煤灰对高性能混凝土工作性的影响. 《粉煤 灰综合利用》 , 2 0 0 3 , (2 ) : 2 7 ~ 3 0 . 〔8] 黄煌缤 , 陈剑雄 . 论混凝土的坍落度损失 . 四川建筑科学研究 , 2 0 0 2 , 2 8 (3 ) : 5 1 ~ 5 4 〔9 」中南大学 . 粉煤灰复合超细粉的开发利用研究(国家重点科技项 目 (攻关 ) ) 长沙 : 2 0 0 2 . 【10 〕钱觉时 . 粉煤灰特性与粉煤灰混凝土 . 北京 : 科学出版社 , 2 0 02 . A b stra e t : 1 ’ h is P a Pe r eo n e en tr ate s o n th e in fl u en e e o f the a m o u n t a n d fi n e n e s s o f fl y a sh an d e u rin g a g e o n th e Pr o Pe r tie s , su e h a s fl o w a b ility, stre n g th a n d a b so 印tio n , 。f e e m en t m o rta r U n d e r the e o n d itio n o f th e a b o v e fa e to r s , the ru le o f fl y a sh 15 g a in e d . T h e r e su lts sh o w tha t its fl o w a b ility in c re a s e s a n d its w ate r a m o u n t n ee d e d d e er e a se s w ith th e in e r e a sin g e o n te n t o f fl y a s h o r sPe c ifi e su r fa e e a r e a , tha t 15 to sa y , fl y a sh h a s g o o d p la stie iz in g effe e t : w ith th e in e r e a s in g e o n te n t o f fl y a sh its str e n g th d e e r e a s e s a t ea rly a g e a n d in e re a s e s fa ster late r , its w ate r ab so rPtio n d e ere as e s an d its P e rm e a b ility in er e as e s : th e lar g e r the sP e e ifi e su rfa c e a re a o f fl y a sh 15 , th e h ig he r th e str e n g th o f e e m e n t m o rta r a n d th e sm a lle r th e w ate r a b so rp tio n o f ee m e n t m o rt a r w illb e . K ey w o rd : fl y a sh : stre n g th ; fl o w ab ility ; a b s o rp tio n 作者简介 :肖佳 ( 19 6 4一 , 女 , 中南大学土建学院副教授 。 收稿 日期 :2 0 0 5 一0 5 一 1 3 (上接第21 页 ) 表 7 水泥 掺量 (%) 掺矿渣微粉 (粉煤灰 ) 水泥水化热与龄期关系曲线 矿渣粉 掺量 (% ) 粉煤灰 掺量 (%) Q 二 塑二 n 十 了 5oooƒ的\卜„ 咧撼乏: 50 牟书 , 。。 2 3 4 5 6 7 8 龄期 ( d ) 图3 5 2 5中热水泥掺矿渣微粉及粉煤灰水化热与龄期关系曲线 胶凝材料水化热与龄期 的关系 , 可以用双 曲线 拟合 : 式中 Q = 卫二 n + r Q一胶凝材料水化热 ( kJ/k g ) ; t一龄期 ( d ) ; m 一最终水化热 ( Jlg ) ; n一最终水化热发展到一半时所经历的时间 (d) 。 经曲线拟合 , 不 同矿渣粉 、 粉煤灰掺量 的水泥 水化热与龄期的关系式列于表7 。 4 结论 水泥的水化热随龄期的增长而增加 , 随矿渣粉 、 粉煤灰掺量的增大而降低 。 矿渣粉和粉煤灰都具有 较高的活性 , 并会产生一定的水化热 , 但其水化热比 水泥水化热要低 ; 用矿渣粉 、 粉煤灰等量取代部分水 泥 , 胶凝材料的水化热就会降低 , 但降低的幅度不完 m fl r * 10 0 0 0 29 2 . 8 0 . 8 3 6 1 . 0 00 7 0 3 0 0 2 64 . 2 0 . 8 6 2 1 . 0 00 6 0 4 0 0 2 7 7 . 2 1 . 3 5 1 . 0 00 5 0 5 0 0 2 60 . 9 1 . 3 0 1 . 0 0 0 4 0 6 0 0 2 4 0 . 6 1 . 9 1 1 . 0 00 3 0 7 0 0 2 2 8 . 3 2 . 2 1 0 . 9 98 7 0 0 3 0 29 0 . 2 1 . 4 1 1 . 00 0 6 0 0 4 0 2 7 1 . 4 1 . 7 0 0 . 99 9 5 0 0 5 0 22 7 . 7 1 . 3 0 0 . 99 9 4 0 0 6 0 18 2 9 1 . 1 1 1 . 00 0 3 0 0 7 0 1拓 . 1 1 . 0 0 1 . 00 0 7 0 1 8 12 29 9 . 5 1 . 2 0 0 . 99 9 6 0 2 4 16 2 75 . 3 1 . 6 8 0 . 99 9 5 0 3 0 2 0 3 02 . 7 2 . 13 0 . 99 9 4 0 3 6 2 4 29 6 . 0 2 . 5 2 1 . 00 0 3 0 4 2 2 8 2 6 5 . 3 2 . 5 8 0 . 99 9 注 * r为相关 系数 全与矿渣粉 、 粉煤灰的掺量成比例。 在掺量相同的条 件下 , 矿渣粉与粉煤灰联合掺用的胶凝材料水化热最 高 , 单掺矿渣粉的胶凝材料水化热次之 , 单掺粉煤灰 的胶凝材料水化热最低 , 也就是说 , 单从降低胶凝材 料水化热的角度而言 , 掺粉煤灰的效果最好 , 掺矿渣 微粉次之 , 矿渣粉与粉煤灰联合掺用效果最差 。 收稿日期 : 2 0 0 5 一0 6 一 1 5 6 / 20 0 5 粉煤灰 2 5