毕业论文粉煤灰对混凝土性能的影响研究

PAGE 分类号编号烟台大学毕业论文（设计）粉煤灰对混凝土性能的影响研究Flyashonconcreteinfluenceontheperformanceoftheresearch申请学位：工学学士院系：环境与材料工程学院专业：材料科学与工程姓名：xxx学号：xxxxxx指导老师：xxxx（讲师）2011年06月01日大学生活动中心实验室粉煤灰对混凝土性能的影响研究姓名：xxxx导师：xxxx2011年06月01日大学生活动中心实验室烟台大学毕业论文（设计）任务书姓名Xxx学号Xxxxxx毕业界别2011专业材料学毕业论文题目粉煤灰在混凝土中的应用研究指导教师Xxxxx学历硕士职称讲师所学专业材料学具体要求（主要内容、基本要求、参考资料）：1、主要内容：粉煤灰是锅炉烧煤过程中，从烟气中收集下来的一种灰尘。在热能发电过程中，通过湿法收集到的粉煤灰，其活性得到保留，因而作为掺合料在混凝土中得到广泛应用。由于煤质不同，锅炉质量不同，粉煤灰的质量也存在很大差异。如何判别粉煤灰的质量，找出影响粉煤灰质量的因素，这对于我们在实际生产过程中，在混凝土中正确应用粉煤灰，用废节能具有深远的意义。2、基本要求：根据理论分析，找出影响粉煤灰质量的因素，设计混凝土的配合比；按照配比进行混凝土的拌合，测试混凝土的性能；通过数据整理分析，提出在混凝土中正确应用粉煤灰的措施，以利于指导生产。3、参考资料：《新拌混凝土》、《混凝土制品工艺学》、《土木工程材料》、《聚合物混凝土》、《高性能混凝土技术》、《混凝土外加剂》等。进度安排：2～5周，接受论文任务，查阅资料，撰写文献综述，写出开题报告。6～13周，提出试验方案，进行试验。12～15周，整理数据，撰写论文，准备答辩。指导教师：xxxx2011年3月3日院（系）意见：教学院长签字：2011年月日附注：院（系）：环境与材料工程学院摘要随着科学技术的进步，生产力的发展，各种新型材料不断涌现。而水泥混凝土因其与钢材、木材、塑料等相比，原料来源广、工艺简单，生产成本低，并具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点，所以在今后相当长的时期它仍将是应用最广、用量最大的建筑材料。因此，水泥混凝土是我国建筑业振兴和发展的支柱。还有住宅建设和改造任务量大，城镇建设任务增大以及农村建设等等，可想而知，建材的需求量很大，特别是混凝土的用量很大。然而现在的混凝土不再是以前那种水泥、砂石和水的简单拌合物，由于减水剂等外加剂的研制成功，以及掺合料的使用，使混凝土的性能得到大大改善。在现代生产生活中，研究粉煤灰对混凝土性能的影响对混凝土施工具有重要意义。因此粉煤灰对混凝土性能的影响的研究，对于混凝土的正确应用非常重要。本课题就是针对粉煤灰对混凝土性能的影响进行研究探讨。粉煤灰是一种工业废料,从粉煤灰的组成和微观结构来看,又是一种具有潜在火山灰活性的物质,能为建材工业所用。虽然目前,我国粉煤灰在建材工业中已得到部分的应用,但是还只能处理部分粉煤灰且利用水平低,没有充分发挥粉煤灰的火山灰活性。如果能用粉煤灰取代部分水泥熟料,不仅可以减少水泥熟料生产量,减少生产水泥对资源的消耗和CO2排放量,且提高了粉煤灰的利用率及利用水平。通过粉煤灰的二次反应,改善水泥的性能,提高混凝土的性能。因此,如何在水泥生产中大量利用粉煤灰是亟待解决的重要课题。关键词：混凝土粉煤灰性能

Abstract

Alongwiththescienceandtechnologyprogressandthedevelopmentofproductiveforces,allsortsofnewmaterialemerge.Andbecauseofthecementconcretewithsteel,woodandplasticetc,widerawmaterialsources,comparedtothesimpleprocess,productioncostislow,andhasadurable,fireprevention,adaptable,applicationisconvenientwaitforacharacteristic,soinquitealongperiodinthefutureitwillstillismostwidelyused,dosagethebiggestbuildingmaterials.Therefore,cementconcreteisourcountryconstructionrevitalizationanddevelopmentpillar.Andresidentialconstructionandrenovationtasksamountislarge,urbanandruralconstructionmissionincreaseit,buildingmaterials,construction,andsoon,especiallyingreatdemandofconcretedosagegreatly.Butnowtheconcreteisnolongeragothatcement,sandandwatercontent,becausethesimplewhitewater-reducingagent,etc,andthesuccessfuldevelopmentofadmixture,theuseofadmixture,concreteperformanceisgreatlyimproved.Inthemodernproductionlife,studiesontheinfluenceofflyashconcreteperformanceofconcreteconstructiontohavetheimportantmeaning.Sotheinfluenceofflyashconcreteperformanceofthestudyforthecorrectapplicationofconcreteisveryimportant.Thistopicisforflyashonconcreteperformanceinfluencetostudy.Flyashisakindofindustrialwaste,fromflyashcomponentsandmicrostructureperspective,itisakindofpotentiallyashactivesubstances,usedforbuildingmaterialsindustry.Althoughatpresent,ourcountryhasbeeninthebuildingmaterialsindustryflyashgetpartialapplications,butalsocandealwithflyashpartlyanduselevelislow,nogivefullplaytotheashactivityfly-ash.Ifcanpartlyreplacecoalashcementclinker,notonlycanreducethecementclinkerproduction,reducetheproductionofresourcesconsumptionandcement,andimprovetheCO2emissionsfromflyashutilizationanduselevel.Throughthesecondreaction,improveflyashcementperformance,improvetheperformanceofconcrete.Therefore,howtoincementproductioninlargeamountsinurgentlytobesolvedbyusingflyashisanimportantsubject.Keywords:concreteflyashperformance

目录1、绪论 11.1课题来源 11.2研究目的和意义 11.3国内外粉煤灰混凝土的发展现状 22、粉煤灰对水泥混凝土的作用机理 42.1粉煤灰的活性 42.2粉煤灰的掺用机理 52.3 粉煤灰在水泥混凝土中的作用机理 53、原料及性能 73.1粉煤灰 73.2水泥 93.3骨料 103.4外加剂 123.4水 124、粉煤灰混凝土的实验 124.1混凝土的配合比设计 124.2混凝土拌和物性能实验 134.3硬化混凝土性能实验 154.4实验结果分析 165、结论 176、致谢 187、参考文献 19PAGEPAGE42第一章绪论1.1课题来源随着科学技术的进步，生产力的发展，各种新型材料不断涌现。而水泥混凝土因其与钢材、木材、塑料等相比，生产能耗低、原料来源广、工艺简单，生产成本低，并具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点，所以在今后相当长的时期它仍将是应用最广、用量最大的建筑材料。据不完全统计，世界水泥产量已超过13亿吨，折合混凝土不少于40亿立方米，是我国建筑业振兴和发展的支柱。还有住宅建设和改造任务量大，城镇建设任务增大以及农村建设等等，可想而知，建材的需求量很大，特别是混凝土的用量很大。然而现在的混凝土不再是以前那种水泥、砂石和水的简单拌合物，由于高效塑化剂等外加剂的研制成功，以及掺合料的使用，使混凝土的性能得到大大改善。全世界粉煤灰产量约500亿t。大多数用于修建码头，堤坝，筑路，以及用作混凝土的掺合料等。具有胶凝性质或水硬性质的粉煤灰，代替部分水泥配制高性能混凝土，具有很大的潜力。粉煤灰也是生产水泥的原料和掺合料，粉煤灰还用来烧陶粒、烧砖，以及生产砌块等。目前，全世界对粉煤灰的利用很不一样，高的可达57%，而低的仅有3%;全世界平均约16%左右。而在水泥混凝土中的利用只是粉煤灰总排放量的6%～10%。在我国，1983年以来，粉煤灰年均增加近400万吨;到1988年，5万kW以上电厂排放的粉煤灰达5500多万t;预计到20世纪末，年排灰量将达1.2～1.5亿t。利用率每年在排灰量1000万t以上国家中居中。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。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。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。因此，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。粉煤灰是可以直接使用(或简单加工利用)其独特的性能来提高混凝土性能的矿物掺合料之一。1.2课题研究的目的及意义粉煤灰是一种工业废料,从粉煤灰的组成和微观结构来看,又是一种具有潜在火山灰活性的物质,能为建材工业所用。虽然目前,我国粉煤灰在建材工业中已得到部分的应用,但是还只能处理部分粉煤灰且利用水平低,没有充分发挥粉煤灰的火山灰活性。如果能用粉煤灰取代部分水泥熟料,不仅可以减少水泥熟料生产量,减少生产水泥对资源的消耗和CO2排放量,且提高了粉煤灰的利用率及利用水平。通过粉煤灰的二次反应,改善水泥的性能,提高混凝土的性能。因此,如何在水泥生产中大量利用粉煤灰是亟待解决的重要课题。在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加混凝土地修饰性。生产实践表明,掺入粉煤灰的混凝土易泵送、振捣和成型，即使混凝土目视较干，坍落度较小，但振动密实时间仍较短。据报道，用粉煤灰等量取代10％、20％、30％、40％的水泥，软练砂浆成型下料时间由未掺粉煤灰的30s分别缩短为25s、20s、16s、14s，在坍落度相同情况下，每m3混凝土可减水7～9kg。粉煤灰之所以能够如此明显地改善混凝土的和易性，主要原因是又圆又细的粉煤灰颗粒相滚珠似地分散在水泥、砂、石之间，有效地减少了它们之间的内摩擦，同时粉煤灰密度较小，特别是采用超量取代法，混凝土中胶凝物质含量增加，浆骨比也随之增大,粉煤灰混凝土特别有利于泵送施工。由于煤质不同，锅炉质量不同，粉煤灰的质量也存在很大差异。因此，如何判别粉煤灰的质量，找出粉煤灰影响混凝土拌合物和易性的因素，在混凝土中正确应用粉煤灰，用废节能具有深远意义。本课题就是研究混合材－粉煤灰及其掺量对混凝土拌合物和易性的影响。1.3国内外粉煤灰混凝土的发展状况[1]粉煤灰用于制备混凝土不但可以改善新拌混凝土的工作性,更重要的是可以改善混凝土的耐久性。国内外文献介绍粉煤灰混凝土技术时,可以追溯到2000多年前古罗马大型工程中曾采用的火山灰混凝土,其目的是要验证粉煤灰是一种人工火山灰。粉煤灰混凝土技术发展的先驱是美国加州大学伯克利理工学院的Davisr.E,他于1933年开始研究粉煤灰在混凝土中的应用,随后与其合作者陆续发表了国际上首批粉煤灰混凝土的研究报告。20世纪40年代,美国垦务局等工程部门,通过不少水坝工程混凝土中掺加粉煤灰的成功试点,终于决定在蒙大拿州的俄马坝大型工程中,大规模应用粉煤灰,共掺用粉煤灰13万吨。竣工后的定期观察表明,粉煤灰混凝土至今保持良好的性能。因此,欧美国家有关文献,将俄马坝工程中粉煤灰的应用列为粉煤灰混凝土技术发展史中第一块里程碑。20世纪50年代,粉煤灰在大体积混凝土中的应用得到普遍推广,在大型混凝土水利工程中积极采用粉煤灰,这为粉煤灰的大宗利用提供了条件。我国粉煤灰的利用研究始于50年代初,沈旦申等发表了粉煤灰水泥混合材料的系统研究报告,并提出了推广应用的建议。虽然当时的利用率不高,但研究及利用技术与发达国家相比,并无较大差距。20世纪60年代,粉煤灰混凝土经历了广泛的实用阶段。各国学者对粉煤灰的基础理论进行了研究,并发表了不少有关粉煤灰性能和对混凝土影响的著作,取得了很多有价值的研究成果。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。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。世界上燃烧煤炭的火力发电这一发展方向得到新的共识,在许多国家中粉煤灰资源迅速增长,备受重视,粉煤灰混凝土技术的进步也加快了步伐。国外开始开发研制高性能粉煤灰混凝土。我国也加强了这一对于混凝土工程学具有划时代意义的工作,并取得了长足进步。20世纪80年代,粉煤灰混凝土技术扩大到钢筋混凝土工程(包括预应力混凝土)的应用范围,在建设工程中的应用技术有了新的发展,粉煤灰已逐步发展成为混凝土的基本组分。20世纪90年代,保护地球环境,寻求与自然的和谐,走可持续发展之路己成为全世界共同关心的问题。因此提出“绿色混凝土(GreenConcrete)”,“绿色高性能混凝土(GreenHighPerformanceConcrete,GHPC)”和“环保型混凝士(EnvironmentFriendlyConcrete)”的概念。因此,粉煤灰己在高性能混凝土、碾压混凝土、泵送混凝土及大坝混凝土中得到广泛应用,有关的研究也取得了较大的进展。近几年来,大量的粉煤灰也已经应用于我国混凝土工程建设中,特别是三峡工程,几乎没有不掺粉煤灰的大坝混凝土,三峡工程三期Rcc围堰工程中粉煤灰的掺量在50%以上。所以,粉煤灰在我国的高性能混凝土中同样具有较大的应用潜力,其绿色环保意义也是巨大的。我国粉煤灰综合利用技术正在发展之中,已有不少新技术在正在推广应用,今后的重点应是开发高利用率、低成本、高质量和高性能的粉煤灰利用新技术。研究新技术、新方法,拓展粉煤灰有效利用途径,提高其利用价值。例如,在高温下将粉煤灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物脱氧,并除去杂质制成硅、铝、铁三元合金或硅、铝、铁、钡四元合金;作开展粉煤灰在混凝土中的优效应用技术,引用国际上先进的“高标号水泥+大产量粉煤灰+高效减水剂”的方法,发展高钙粉煤灰作为混凝土掺和料的应用技术;粉煤灰复合高温陶瓷涂层技术,粉煤灰微珠复合材料,粉煤灰微珠细末分离技术等。综上所述,目前粉煤灰高新利用技术发展主要有以下3个方面的内容:高效应粉煤灰资源的开发;高性能粉煤灰制品的开发;高性能粉煤灰混凝土的开发。第二章粉煤灰对水泥混凝土的作用机理2.1粉煤灰的活性[2，3]粉煤灰的活性包括物理活性和化学活性两个方面。2.1.1物理活性物理活性是粉煤灰颗粒效应、微集料效应等的总和，是—切与自身化学元素性质无关，又能促进制品胶凝活性和改善制品性能(如强度、抗渗性、耐磨性)的各种物理效应的总称。它是粉煤灰能够直接被充分利用的最有实用价值的活性，是早期活性的主要来源。粉煤灰混凝土在常温下,由于粉煤灰的水化反应比水泥慢,被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到及时补偿,所以粉煤灰混凝土的早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移,粉煤灰中的活性成分SiO2与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应,生成具有胶凝性的水化产物,降低了混凝土中的液相碱度,进一步促进了水泥的水化,因此混凝土的后期强度增长较快。另外粉煤灰中以酸性氧化物为主要成分的玻璃相在潮湿环境中可与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应,生成水化硅酸钙凝胶体C-S-H,对硬化的水泥浆体起增强作用,也能促进混凝土后期强度的增长。分级灰的细度对其需水量有很大影响。粒径小于25µm的分级灰的需水量，不仅明显地低于E级灰，而且也不大于我国标准的一级灰。45µm的分级灰，虽然25µm的粒径的粒子均被剔出去，但需水量和E级灰相同。粉煤灰的火山灰活性，用抗压强度比值表明，随着分级灰粒度增大而降低。这说明了，通过分离技术，可以有效的改善粉煤灰的质量，提高其火山灰活性。10µm，25µm的分级灰的砂浆，抗弯强度的比值明显地高于抗压强度的比值。细度对抗弯强度比的影响与其对抗压强度比的影响具有相同的规律性。2.1.2化学活性化学活性是指其中的可溶性二氧化硅、三氧化二铝等成分在常温下与水和石灰徐徐地化合反应，生成不镕、安定的硅铝酸钙盐的性质，也称火山灰活性。需要说明的是，有些粉煤灰本身含有足量游离石灰，无须再加石灰就可和水显示该活性。粉煤灰化学活性的决定因素是其中玻璃体含量、玻璃体中可溶性的SiO2、Al2O3含量及玻璃体解聚能力。粉煤灰的活性是粉煤灰颗粒大小、形态、玻璃化程度及其组成的综合反映，也是其应用价值大小的一个重要参数。2.2粉煤灰掺用机理[4]由于粉煤灰固有的火山灰活性，它能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙缓慢进行“二次反应”，在表面形成--火山灰质反应生成物。与水泥浆硬化体结合起来，进而增长龄期强度，提高混凝土的抗渗性和耐久性；此外，由于粉煤灰在混凝土中具有超出火山灰活性的特殊物理功能，比如粉煤灰的减水功能、增加浆体的体积功能、调节凝胶量和胶凝过程的功能、填充浆体孔隙功能、与水泥整体的协和功能等，使粉煤灰混凝土物理化学作用达到动态平衡，起到了使混凝土性能改善和质量提高的作用。2.3粉煤灰在水泥混凝土中的作用机理[5]掺入粉煤灰,能起到减水的作用,增加新拌混凝土的坍落度,减少坍落度损失,提高混凝土的后期强度,提高混凝土的耐久性能。2.3.1提高和易性粉煤灰与外加剂共同应用于混凝土时,粉煤灰能起到减水作用,在不减少混凝土用水量的情况下,能增大混凝土坍落度和扩展度,同时减少混凝土的坍落度损失。因为粉煤灰与高效减水剂共同作用,打破了水泥浆体絮凝结构,又填充了水泥粒子的间隙,使得游离水被释放出来,起到稀化的作用,同时粉煤灰在水泥颗粒之间起到减弱大颗粒间的吸附和润滑作用。由于I级粉煤灰很细,具有较高的表面能,单独存放时会自动吸附成团,当用于水泥浆体时,也有自身吸附成团或与水泥颗粒吸附的趋势,这一趋势也会抵消一部分的稀化效果。而当粉煤灰与高效减水剂共同使用时,由于其表面能很高,对能降低表面能的减水剂分子会迅速吸附,使得其表面能降低,以至于不再有自身吸附成团或与水泥颗粒吸附的趋势,使得细粉充分发挥其填充稀化作用,从而使得混凝土的坍落度最大,起到减水作用。粉煤灰还能减少坍落度损失,因为粉煤灰的水化滞后于水泥的水化时间,粉煤灰的水化需要水泥的水化产物:Ca(OH)2的激发,与之水化反应生产C-S-H。2.3.2提高混凝土强度粉煤灰由于其比表面积很大,增加了其火山灰活性,与水泥水化产物之一Ca(OH)2反应更为迅速和充分,可提高混凝土中水泥水化程度,试验证明,粉体越细,强度增强效果越好。随着水化反应产物C-S-H增多,结构变得更为致密。利用粉体的减水增密和火山灰活性的两个增强效应,是I级粉煤灰等超细粉独特的优点。2.3.3提高混凝土的耐久性能掺粉煤灰的混凝土的渗透系数大有降低,氯离子扩散系数(电通量)大大降低,F类粉煤灰能提高抵混凝土抗硫酸盐的侵蚀的能力,粉煤灰替代部分水泥,是提高混凝土耐久性能的重要技术途径。2.3.4改善混凝土的弹性模量混凝土实际桥梁工程中,除了主要以强度作为控制指标外,经常还需要规定混凝土的弹性模量值,用来控制预应力张拉。在计算钢筋混凝土的变形、裂缝扩展及大体积混凝土的温度应力时,都必须知道对应混凝土的弹性模量。在工程中,也常常出现强度满足要求而弹性模量偏低,使得混凝土构件变形较大而不能正常使用的问题,导致一些工程事故的发生并造成经济上的损失。对于混凝土弹性模量来说,影响因素有很多,原材料的性能特征、水灰比、骨料性能、砂率、强度等级、养护条件和龄期等均会影响混凝土的弹性模量。随着高性能混凝土的迅速发展,各种矿物掺合料和外加剂的使用对混凝土的性能产生了较大的影响。在混凝土中掺入一定量的粉煤灰可有效提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度,增强抵抗氯离子渗透的能力。这主要是由于在含粉煤灰的试样中,随着水化的进行,粉煤灰掺合料中的活性SiO2、Al2O3的活性受到激发,能和水泥水化生成的CH发生反应,既消耗了CH的含量,又生成具有胶凝性的C-S-H凝胶,对胶凝性晶体形成的贡献增大的缘故。由于Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰细度等指标的不同,混合加入到混凝土中会对水化反应速率产生不同的影响。因此,Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰单掺和复掺对水化速率的控制作用就会不同,从而对硬化混凝土弹性模量这一力学性能所产生的影响也会不同。Ⅰ级灰能改善水化速率并产生更有利的混凝土微结构,弹性模量的增加也更显著。在较早龄期下,同条件下不掺粉煤灰试样比掺粉煤灰试样的弹模要高。养护龄期越长,这些试样的差别就越小。第三章原材料及性能3.1粉煤灰3.1.1粉煤灰的产生粉煤灰是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。粉煤灰的燃烧过程：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。(Flyash)一般地说，粉煤灰比水泥细，且含有大量的球状玻璃珠。底部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，从燃烧带跑到炉子的底部。SOx的污染处理，在烟道气排出之前，通入石灰石浆或石灰石粉，捕获烟道气中的SOx.特别是含硫高的煤作为燃料时。总的煤灰中的75%～85%变成飞灰，而剩余部分则为底部灰及炉灰。3.1.1煤粉输送燃烧与粉煤灰收集3.1.2粉煤灰的化学组成[6]粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒，亦称飞灰，通过对粉煤灰进行化学成分分析表明,粉煤灰中主要含硅(SiO2,45～60%)、铝(Al2O3,20～30%)、铁(Fe2O3,0～5%)、未燃尽的炭粒(10～15%)、CaO(1～2.5%)和MgO(0.4～0.8%)、Na2O+K2O(1～3.5%)、SO3(<1%)以及锗、镓、硼、镍、铀、铂等稀有元素。SiO2+AI2O3：硅铝酸盐的主要成份，其中的可容成分越多，说明粉煤的活性越好，掺加到混凝土中越易与水泥水化析出的Ca(oH)2反应，生成类似于水泥水化产物，从而增强反应物的活性。一般说来，Sio2+Ai2O3含量越多，其28天抗压强度比越高，两者有一定的相关性。Fe2O3:一直被认为是有害组份，但也有研究表明，Fe2O3在一定条件下也会起有益的作用，如含Fe2O3较多的粉煤灰对混凝土减水作用是有贡献的，所以不能把铁仅看作是起负作用的化学成份，要结合具体的利用方式，具体分析评价。MgO:混凝土中的MgO可能以方镁石的形态出现，方镁石水反应缓慢，且会引起膨胀破坏，因此有些国家（如美国）规定粉闷灰中的MgO不得超过4%-5%。但我国对此并未做规定。有效碱（K2O.Na2O）能加速水泥的水化反应，而且对激发粉煤灰的化学活性以及促进粉煤灰与Ca(oH)2的二次反应有利，因此有效碱是有益的化学成份。碱集料反应但是随着碱性物质的增加，会产生碱集料反应（碱性物质与混凝土骨料反应而使其力学性能降低），以及降低粉煤灰抑制碱集料反应的能力。因此有些国家（如美国）的标准规范对有效碱也加以限制，一般要求有效碱（以Na2O计）不超过1.5%，但我国规范未对有效碱进行规定。CaO:一般根据原煤燃烧后灰份CaO的含量，可根据粉煤灰划分为高钙灰和低钙灰，通常以10%为划分标准。增钙灰：但是现在又有一种新的高钙灰——人工增钙灰（煤粉在燃烧时，人工喷钙后所形成的粉煤灰）。SO3:由于SO3过高会在混凝土材料中生面具有破坏性的钙矾石，因此各国粉煤灰标准中都把SO3视为有害成份，我国贵标规定作为建材使用的粉煤灰中的SO3的含量必须小于3%。烧矢量：烧矢量通常用来蘅量粉煤灰中未燃尽碳的含量。碳粒是对混凝土有害的物质，对其需水比以及抗冻性能都有不利的影响，因此其含量越低越好。国家对其有严格的限制，一级粉煤灰的烧矢量应小于5%，二级粉煤灰应小于8%，三级粉煤灰应小于15%。各地火力发电厂使用的煤炭的来源不同、燃烧和排放方式不同,其化学成分会有差别。SiO2、Al2O3对粉煤灰的火山灰性质作用很大。Fe2O3对降低粉煤灰的熔点有利,使其易于形成玻璃微珠,为有益成分。结合态的CaO含量愈高,愈能提高其自硬性,对提高混凝土的早期强度很有帮助。粉煤灰中的有害成分是未燃尽炭粒,其吸水性大,强度低,易风化。美国ASTM标准要求6%～10%，而美国垦务局标准要求≤5%;日本的标准也要求≤5%;前苏联标准要求≤10%;我国标准要求5%～15%。关于粉煤灰的矿物组成，根据国内外的研究，一致认为主要是:、β-C2S、赤铁矿和较少量的硫酸盐、磷酸盐矿物等。粉煤灰掺入混凝土后，不仅可以取代部分水泥，降低混凝土的成本，保护环境，而且能与水泥互补短长，均衡协合，改善混凝土的一系列性能，粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益。3.1.3粉煤灰的技术要求粉煤灰的质量对混凝土强度影响很大。我国目前受分选技术条件的限制，一般原状粉煤灰的品质参数不稳定，难以满足结构混凝土的要求，故需磨细并应符合相应标准的要求。磨细后的粉煤灰由于颗粒更细，增加了二次水化反应的新界面，使粉煤灰的活性提高，混凝土的早期强度也得以提高。我国的粉煤灰绝大多数是F级粉煤灰（CaO≤10%），自身活性很低。粉煤灰烧失量的大小在一定程度上反映了燃烧完全的程度和含碳量指标，烧失量对混凝土的需水性和密实度以及化学外加剂的掺量影响很大。同时，含碳量高的粉煤灰需水量大，对混凝土的流变性、强度和变形都有不利的影响。而粉煤灰的颜色可以直观地反映其含碳量、烧失量和细度指标。在混凝土生产中应严格控制粉煤灰的颜色，只要是含碳量很低，颜色很浅，对其细度不必苛求。粉煤灰的性能变化很大，而且与许多因素有关。例如煤的品种和质量，煤粉细度，燃点，氧化条件，预处理及燃烧前的脱硫，粉煤灰的收集和存贮方法等。粉煤灰用作为水泥混凝土的矿物质掺合料，各国都有自己的标准。美国的标准是ASTMC618-96，中国的标准是GB1596-91。在ASTMC618-96标准中，按火山灰活性分成N、F、C和S级。N级是原状火山灰或锻烧天然火山灰;S级是在某些条件下形成的火山玻璃多孔质材料，以及在一定条件下锻烧及磨细的硅藻土、粘土及页岩。F级和C级火山灰是不同煤燃烧而得到的飞灰。把火山灰活性定义为硅质的或硅质与铝质材料，这些材料本身不具有或具有很小的胶凝性质;粉煤灰中SO3的含量应该控制在一个安全的范围内。适量的SO3含量虽然可以形成较多的钙矾石，有利于增进混凝土的强度，但是，如果生成的钙矾石过多，会导致粉煤灰混凝土体积不安定。下表是应用于混凝土中的粉煤灰技术要求分类[7]。表3-1拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求Table3-1andmortarmixingconcretewithflyashtechnicalrequirements项目技术要求Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级细度（45μm方孔筛余量），不大于％F类粉煤灰12.025.045.0C类粉煤灰需水量比，不大于％F类粉煤灰95105115C类粉煤灰烧失量，不大于％F类粉煤灰5.08.015.0C类粉煤灰含水量，不大于％F类粉煤灰1.0C类粉煤灰三氧化硫，不大于％F类粉煤灰3.0C类粉煤灰游离氧化钙，不大于％F类粉煤灰1.0C类粉煤灰4.03.1.4粉煤灰性能表3-2粉煤灰1化学成分(%)Table3-2flyash1chemicalcomposition(%)SiO2Al2O3Fe2O3CaOSO3IL55.6228.096.033.700.691.42表3-3粉煤灰1的物理性能Table3-3flyash1physicalproperties密度gcm-3需水量比%烧失量%45µm筛余%火山灰活性（%）7d28d含水率%2.75941.422.4769830.8表3-4粉煤灰2化学成分Table3-4flyash2chemicalcompositionSiO2Al2O3Fe2O3CaOSO3IL49.2234.516.172.470.213.32表3-5粉煤灰2的物理性能Table3-5flyash2physicalproperties密度gcm-3需水量比%烧失量%45µm筛余%火山灰活性（%）7d28d含水率%2.69983.3214.4758730.23.2水泥3.2.1水泥的产生

水泥由石灰石、粘土、铁矿粉按比例磨细混合，这时候的混合物叫生料。然后进行煅烧，一般温度在1450℃左右，煅烧后的产物叫熟料。然后将熟料和石膏一起磨细，按比例混合，才称之为水泥。这时候的水泥叫普通硅酸盐水泥。3.2.2水泥的性能水泥是一种水硬性胶凝材料，即一种细磨的无机材料，它与水拌和后形成水泥浆，通过水化过程发生凝结和硬化，硬化后甚至在水中也可保持强度和稳定性。水泥与集料和水以适当配比和相应地拌和，应能制成可维持足够时间工作度的混凝土或砂浆，并应于一定时间后达到规定的强度水平，还必须具有长期体积稳定性。水泥的水硬性主要归结于硅酸钙的水化反应，但其他化学性化合物也可参与硬化过程，例如铝酸盐。水泥中活性CaO和SiO2比例的总和以重量计至少应为50％。东源水泥厂生产的东达牌普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5MPa。表3-6水泥性能Table3-6cementperformance标准稠度(%)比表面积(m2/g)安定性凝结时间(min)初凝终凝抗折强度(MPa)3d28d抗压强度(MPa)3d28d29.53240合格1403803.85.916.637.93.3骨料混凝土中的骨料分为细骨料和粗骨料。3.3.1细骨料（砂）表3-7砂的表观密度Table3-7sand'sapparentdensity实验次数砂质量m0（g）瓶水质量m2（g）瓶水砂质量m1（g）表观密度（kg/m3）平均值（kg/m3）13006348192609260923006728572609表3-8砂的筛分析Table3-8sandscreenanalysis筛孔尺寸(mm)筛余量（g）分计筛余率（%）累计筛余率（%）分组1212124.754748.62.36928618.417.227.825.81.1810711621.423.249.2490.60013213626.427.275.676.20.300828716.417.49293.60.15028245.64.897.698.4筛底（g）87试样总重（g）496499计算细度模数：Mx1=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/（100-A1）=(9.4+27.8+49.2+75.6+92+97.6)/（100-9.4）=3.26Mx2=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100-A1)=(8.6+25.8+49+76.2+93.6+98.4)/(100-8.6)=3.28确定级配区、绘制级配曲线：该砂样在0.600mm筛上的累计筛余率A4=75.6落在Ⅱ级区，其他各筛上的累计筛余率也均落在Ⅱ级区规定的范围内，因此可以判定该砂为Ⅱ级区砂。级配曲线图见5-3。结果评定：该砂的细度模数Mx=3.30，属粗砂；Ⅱ级区砂，级配良好。可用于配制混凝土。3.3.2粗骨料（石子）表3-9石子的表观密度Table3-9stonesofapparentdencity实验次数瓶水石子m1（g）试样m0（g）瓶水m2（g）表观密度（kg/m3）平均值（kg/m3）12960100023302700270022958100023282700表3-10石子的筛分析试验Table3-10stonesscreenanalysisoftest筛孔(mm)筛余质量(g)分计筛余量(%)累计筛余量(%)甲组乙组甲组乙组甲组乙组37.56869813.131.51310103617.526.713.826.926.51564130020.947.617.344.2192178225019.066.630.074.21678257010.477.07.681.89.5849117511.388.315.797.54.751161711.589.82.399.8筛底(g)1.105.21粗骨料：玄武岩，连续级配，粒径为5mm～40mm。3.4外加剂普通木钙减水剂。3.5水自来水（烟台）。第四章粉煤灰混凝土的试验4.1混凝土的配合比设计4.1.1混凝土的配合比设计要求满足结构设计要求的混凝土强度等级；满足施工要求的混凝土拌合物的和易性；满足环境和使用要求的混凝土的耐久性。本实验设计混凝土标号为C30。4.1.2混凝土的配合比计算及确定粉煤灰混凝土的配合比设计，以基准混凝土配合比为基础，按等稠度、等强度的原则，用超量取代法进行调整。粉煤灰混凝土配合比设计的主要目的是确定一个经济的混合材料最佳组合，主要设计手段是通过试验、试配来完成。设计方法如下：根据混凝土设计强度，计算试配强度如式（1）：fcuo=fcuk+1.645σ(1)式中：fcuo：混凝土的施工配制强度，MPa；fcuk：混凝土的设计强度，MPa；σ：施工单位的混凝土强度标准差。无近期同一品种混凝土强度资料时，混凝土强度等级分别为低于20、20~35和大于35时，其强度标准差σ分别可取4.0、5.0和6.0。本实验取σ=5MPa。确定基准配合比，即确定水灰比0.40，用水量180kg及水泥用量，砂率0.32；用容重法（2450kg）计算出砂、石用量。计算所得混凝土配合比如表4-1所示。表4-1混凝土配合比(kg/m3)Table4-1concreteproportion(kg/m3)组成水泥水砂石子配合比4501806921128根据计算得到混凝土配合比，在确保和易性、水灰比不变的基础上，进行配合比的试拌调整。根据调整后的配合比，确定为粉煤灰替代水泥用量四个水平，分别为10%、20%、30%、40%。列表如表4-2。表4-2掺粉煤灰混凝土配合比(kg/m3)Table4-2mixedflyashconcreteproportion(kg/m3)编号替代量粉煤灰种类水泥粉煤灰水砂石子1045001806921128210%1405451806921128320%1360901806921128430%13151351806921128540%12701801806921128610%2405451806921128720%2360901806921128830%23151351806921128940%22701801806921128混凝土拌合物性能实验按48L混凝土拌合物量计算，分别称取水泥、水、砂、石子、粉煤灰，将地面、拌铲用湿布润湿后，将砂平摊在地面上，再倒入水泥，用拌铲自一端翻拌至另一端，如此反复，直至拌匀；加入石子，继续翻拌至均匀为止。拌和时间控制

拌和从加水时算起，应在10min内完成。减水剂预先加入水中混匀。然后进行拌合物坍落度测定。先用湿布润湿坍落度筒及其他工具，将坍落度筒置于钢板上并用双脚踩住踏板。用铁铲将拌好的混凝土拌合物分三层装入桶内，每层高度约为筒高的1/3。每层用捣棒沿螺旋方向由边缘向中心插捣25次，插捣底层时应贯穿整个深度，插捣其他两层时捣棒应插至下一层的表面。插捣完毕后，除去漏斗，用馒刀刮去多余的拌合物并抹平，清除筒四周拌合物，5～10秒内垂直平稳地提起坍落度筒，随即测定筒高与坍落后的混凝土试体最高点之间的高度差，即为坍落度值。测试结果如表4-3所示。将表4-3数据进行分析，如图4-1所示。编号替代量粉煤灰种类坍落度cm保水性粘聚性109好好210%19好好320%110.5好好430%112一般一般540%112一般一般610%29好好720%29.5好一般830%210.5一般一般940%211差差表4-3混凝土拌合物性能测试结果Table4-3concretepropertiesofwhitetestresults图4-1粉煤灰掺量与混凝土拌合物流动性的关系4.3硬化混凝土性能试验取预先涂油的150mm×150mm×150mm试模三只，将坍落度测定之后的混凝土拌合物，接着进行试件成型。然后放入养护箱进行养护。这里仅仅对混凝土的力学性能进行测试。用混凝土回弹仪测混凝土强度，混凝土回弹仪是一弹簧驱动弹击锤并通过弹击杆弹击混凝土表面所产生的瞬时变形的恢复力，使弹击锤带动指针弹回并指示出弹回的距离，以回弹值作为混凝土抗压强度的指标之一来推定混凝土的抗压强度。它是用于无损检测结构或构件混凝土抗压强度的一种仪器。测试结果如表4-4所示。将表4-4数据进行分析，如图4-2所示。表4-4混凝土28d强度性能测试结果Table4-4concretestrengthperformance28dtestresults粉煤灰掺量010%20%30%40%强度1(MPa)36.537.835.933.432.0强度2(MPa)36.535.832.829.826.0图4-2粉煤灰掺量与混凝土28d抗压强的关系4.4试验结果分析分析图4-1、图4-2，试验结果表明：随着粉煤灰掺量的增加，坍落度成非线性增加趋势。粉煤灰1的坍落度增加较粉煤灰的快，粉煤灰1的掺量达到30%后，坍落度增加缓慢。但粉煤灰2的掺量达到30%后，坍落度仍继续较快增加。随着粉煤灰1掺量的增加，其保水性和粘聚性较好，但增加到30%，40%以后，保水性和粘聚性一般。随着粉煤灰2掺量的增加，其10%时的保水性和粘聚性较好，但当粉煤灰2掺量为20%，30%，40%时，其保水性和粘聚性较差。随着粉煤灰1掺量的增加，混凝土28d强度先增加后降低；随着粉煤灰2掺量的增加，混凝土28d强度先降低后增加，在粉煤灰2掺量为30%以后，混凝土28d强度明显降低。第五章结论通过试验表明，水泥混凝土和易性主要受浆体的体积、水灰比、配合比设计、砂率、外加剂等因素影响，其中粉煤灰是影响水泥混凝土和易性的重要因素。粉煤灰取代水泥量为10%～40%时,随着粉煤灰取代水泥量的增加,混凝土拌合物的坍落度呈非线性趋势。粉煤灰种类不同，其对混凝土的和易性的影响也不同。如试验所知，粉煤灰1的坍落度增加较粉煤灰的快，粉煤灰1的掺量达到30%后，坍落度增加缓慢。但粉煤灰2的掺量达到30%后，坍落度仍继续较快增加。随着粉煤灰1掺量的增加，其保水性和粘聚性较好，但增加到30%，40%以后，保水性和粘聚性一般。随着粉煤灰2掺量的增加，其10%时的保水性和粘聚性较好，但当粉煤灰2掺量为20%，30%，40%时，其保水性和粘聚性较差。随着粉煤灰1掺量的增加，混凝土28d强度先增加后降低；随着粉煤灰2掺量的增加，混凝土28d强度先降低后增加，在粉煤灰2掺量为30%以后，混凝土28d强度明显降低。粉煤灰是当前我国最大宗的工业废料之一。对产煤大国的中国而言，科学地分析粉煤灰的特性，正确认识不同条件下粉煤灰在混凝土中的作用并且努力探索使它更好地利用途径，无疑有着重要的现实意义。第六章致谢本文是在xxx老师的悉心指导下完成的。在整个论文的选题、方案的确定、试验以及论文的初稿、定稿过程中，两位老师都倾注了大量的心血。两位老师渊博的学识、严谨的治学态度和随和的为人态度以及对问题深入的见解，给了我极大的教诲，使我受益匪浅，在此表示最诚挚的敬意和衷心的感谢!在试验以及论文撰写过程中，还得到了许多同学的热心帮助，在此一并向他们表示诚挚的感谢。Xxxx2011年5月19日

第七章参考文献[1]张广,贾廷耀,万山.\o"粉煤灰分类及其在混凝土中的应用相似度55%"粉煤灰分类及其在混凝土中的应用[J].国外建材科技.2007,28(2)：25-26.[2]Landmarksinthehistoryofconcrete.ConcreteConstruction,Dec.1981.c[3]E.EBerry,VMMalhotra.FlyAshforuseinconcrete-ACriticalReview.JournalofACI,1980,Vo1.77,No名二59-73.[4]韩跃红，缪群，蔡鹿.大掺量粉煤灰混凝士的特性与应用.工程质量.2001(12):5-7.[5]赵建军.粉煤灰在混凝土中的应用.内蒙古科技与经济.2008(3)：71—72.[6]侯传海.粉煤灰在水泥混凝土中的应用[J].科技信息(科学教研).2007(18)：383.[7]沈旦申,张荫济.粉煤灰效应的探讨.硅酸盐学报，1981,Vol.9,No.l:57--63.[8]王颖.粉煤灰在水泥混凝土中的应用[J].森林工程.2005(5).[9]刘爱亮.\o"粉煤灰在混凝土中的作用相似度55%"粉煤灰在混凝土中的作用[J].内蒙古科技与经济.2007(3)：110[10]肖军，张君杰.\o"关于粉煤灰的综合利用相似度48%"关于粉煤灰的综合利用[J].山西建材.1996(3).[11]刘爱新.粉煤灰混凝土的性能及其应用[J].混凝土.2001(12).[12]沈瑞德,贺鸿珠.\o"考察美国利用粉煤灰的现状相似度53%"考察美国利用粉煤灰的现状[J].上海建材.2000(6).[13]欧阳小琴,夏为民.\o"粉煤灰资源综合利用的现状相似度53%"粉煤灰资源综合利用的现状[J].江西能源.2002(4).[14]刘兴德,牛福生,倪文.粉煤灰的资源化利用现状与研究进展[J].建材技术与应用.2005(1).[15]高宗亮.\o"浅谈粉煤灰的综合利用相似度49%"浅谈粉煤灰的综合利用[J].黑河科技.1996(3).[16]刘桂芝.浅谈粉煤灰综合利用及发展建议[J].甘肃科技.2006(6).[17]林美妹.\o"粉煤灰混凝土的应用分析相似度42%"粉煤灰混凝土的应用分析[J].福建建筑.HYPERLINK"/kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=FJJZ*2003*03&NaviLink