无机非金属材料专业毕业论文-粉煤灰对水泥砂浆性能的影响研究.doc

河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要摘要砂浆是建筑工程中用途较广的一种材料，而粉煤灰是工业废渣之一，本文就水泥砂浆中掺入不同掺量的粉煤灰后其强度改变情况进行研究。粉煤灰作为掺合料直接用于砂浆中，能改善砂浆的强度指标及其他性能，节约原材料，利用粉煤灰降低砂浆成本，减少环境污染。既有经济价值，又有社会效益。为了研究粉煤灰掺量对砂浆强度的影响，采用0.45、0.7两种不同的水胶比，分别以0%，10%，20%，30%和40%的粉煤灰掺量配制砂浆，测定流动度后，在不同龄期进行强度对比试验。结果表明：当水胶比一定时，随粉煤灰掺量的增加，对砂浆的流动性起到一定的改善作用；掺粉煤灰的水泥砂浆的早期强度会随着粉煤灰掺量的增加而降低，但其后期强度随着龄期的增长会逐渐提高并超过未掺粉煤灰的砂浆强度。在本文的试验条件中，得到粉煤灰砂浆获得最大强度对应的粉煤灰掺量在30%左右。关键词：砂浆、粉煤灰、强度、龄期ABSTRACTMortar is an building engineering wider using a kind of material, and fly ash is one of industrial waste, the cement mortar with different proportion of fly ash on the strength of the change. Fly ash as admixtures directly for mortar, can improve the strength of the mortar index and other properties, save raw materials, by using fly ash reduce mortar costs, reduce the pollution of the environment. Both economic value, and social benefits. In order to research the fly ash content effect on the strength of mortar, use 0.45, 0.7 two different water-binder ratio, respectively by 0%, 10%, 20%, 30% and 40% of the fly ash content preparation mortar, determine the fluidity, strength in different age contrast test.The result shows: when water-binder ratio must be, with the increase of the fly ash content, the liquidity of mortar plays a certain role to improve; The mixed fly ash cement mortar early strength of will with the fly ash content and reduce the increase, but the post strength with the growth of the age will gradually improve and more than those of the mineral coal fly ash mortar strength. In this paper the experimental conditions, get maximum intensity corresponding for fly ash mortar of the fly ash content at about 30%.Key words：Mortar, Fly ash , Strength, Age 目录摘要I第1章 绪论41.1 前言41.2 粉煤灰简介21.3 研究背景及意义61.4 国内外研究现状61.5 本课题主要研究内容及思路7第2章 试验材料、设备及试验方法92.1 试验材料92.1.1 水泥92.1.2 细骨料92.1.3 粉煤灰102.1.4 水102.2 试验设备102.3试件制备与试验结果11第3章 粉煤灰对水泥砂浆性能的影响133.1 粉煤灰对砂浆流动度的影响133.2 粉煤灰掺量对砂浆强度的影响143.2.1 相同水胶比时粉煤灰掺量对水泥砂浆强度的影响143.2.2 相同粉煤灰掺量时不同水胶比对水泥砂浆强度的影响17结论18参考文献19致谢21IV河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论1 绪论1.1 前言 我国是个产煤大国，电力工业目前80%的发电量仍由燃煤产生，一般平均每发电1万千瓦每小时，排灰约1万吨。近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为 7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，到2010年达到近4亿吨。当前，随着全国性的电能紧缺，燃煤电厂仍在大量的建设中，仅山西近几年新(扩) 建燃煤电厂的总装机容量将达到1000 万千瓦。可以肯定，随着我国发电量增加，粉煤灰的产量和贮存量必将进一步增大。粉煤灰大量的排放和堆存，增加了电力建设的投资，增大了电力生产的成本，占用大量的土地，加重了对环境的污染，不仅严重制约了我国电力工业本身的发展，而且也影响到国民经济的可持续增长，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。因此，粉煤灰的充分利用是一项紧迫而又长期的任务1。粉煤灰又称飞灰, 火力发电厂燃煤锅炉随烟气排出的细颗粒废渣，以SiO2和Al2O3为主要化学成分,含有少量CaO, 是一种火山灰质混合材料。其中某些褐煤燃烧而得的粉煤灰, 除SiO2、Al2O3以外, 一般还含有10%以上的CaO, 本身便有一定的水硬性, 是一种不可多得的活性火山灰质混合材料。由于粉煤灰具有多方面的良好特性, 加之货源广泛、取材容易、价格低廉和使用方便, 所以为建材和建工等行业广泛应用2。在建筑工程中应用最为普遍的是掺用于混凝土和砂浆中。而砂浆又是混凝土中的必不可缺的成分，因此研究粉煤灰掺用于混凝土和砂浆可着重于粉煤灰对于砂浆的性能影响。砂浆是建筑工程中用途较广的材料,由胶结料、细集料、掺加料和水配制而成,在建筑工程中起黏结、衬垫、传递应力和装修作用3。砂浆可分为砌筑砂浆和抹灰砂浆,按配合成份可分为三种,即水泥砂浆,混合砂浆,非水泥砂浆。水泥砂浆是由水泥、细集料和水配制而成。主要用于各种墙体砌筑工程和内外墙面、台阶、踢脚、窗口、沿口、勒脚、地面及墙体勾缝装修工程。混合砂浆是由水泥、细集料、掺加料和水配制而成。主要用于地上的墙体砌筑工程和抹灰工程。非水泥砂浆(配合成份中不含水泥的砂浆)是由石灰膏、细集料和水配制而成。主要用于地上内墙抹灰工程。砂浆强度等级有M20,M15,M10,M7.5,M5,M2.5。掺入了粉煤灰的砂浆称粉煤灰砂浆(粉煤灰水泥砂浆,粉煤灰水泥混合砂浆,粉煤灰石灰砂浆)4。工程实践中, 常掺入粉煤灰等掺合料, 虽然粉煤灰的活性比水泥低, 但有着良好的保水性能和抑制干缩的作用, 在水泥砂浆中可起改善和易性、力学性能和抑制收缩等作用。强度是砂浆性能的一项重要指标，众多的研究实践表明，粉煤灰对水泥基材料强度有较大的影响，其影响程度与粉煤灰本身性质、粉煤灰的掺量、水胶比等诸多因素有关。1.2 粉煤灰简介 煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而煤粉中的不燃物(主要为灰分)大量混杂在高温烟气中。这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒。在锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾。随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰5。 粉煤灰的主要来源是以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉，其中90%以上为湿排灰，活性较干灰低，且费水费电，污染环境，也不利于综合利用。为了更好地保护环境并有利于粉煤灰的综合利用，考虑到除尘和干灰输送技术的成熟，干灰收集已成为今后粉煤灰收集的发展趋势6。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。粉煤灰的元素组成(质量分数)为：O 47.83%，Si 11.48%31.14%，Al 6.40%22.91%，Fe 1.90%18.51%， Ca 0.30%25.10%，K 0.22%3.10%，Mg 0.05%1.92%，Ti 0.40%1.80%，S 0.03%4.75%，Na 0.05%1.40%，P 0.00%0.90%，Cl 0.00%0.12%，其他0.50%29.12%。表 2.4 我国电厂粉煤灰化学组成如表 %成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O烧失量范围34.3065.7614.5940.121.50 6.220.4416.800.20 3.720.00 6.000.10 4.230.02 2.140.6329.97均值50.828.16.23.71.20.81.20.67.9 有些国家标准中规定SiO2+Al2O3+Fe2O3含量是评定粉煤灰在应用中的主要指标，如美国的粉煤灰标准（ASTMC-618）规定，低钙粉煤灰（F级粉煤灰）中SiO2+Al2O3+Fe2O3须占化学成分总量的70%以上，高钙粉煤灰（C级粉煤灰）中SiO2+Al2O3+Fe2O3须占50%以上。SiO2和Al2O3是铝硅酸盐的主要成分，当然应多些好，尤其是SiO2的成分应有保证，Fe2O3对降低粉煤灰的熔点有好处，也就是对形成粉煤灰玻璃微珠有利7。含铁玻璃微珠具有一定的活性，即使含铁较高的富铁微珠活性较低，它对砂浆的减水作用也是有贡献的，对强度、密实性、稳定性也有贡献。粉煤灰形成过程: 第一阶段 粉煤在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔型炭粒。此时的煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔型性，使其表面积更大。 第二阶段 伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同，但比表面积明显地小于多孔炭粒。 第三阶段 随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒，其孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为一密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。最后形成的粉煤灰(其中80%90%为飞灰，10%20%为炉底灰)是外观相似，颗粒教细而不均匀的复杂多变的多相物质。飞灰是进入烟道气灰尘中最细的部分，炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒，或是炉渣。这些东西有足够的重量，燃烧带跑到炉子的底部8。粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的，比较复杂。在显微镜下观察，粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃碳组成的一个复合结构的混合体。混合体中这三者的比例随着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等；玻璃体包括光滑的球体形玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规则的玻璃体球等；未燃碳多呈疏松多孔形式。粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反应9。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这也决定了其物理性质的差异也很大。粉煤灰的基本物理性质见表2.5表 2.5 粉煤灰物理性质项目密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）比表面积(cm2/g)原灰标准稠度/%需水量/%28天抗压强度比/%氮吸附法透气法范围1.92.90.5311.261800195001180653027.366.7891303785均值2.10.7803400330048.010666粉煤灰是以颗粒形态存在的，且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。人们通常将其形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。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、碳粒、不规则玻璃体和多空玻璃体等五大品种。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的。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，易黏附其他碎屑，密度较小，熔点比其他微珠偏低，其颜色由乳白至灰色不等。在扫描式电子显微镜下可以比较容易地观察到不规则玻璃体的存在。渣状颗粒包括海绵状玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和粘聚颗粒等五大品种。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10。粉煤灰在砂浆中的效应和作用主要有 形态效应 所谓形态效应，泛指各种应用于砂浆中的矿物质料，由其颗粒的外观形貌、内部结构、表观性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。由于粉煤灰中大量微粒的作用，不仅可降低砂浆的需水量，改善砂浆的初始结构，还能促使或帮助砂浆中水泥颗粒均匀分散，扩大了水泥的水化空间和水化产物的生成场所，从而促进水泥的水化反应。大量的应用实践表明：粉煤灰形态效应的正效应占极大优势，而负效应可以通过一定的手段加以抑制和克服。日本的山崎宽司提取出了“粉煤灰效应”的概念，认为由于粉煤灰微粒的作用，使水泥浆体中水泥颗粒均匀分散，扩大了水泥水化空间和水泥水化产物的生成场所，从而促进了初期水泥水化反应。“解絮”作用是粉煤灰分布于浆体之中的颗粒的物理效应，可用来解释为什么粉煤灰能直接影响硬化中砂浆的初始结构。 活性效应 粉煤灰、火山灰活性是指其所含的硅酸铝质玻璃体在常温和有水条件下与Ca（OH）2发生活性反应，并生成具有胶凝性水化物的能力。其活性效应就是指的这种粉煤灰成分所产生的效应。在粉煤灰玻璃体微粒表层生成的火山灰反应产物，与水泥化物类似，这种水化物交叉连接，对促进砂浆强度增长起了主要作用。粉煤灰的活性效应也称为火山灰效应，这是因为粉煤灰活性效应包括粉煤灰的火山灰性和自硬性，如从水泥化学的观点来认识粉煤灰，粉煤灰的活性主要是指火山灰物质参与石灰、水泥矿物以及硅酸盐水泥之间水化反应的能力，即粉煤灰中的活性SiO2，Al2O3成分与石灰（CaO）、水泥、水拌和后析出石灰（Ca（OH）2）之间进行化学反应的能力，如将粉煤灰作为胶凝组分，这种效应即是很重要的基本效应。 粉煤灰活性效应取决于活性组分的类别、含量、结构性质、化学反应过程、反应速度、水化机理、水化产物、数量、结构和性质等，低钙粉煤灰的活性成分是玻璃体，它的活性效应主要是火山灰效应，高钙粉煤灰的活性成分则是富钙玻璃体和一些具有胶凝性的矿物，它的活性效应包括一些属于结晶矿物的水化反应，也有火山灰效应。 微集料效应 粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料一样，这样的硬化浆体就称作“微砼”。对粉煤灰的颗粒和水泥浆间水泥紧密处的显微研究证明，随着水化反应的发展，粉煤灰和水泥浆体的界面接触越趋紧密。在界面形成的粉煤灰水化胶凝的显微硬度大于水泥胶凝。粉煤灰颗粒在水泥浆体中分散状态良好，有助于砂浆空隙和毛细孔的充填和细化。这是因为水泥浆体中水泥熟料尚未水化的内芯称原始的微集料，与水泥胶凝比较，熟料颗粒本身强度较高，且与胶凝结合后强度也很高，所以，可以认为“微砼”是经熟料增强的复合材料。在水泥浆体中掺加矿物质粉料，也可取代部分水泥熟料，矿物质粉料也能起到微集料的作用，这样节约了水泥，也就节约了能源。粉煤灰掺入砂浆中增强强度特别是后期强度，其中有粉煤灰的微集料效应做出的贡献，表现在：玻璃微珠本身强度很高；微集料效应明显地增强了硬化浆体的结构强度；粉煤灰的微粒在水泥浆体中分布状态良好，改善了新拌砂浆和硬化砂浆的均匀性，填充了孔隙和毛细孔，起到了密实的作用。粉煤灰的上述三种基本效应是相互联系和相互影响的，粉煤灰效应则是在一定条件下三种基本效应共同作用的总和11。1.3 研究背景及意义粉煤灰是一种颗粒非常细以至能在空气中流动并能被特殊设备收集的粉状物质。我们通常所指的粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出、被收尘器收集的物质。粉煤灰呈灰褐色，通常呈酸性，比表面积在25007000cm2/g，尺寸从几百微米到几微米，通常为球状颗粒，其主要成份有二氧化硅SiO2、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、五氧化二铁、三氧化硫、未烧尽的碳等,按化学成份含量可分为硅铝型粉煤灰(二氧化硅和三氧化二铝含量超过70%,氧化钙含量2%6%)和高钙型粉煤灰(氧化钙含10%40%)。由于煤粉各颗粒间的化学成分并不完全一致，因此燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的冷却过程中，形成了不同的物相。比如:氧化硅及氧化铝含量较高的玻璃珠在铁矿中，另外，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却速度有关。一般来说，冷却速度较快时，玻璃体含量较多;反之，玻璃体容易析晶12。可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物，其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50%以上。粉煤灰具有火山灰活性,但本身并无胶凝性,只有在碱性的激发下才具有活性13。粉煤灰是排放量最大的一种工业废料，在所有燃煤副产品中占有绝对大的比例，并且随世界各国对环境要求的提高、收集技术的发展和大量低级煤的使用，粉煤灰的排放量增长速度非常快。粉煤灰是一种放错地方的资源，粉煤灰可用作水泥、砂浆、混凝土的掺合料，并成为水泥、混凝土的组分，粉煤灰作为原料代替黏土生产水泥熟料的原料、制造烧结砖、蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、空心砌砖、烧结或非烧结陶粒，铺筑道路；构筑坝体，建设港口，农田坑洼低地、煤矿塌陷区及矿井的回填；也可以从中分选漂珠、微珠、铁精粉、碳、铝等有用物质，其中漂珠、微珠可分别用作保温材料、耐火材料、塑料、橡胶填料14。 1.4 国内外研究现状我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用15。20世纪70年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深入，应用方面也有了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐。目前，对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究，特别是着重要资源化研究和开发利用16。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。国内外粉煤灰综合利用工作与过去相比较，发生了重大的变化，主要表现为：粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用；粉煤灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发展到目前的在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径17。因此在我国及国外众多建筑施工中用粉煤灰掺入水泥砂浆代替一部分水泥，不仅节约水泥达到经济效益，并且做到废物的综合利用。粉煤灰砂浆主要用途为砌筑砂浆和抹面砂浆。粉煤灰是一种用途非常广泛的工业副产品，国内外关于粉煤灰的性能与应用研究非常广泛。研究表明，粉煤灰是一种优良的颗粒性复合材料组分，能为改善增强砂浆的性能做出很大的贡献18。1.5 本课题主要研究内容及思路关于粉煤灰掺量对于水泥砂浆强度的影响已经有大量业内人士进行研究，但是由于地区不同粉煤灰成分也会有所区别。本课题就南阳市金晖水泥厂生产水泥时所掺用的粉煤灰对于水泥砂浆强度的影响进行研究。主要研究内容是同等级强度的水泥砂浆配比中掺入不同掺量的粉煤灰经养护后在不同龄期时的强度对比而得出因粉煤灰掺量的不同而对水泥砂浆的强度造成的影响。本课题主要采用在相同条件的水泥砂浆中掺入控制变量的粉煤灰经相同条件养护后测其强度，得到强度参数在进行数据对比分析得出结论。 采用对比试验，对于不同粉煤灰掺量的水泥砂浆进行强度试验。（1） 整理所需材料：42.5普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、河砂、自来水；（2） 利用上述材料采用相同水胶比制成水泥砂浆分别掺入掺量为0%、10%、20%、30%、40%的粉煤灰制样，试样尺寸40mmx40mmx160mm，每种掺量制样3件并放入养护箱中养护；（3） 试样在养护24小时后拆模，继续养护；（4） 分别在3d、7d、14d和28d时对试样进行强度试验并记录数据；（5） 对于试验结果进行分析，得出结论。8河南城建学院本科毕业设计（论文） 试验材料、设备及试验方法2 试验材料、设备及试验方法2.1 试验材料2.1.1 水泥 南阳市金晖水泥厂生产的P.O42.5 普通硅酸盐水泥，其物理性能及化学组成分别如表 2.1 和表 2.2 所示。表 2.1 水泥的物理性能凝结时间（min）安 定 性抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）比表面积(cm2/g) 密度(g/cm3)初凝终凝3d7d14d28d3d7d14d28d125175合格3.44.45.86.721.528.937.142.640103.10表 2.2 水泥的化学组成化学组分SiO2SO3 Fe2O3 Al2O3 CaOMgO烧失量百分率/%21.203.013.465.5558.680.860.89 2.1.2 细骨料 细骨料选用当地市场的河砂，细度模数 MX=1.9，含泥量为 0.4%，堆积密度1380kg/m3，表观密度 2680kg/m3。颗粒级配如下表2.3表 2.3 砂的筛分试验筛孔尺寸（mm）筛余量（g）分计筛余（%）累计筛余（%）4.7512a1=0.04A1=0.042.364.8a2=1.00A2=1.041.1819.3a3=4.28A3=5.320.673.1a4=17.16A4=22.480.3246.6a5=52.22A5=74.700.15129.4a6=20.86A6=95.560.07519.20.0755.72.1.3 粉煤灰 本试验采用南阳市镇平火力电厂产生的粉煤灰，为级粉煤灰。2.1.4 水 拌制砂浆用的水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。一般来说，PH4的普通水即可使用19。在砂浆工作性能满足的前提下，用水量应尽量降低。本试验采用当地自来水，PH=7.4。2.2 试验设备行星式水泥胶砂搅拌机振实台YH-40B型水泥试件恒温恒湿养护箱（温度能保持在201，湿度不低于90%）不锈钢胶砂试模（40mmx40mmx160mm）抗折强度试验机、抗压夹具（40mmx40mm）抗压强度试验机（量程为300KN）量筒（200ml、500ml、1000ml、2000ml）托盘天平（量程：1kg，精度：0.1g）磅秤（量程：500，精度：50g）2.3试件制备与试验结果根据制定的水胶比0.45、0.7计算所需材料，掺入设计试验所用掺量的粉煤灰（0%、10%、20%、30%、40%）取代水泥后在胶砂搅拌机中按要求进行搅拌，测定流动度后经振实台振实后放到养护箱中进行养护，并标明试件其所用水胶比及粉煤灰的掺量。养护24小时后对试件拆模养护，养护箱湿度及温度恒定不变。养护箱温度201，相对湿度大于90%。分别在龄期为3d、7d、14d、28d时取出不同水胶比及不同粉煤灰掺量试件各一件，共8个砂浆试块，对其进行抗折强度试验及抗压强度试验。试验数据记录如下表2.6、表2.7、表2.8、表2.9所示表 2.6 砂浆配比（水胶比为0.45）时的抗压强度FA掺量/%3d龄期抗压强度（MPa）7d龄期抗压强度（MPa）14d龄期抗压强度（MPa）28d龄期抗压强度（MPa）020.3128.6136.5540.431019.5623.5535.8742.512017.8723.0136.4442.683016.0021.8938.3143.624011.6220.5435.2837.44表 2.7 砂浆配合比（水胶比为0.45）时的抗折强度FA掺量/%3d龄期抗折强度（MPa）7d龄期抗折强度（MPa）14d龄期抗折强度（MPa）28d龄期抗折强度（MPa）05.336.216.657.01105.075.476.387.46204.935.296.477.82304.474.976.858.03403.524.565.966.64表 2.8 砂浆配合比（水胶比为0.7）时的抗压强度FA掺量/%3d龄期抗压强度（MPa）7d龄期抗压强度（MPa）14d龄期抗压强度（MPa）28d龄期抗压强度（MPa）016.9420.1525.4632.501011.2518.4720.0128.882010.4412.6621.9829.69309.0611.0223.5432.81407.8612.2818.6729.19表.2.9 砂浆配合比（水胶比为0.7）时的抗折强度FA掺量/%3d龄期抗折强度（MPa）7d龄期抗折强度（MPa）14d龄期抗折强度（MPa）28d龄期抗折强度（MPa）04.544.915.336.78103.024.375.266.35202.914.585.326.47302.774.425.617.15402.613.914.886.2113河南城建学院本科毕业设计（论文） 粉煤灰对水泥砂浆性能的影响3 粉煤灰对水泥砂浆性能的影响 3.1 粉煤灰对砂浆流动度的影响经过砂浆流动度测试仪的测定，试验所用砂浆的流动度情况如下表3.1表 3.1 掺粉煤灰砂浆的流动度/（mm）粉煤灰掺量0%10%20%30%40%水胶比为0.45155158164167169水胶比为0.7243266268270272 从表3.1上可以看出在粉煤灰掺量相同的情况下，水胶比越大粉煤灰砂浆的流动度值越高，而当水胶比一定时粉煤灰砂浆的流动度随着粉煤灰的掺量增加而增加。这些结果表明粉煤灰掺入水泥中，可以提高砂浆的流动度，且随着含量的增加而增大。 一般认为粉煤的加入对砂浆的流动度的改善主要是由于其物理性质的特殊性，主要是其形态效应导致的结果。所谓形态效应，泛指各种应用于砂浆中的矿物质料，由其颗粒的外观形貌、内部结构、表观性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。由于粉煤灰中大量微粒的作用，不仅可降低砂浆的需水量，改善砂浆的初始结构，还能促使或帮助砂浆中水泥颗粒均匀分散，扩大了水泥的水化空间和水化产物的生成场所，从而促进水泥的水化反应。粉煤灰玻璃体微珠颗粒可以起到滚珠作用，降低拌合物的内摩擦力，使其流动度值较未掺粉煤灰砂浆的流动度值大。玻璃微珠越多，流动度值提高越明显。粉煤灰颗粒填充在水泥颗粒之间，有利于改善胶凝材料粉末颗粒的级配、浆体的流动性，从而增加砂浆的的流动度。有研究表明，粉煤灰掺入砂浆中影响其流动度的原因有两个方面。其一是粉煤灰中含有许多球形颗粒玻璃微珠,而水泥颗粒是不规则的几何体,粉煤灰中的这些微珠在水泥颗粒间起到“滚珠”作用,减小水泥颗粒间的相对滑移时的阻力,增大砂浆的流动度;其二是当粉煤灰颗粒细度小于水泥颗粒细度时,粉煤灰颗粒将填充在水泥颗粒之间,改善胶凝材料粉末颗粒的级配,这有利于浆体的流动,从而增大砂浆的流动度。3.2 粉煤灰掺量对砂浆强度的影响3.2.1 相同水胶比时粉煤灰掺量对水泥砂浆强度的影响水胶比为0.45的水泥砂浆掺入不同掺量的粉煤灰后，在不同龄期时其强度经过试验测得的数据如下图3.1和图3.2 图 3.1 粉煤灰掺入对砂浆（水胶比为0.45）抗折强度的影响图 3.2 粉煤灰掺入对砂浆（水胶比为0.45）抗压强度的影响由上图3.1和图3.2中可以看出，水胶比为0.45的砂浆试件掺入粉煤灰后的强度发展在3d龄期时，试件的抗压强度和抗折强度随着粉煤灰含量的增加而降低。掺10%、20%、30%、40%粉煤灰试件的抗压强度比未掺粉煤灰的普通水泥砂浆试件分别降低3.7%、 12.1%、 21.1%、 43.8%。这是因为粉煤灰掺入砂浆后的稀释作用，粉煤灰的增加减少了熟料含量，使砂浆试件的早期强度降低。随着龄期的增长，在7d龄期时，掺入粉煤灰的砂浆试件的强度与未掺粉煤灰的砂浆试件相比还是较低。但是在14d龄期时，掺入粉煤灰的砂浆试件的抗折强度和抗压强度已经与未掺粉煤灰砂浆试件的抗折强度大致持平，而掺30%粉煤灰的砂浆试件的抗压强度就超过了未掺粉煤灰砂浆试件的抗压强度。当龄期达到28d时，掺入10%、20%、30%粉煤灰的砂浆试件的抗折强度和抗压强度均超过未掺粉煤灰的普通砂浆试件，并且掺入30%粉煤灰的砂浆试件强度最高。水胶比为0.7的水泥砂浆掺入不同掺量的粉煤灰后，在不同龄期时其强度经过试验测得的数据如下图3.3和图3.4图 3.3 粉煤灰掺入对砂浆抗折强度的影响（水胶比为0.7）图 3.4 粉煤灰掺入对砂浆抗压强度的影响（水胶比为0.7）由图3.3和图3.4可以看到，水胶比为0.7的砂浆试件掺入粉煤灰后的强度发展。在3d龄期时，试件的抗折和抗压强度随着粉煤灰的掺入有较大的降低情况，并随着粉煤灰含量的增加而降低。当龄期为7d时，掺粉煤灰砂浆的抗折强度迅速提高并接近未掺粉煤灰砂浆的强度，而在抗压强度方面，仅有粉煤灰掺量为10%的砂浆试件的抗压强度接近普通砂浆试件的抗压强度，而其他粉煤灰掺量的砂浆试件的抗压强度提升不大。当龄期为14d时，掺入粉煤灰的砂浆试件的抗折强度水平达到与普通砂浆试件的抗折强度相同的情况，其中粉煤灰掺量为30%的砂浆试件的抗折强度已经超过普通砂浆试件的抗折强度。在抗压强度方面，粉煤灰掺量为30%的砂浆试件的抗压强度接近普通砂浆试件的抗压强度，其它粉煤灰掺量的试件的抗压强度相对较低。当龄期为28d时，掺入粉煤灰的砂浆试件的抗折和抗压强度均接近普通砂浆试件的强度，其中只有粉煤灰掺量为30%的砂浆试件的强度值稍高于普通砂浆试件的强度值，而其它粉煤灰掺量的砂浆试件的强度值较低。经过上述的对比，可以看到掺入粉煤灰后，砂浆的早期强度明显降低，但随着龄期的增加，砂浆的强度逐步提高，并在28d龄期的时候，其强度值均达到普通砂浆的强度值相同水平，并有部分砂浆试件的强度高过普通砂浆试件的强度。主要因为粉煤灰的火山灰效应的影响，粉煤灰中所含的硅酸铝质玻璃体在有水的条件下与水泥熟料水化时生成的氢氧化钙发生活性反应，生成具有胶凝性水化物，这种水化物在结构中交叉连接，促进了砂浆强度的增长。粉煤灰掺量不同的粉煤灰-水泥净浆试件中,氢氧化钙含量随着龄期和粉煤灰掺量的增加而降低。在1d7d龄期间,由于水泥熟料矿物水化产生大量氢氧化钙，氢氧化钙的含量都在不断增加,火山灰反应不明显;而在7d14d龄期间，氢氧化钙含量在减少，说明粉煤灰已经发生火山灰反应,消耗了部分氢氧化钙；28d氢氧化钙含量进一步减少，火山灰反应进一步发生。粉煤灰发生火山灰反应,使水化物的量增加，氢氧化钙含量减少。所以,掺加粉煤灰的砂浆试件的强度在后期有了很大增长。从28d龄期的试件强度来看,水胶比为0.45时，粉煤灰掺量为30%时，强度最高；水胶比为0.75时，粉煤灰掺量为30%时，强度最高。3.2.2 相同粉煤灰掺量时不同水胶比对水泥砂浆强度的影响 由图3.1和图3.3、图3.2和图3.4对比可以看出由于水胶比的不同，水胶比为0.45的砂浆的强度明显高于水胶比为0.7的砂浆的强度。这是因为,粉煤灰在水泥砂浆中除火山灰效应外,还有微集料的填充效应。由于粉煤灰颗粒的粒径比水泥颗粒小,它们填充在水泥颗粒堆聚的间隙中,粉煤灰中又很大一部分不能参与火山灰反应,而是作为有活性表面的微集料填充在硬化后的水泥石中,改善水泥石的孔结构,提高水泥石的密实性,而起到提高强度的作用。当水胶比较小时,粉煤灰的微集料填充作用比较明显;而当水胶比较大时,由于水泥水化后所剩余的水分较多,水泥石孔隙率较大,粉煤灰的量不足以通过微集料填充来明显地改善水泥石的孔结构,因而其作用比水胶比较低时要弱一些。所以,当掺加粉煤灰来制备砂浆时,应采用较低的水胶比,才能是粉煤灰的综合效应得以充分发挥。17河南城建学院本科毕业设计（论文） 结论结论 粉煤灰的掺入降低了砂浆的早期强度,但提高了砂浆的后期强度,尤其是当粉煤灰掺量为30%时,28d龄期时强度最高。 水胶比为0.45时，掺粉煤灰砂浆的流动度较未掺粉煤灰砂浆试件有明显的改善且随着掺量的增大而增大。砂浆试件掺入粉煤灰后其早期强度明显降低，并随着掺量的增大，强度的降低程度越大。随着龄期的增加，掺入粉煤灰的砂浆试件的强度逐步提高，并在28天龄期时强度超过未掺粉煤灰的砂浆试件，其中掺量为30%的粉煤灰砂浆试件的抗折和抗压强度达到最高。 水胶比为0.7时，掺粉煤灰砂浆的流动度较未掺粉煤灰砂浆试件有明显改善且随着掺量的增大而增大。砂浆试件掺入粉煤灰后其早期强度急剧降低，并随着掺量的增大，强度的降低程度越大。随着龄期的增加，掺入粉煤灰的砂浆试件的强度逐步提高，在28天龄期时强度增大明显，其中掺量为30%的粉煤灰砂浆试件的抗折和抗压强度达到最高且超过未掺粉煤灰砂浆试件的强度，而其它掺量的粉煤灰砂浆试件的强度稍小于未掺粉煤灰砂浆试件的强度。