活化剂提高粉煤灰混凝土强度的试验研究

1、活化剂提高粉煤灰混凝土强度的试验研究汪正兰 (安徽建筑工业学院)（打印）提 要本文介绍了使用活化剂提高粉煤灰混凝土强度的试验及其分析。实验中使用的粉煤灰是级灰，在混凝土中的掺量高达50%和60%试验证明活化剂能够显著提高粉煤灰混凝土的早期强度和后期强度。关键词活化剂 粉煤灰混凝土 混凝土强度1 引 言由于技术、经济和环境等方面的原因，在混凝土中掺用粉煤灰现在已经是很普通的事情。在结构混凝土中，粉煤灰取代水泥的允许范围为1530；在非结构用的低强混凝土(例如用于公路底基层的混凝土)中，以更高比例的粉煤灰取代水泥也是可行的。就技术上的原因来说，一般认为，粉煤灰在混凝土中可起三种作用。第一，对普通水

2、泥水化机理和水化动力学的化学影响。开始是减缓C3A的活性，加快C3S水化的进行，后期则是加快C3A本身的反应。第二，在初期的塑性状态和水化过程中对水泥水化物微观结构的物理影响。粉煤灰混凝土泌水量的减少可以改善骨料、浆体间的界面粘结。此外，需水量的减少可以改善水化物的结构，因水泥颗粒的更均匀水化而使得水化物的结构更加密实。第三，在一定时间之后，由于粉煤灰产生的火山灰效应，胶结料增多，因而对混凝土的强度持续增长作出贡献。就经济因素来说，由于粉煤灰的价格比水泥低得多，以及国家对利用粉煤灰在政策上的奖励与扶植，在混凝土中使用粉煤灰一般能够取得很好的经济效益。就环境因素来说，目前粉煤灰仍是排放量最大的固

3、体工业废料，大量粉煤灰是许多发电厂的沉重负担，需要投入大量资金修筑灰坝，或者占用农田，或者直接排入江河湖海，污染环境。另一方面，当以取代水泥为目的而在混凝土中使用粉煤灰时，一个明显的缺点是会降低混凝土的早期强度增长速度，掺量高时尤为显著。因此，在混凝土中掺用粉煤灰时常常需要采取相应的技术措施来克服这一不足。例如掺加早强剂、减水剂或者能够激发粉煤灰活性的其它材料等。本文介绍利用活化剂激发粉煤灰的活性(即提高粉煤灰混凝土的强度)的试验研究。2 原材料2.1 活化剂研究中所使用的活化剂主要由三种组份构成。一是碱组份，也可称为增钙组份；二是硫酸盐组份；三是减水组份，其作用是不会因活化剂的掺入而提高混凝

4、土的用水量，降低水灰(胶)比。2.2 粉煤灰为淮北发电厂凌云电力实业总公司的产品，符合级灰标准，其化学成份和物理性能分别如表1和表2所示。表1 粉煤灰的化学成份成 份 含量 (%)SiO2 49.82Al2O3 35.59Fe2O3 2.03CaO 1.59SO3 0.36Na2O 0.44K2O 0.37烧失量 3.55表2 粉煤灰的物理性能项目 GB1596指标(级) 实测细度(45m方孔筛筛余) 不大于12% 8.6%需水量比 不大于95% 95%含水量 不大于10% 0.4%2.3 水泥2.4 砂砂为舒城产河砂，细度模数2.5，属区中砂。砂的筛分析结果如表3所示。 表3 砂的筛分析筛孔

5、尺寸(mm) 5.00 2.50 1.25 0.63 0.315 0.16 底分计筛余(%) 5 8 5 25 48 7 1.2累计筛余(%) 5 13 18 43 91 98 1002.5 石采用巢糊散兵镇产516mm碎石，其筛分析结果如表4所示。表4 石的筛分析筛孔尺寸(mm) 20 16 10 5 2.5 底分计筛余(%) 2.5 8.8 30.0 42.5 15.0 1.2累计筛余(%) 2 11 41 84 99 1002.6 水自来水3 试 验3.1 试验安排研制本活化剂的目的是用之于提高高掺量粉煤灰混凝土的强度。因而，在设计试验用混凝土的配合比时，采取了低水泥用量、高粉煤灰掺量的

6、试验方案，以便使活化剂激发粉煤灰的性能充分体现出来。混凝土的水泥用量有两种，一种为190kg/m3，另一种为145kg/m3；粉煤灰的掺量也为两种，即分别以水泥用量的50%和 60%。这种混凝土符合一般所说的低水泥用量、高粉煤灰掺量的情况。各编号混凝土的粉煤灰和活化剂掺量如表5所示。 表5 各编号混凝土的粉煤灰和活化剂掺量编号 1# 2# 3# 4#粉煤灰掺量(%) 50 50 60 60活化剂掺量(%) 0 7.5 0 7.5注：1#、2#混凝土的配合比为：水水泥粉煤灰砂石0.921.001.003.496.483#、4#混凝土的配合比为：水水泥粉煤灰砂石1.921.001.504.368.

7、10活化剂的掺量以粉煤灰的重量计。3.2 试验及试件试验按普通混凝土拌合物性能试验方法(GBJ80-85)进行。每组混凝土拌合物成型15块100×100×100mm立方体试块成型24h后脱模，然后于标养室中养护至试验龄期。按普通混凝土力学性能试验方法(GBJ81-85)对试件进行抗压强度试验。 4 结果与讨论4.1 强度试验结果各编号试件的3d、7d、14d、28d和56d等各龄期的抗压强度试验结果如表6所示。4.2 掺和不掺活化剂粉煤灰混凝土的强度发展趋势根据表6中的数据可以将各编号混凝土的抗压强度随龄期的增长情况绘于图1中，从中可以清楚地看出各编号混凝土的强度增长趋势。

8、表6 抗压强度试验结果编 号 1# 2# 3# 4#抗压强度(MPa) 3d 11.4 16.1(141) 8.6 10.9(127)7d 21.9 23.0(105) 13.0 17.9(138)14d 23.6 25.4(108) 15.7 20.4(130)28d 29.5 33.2(112) 20.6 23.1(112)56d 37.2 49.9(134) 30.1 33.4(111)强度增长率 R7/R28 0.74 0.69 0.63 0.71R28/R56 0.79 0.66 0.68 0.69注：括号内的数字是掺活化剂混凝土的强度与不掺活化剂混凝土强度的比率。从表6和图1中都可

9、以看出，不管是掺活化剂还是不掺活化剂的粉煤灰混凝土，其强度都按着大致相同的趋势增长，从图1中可以看出3d7d和28d56d的增长速度较快，而7d28d龄期的强度曲线比较平缓。4.3 活化剂提高粉煤灰混凝土强度的效果表6中的试验结果证明，掺活化剂能够显著提高粉煤灰混凝土的强度。强度提高最大的达到41。前已述及，本活化剂由硫酸盐、氧化钙和减水剂等组份构成。一般认为，这些组份中有些对粉煤灰的活性具有激发作用。其激发机理在于氢氧化钙(氧化钙遇水的水化产物)的直接激发和硫酸盐的间接激发。氢氧化钙激发粉煤灰活性的原 因在于：OH-使粉煤灰玻璃体中Si-O键和Al-O键断裂，提高玻璃体的活性，促进水化反应，

10、而Ca2+参与了物料的反应，生成C-S-H和C3AH6等具有胶凝性的水化产物，并促进水比产物向结构更稳定、强度更高的水化产物的转化。至于硫酸盐的激发作用，则是在氢氧化钙激发的同时，给水化反应提供 SO42-，并与液相中的Ca2+、AlO2-等离子或离子团反应生成钙矾石。因而认为，活化剂提高粉煤灰混凝土强度的原因是因为，由于本试验中使用的粉煤灰氧化钙含量很低(仅1.59)，活化剂中的增钙组份(氧化钙)实际上是增加了粉煤灰的钙含量，这些氧化钙转化成氢氧化钙后和硫酸盐共同产生激发作用，激发了粉煤灰的活性，加速C-S-H凝胶和钙矾石晶体的形成，提高了C-S-H凝胶和钙矾石晶体的整体数量。而在宏观上看就是提高了粉煤灰混凝土的强度。当然，要真正证实上述分析的正确性，尚须进一步进行微观结构分析，这里只是根据已为人们接受的观点简析之。4.4 活化剂的其它效益由于向粉煤灰混凝土中掺入了以粉煤灰重量计为7.5的粉状活化剂，使粉煤灰混凝土的浆体量增大，因而使混凝土的和易性明显提高，从而提高了混凝土拌合物的施工操作性能。5 结论及问题5.1 通过本试验研究进一步证实了粉煤灰混凝土早期强度增长速度慢，后期强度增长潜力大的观点。在本次试验中，各组试块的28d强度与56d强度之比在0.660.79之间。5.2 活化剂能够显著提高混凝土的早期强度和后期强度，其原因在于活化剂中的增