【正文】 ................................................................... 22 3. 壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試塊的抗壓強(qiáng)度 ................................................................... 23 4. 破壞后的試塊 ................................................................................................... 23 （五） 試驗(yàn)的設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 24 三、 試驗(yàn)現(xiàn)象的描述和分析 ....................................................................................... 25 （一）單 摻粉煤灰 ................................................................................................. 25 （二）單摻硅灰 ..................................................................................................... 27 （三） 雙摻粉煤灰、硅灰 ................................................................................... 28 結(jié)論 ......................................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 32 致謝 ......................................................................................................................................... 35 摻粉 煤灰和硅灰對(duì)高性能膠結(jié)材料抗折強(qiáng)度的影響 1 前言 目前，對(duì)于水泥漿體的研究主要集中在怎樣提高膠結(jié)材料的性能，這里指的性能不僅僅它的力學(xué)性能，還包括耐久性，經(jīng)濟(jì)性，抗凍性，流動(dòng)性等等。根據(jù)美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)的定義，高性能膠結(jié)材料是指用常規(guī)配料，正常拌和程序和一般養(yǎng)護(hù)方法不能達(dá)到特殊性能和穩(wěn)定性要求的膠結(jié)材料為高性能膠結(jié)材料。這種特殊性能主要包括易于澆筑，振搗后不會(huì)離析，早期強(qiáng)度、抗?jié)B性、水化熱、密實(shí)性、韌性、體積穩(wěn)定性和惡劣環(huán)境下的比 較長(zhǎng)的壽命。高性能膠結(jié)材料是近年來膠結(jié)材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。 高性能膠結(jié)材料和高性能混凝土 (HPC)[1]對(duì)許多專業(yè)人員來說已經(jīng)不是一個(gè)新鮮的名詞，被人們接受廣泛，把 HPC 開發(fā)用在某些高層建筑、橋梁與特殊環(huán)境下的工程結(jié)構(gòu)中，并且獲得了很好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。 HPC 是能夠做到高耐久性和高強(qiáng)度；粉煤灰在我國(guó)用了很多年已經(jīng)，但是一般只把它看作一種“經(jīng)濟(jì)”的添加料 [2]，并以普通水泥漿體的配合比為基礎(chǔ)來確定它最適摻量，從試驗(yàn)室到工程以“代替”為出發(fā)點(diǎn)，以適用于水泥的條件來確定粉煤灰的效果 [3]，所以在重要工程 中粉煤灰不能摻很多。然而，最近二十多年來，美國(guó)、英國(guó)和加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家積極開展研究大摻量粉煤灰水泥漿體，并且采用新的拌合配合比來確定，粉煤灰被看作是第四組分 [4]，用這種方法粉煤灰摻入量比較大，讓其更好地發(fā)揮了作用。國(guó)外早已把大摻量粉煤灰水泥漿體用于電站儲(chǔ)油罐、混凝土壩、機(jī)場(chǎng)跑道、船塢滑臺(tái)、公路路面、污水處理廠、預(yù)應(yīng)力混凝土高架橋和許多特殊結(jié)構(gòu)，包括高強(qiáng)度性能混凝土工程 [5]。從試驗(yàn)室的試拌和到如今的工程應(yīng)用中都表明：HFCC 是一種新材料，它能配制早期強(qiáng)度比較高的水泥漿體 ,并且具有很高的耐久性；不同品質(zhì)的粉 煤灰已經(jīng)用于大量的 HFCC 工程當(dāng)中，還沒有出現(xiàn)任何問題。在我國(guó)， HFCC的研究和應(yīng)用也已經(jīng)開始起步，并且已經(jīng)取得較理想的效果。為了更進(jìn)一步弄清楚 HFCC的力學(xué)特性和工作特性，該論文研究了 HFCC 抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)和粉煤灰摻量對(duì)水泥漿體工作性的影響 [6]等。 強(qiáng)度是高性能膠結(jié)材料最重要的性質(zhì)，高性能膠結(jié)材料的其他性能與強(qiáng)度都有密切關(guān)系，高性能膠結(jié)材料的強(qiáng)度也是配合比設(shè)計(jì)，施工控制和質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定的主要技術(shù)指標(biāo)。膠結(jié)材料的強(qiáng)度主要有抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度等等。其中抗壓強(qiáng)度的值最大，是 最主要的強(qiáng)度指標(biāo)。 隨著高層鋼筋混凝土建筑的持續(xù)發(fā)展 ,水泥漿體技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是高強(qiáng)度、大流動(dòng)摻粉 煤灰和硅灰對(duì)高性能膠結(jié)材料抗折強(qiáng)度的影響 2 度的高性能膠結(jié)材料 [7]。為了獲得高強(qiáng)度、大流動(dòng)度的高性能膠結(jié)材料 ,應(yīng)從以下兩方面采取技施 :1)摻加高活性的膠結(jié)材料摻合料。摻合料的作用是減少膠結(jié)材料流動(dòng)性損失。硅粉可以大幅度提高膠結(jié)材料強(qiáng)度并且可以防止混凝土分層離析。 2)摻入緩凝減水劑。加入緩凝高效減水劑是保證膠結(jié)材料有足夠流動(dòng)性和減少流動(dòng)性損失的關(guān)鍵措施。 由于結(jié)構(gòu)超高和復(fù)雜程度在不斷增大，人們對(duì)結(jié)構(gòu)材料的工作性能有了更高的要求，在實(shí)際應(yīng)用中希望混凝土有 很高的強(qiáng)度和耐久性。硅粉是近幾十年發(fā)展出來的高活性摻和料，而且可以減少水泥的用量 [8]，從而可以減少熟料燃燒時(shí)二氧化碳的排放量，同時(shí)充分利用了工業(yè)廢料，利于環(huán)境的保護(hù)。繼續(xù)深入地研究和開發(fā)硅灰資源，對(duì)工程中的廣泛應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)性有重要意義。而粉煤灰的火山灰活性較低 ,在常溫條件下 ,即使水泥的水化物中有足夠的氫氧化鈣，它的火山灰反應(yīng)還是很慢。所以 ,用粉煤灰代替水泥的時(shí)候 ,膠結(jié)材料的早期強(qiáng)度一般上升比較緩慢 ,這樣就限制了對(duì)于粉煤灰的利用。如果同時(shí)摻入硅灰和粉煤灰的，則同時(shí)利用了兩者的優(yōu)點(diǎn)，從而改善膠結(jié)材料的結(jié)構(gòu)性能。即可以提高高性能膠結(jié)材料的早期強(qiáng)度，還保證了膠結(jié)材料的后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)的較快速度。 粉煤灰和硅粉是現(xiàn)在工程界應(yīng)用最廣泛的活性礦物摻合料 ,高性能膠結(jié)材料中摻入粉煤灰和硅粉后 ,能發(fā)揮火山灰效應(yīng)、滾珠效應(yīng)和微集料效應(yīng) ,從而改變高性能膠結(jié)材料的抗壓強(qiáng)度。粉煤灰的火山灰活性較低 ,在常溫條件下 ,即使水泥水化產(chǎn)物中有足夠的Ca(OH)2 其火山灰反應(yīng)仍很慢 [9]。因此 ,用粉煤灰取代水泥 ,高性能膠結(jié)材料的早期強(qiáng)度一般增長(zhǎng)都較緩慢 ,這樣就限制了粉煤灰的應(yīng)用。硅灰是一種活性很高的超細(xì)粉 ,含有大約 90%左右的無定形 SiO2,具有較高的火山灰活性 ,平均粒徑 0 1um 左右 ,大約只有水泥的 1%。其微集料填充作用和火山灰效應(yīng) ,能提高高性能膠結(jié)材料的早期強(qiáng)度 ,但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)比較慢。試驗(yàn)表明雙摻粉煤灰、硅灰 ,能充分利用二者的優(yōu)點(diǎn) ,改善膠結(jié)材料的結(jié)構(gòu)和性能。既可提高高性能膠結(jié)材料的早期強(qiáng)度 ,又能保證后期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度。 礦物質(zhì)粉末對(duì)于高性能膠結(jié)材料的影響 , 表現(xiàn)在它對(duì)水泥膠體的化學(xué)活化效應(yīng)和物理上的密實(shí)度 [10]。密實(shí)度是指礦物質(zhì)微粉顆粒填充于水泥砂漿的顆粒材料的空隙中 , 使其密實(shí)度增大 , 而化學(xué)效應(yīng)則是指礦物微粉摻入混凝土中 , 發(fā)生二次水化 化學(xué)反應(yīng) , 從而生成水化硅酸鈣凝膠并填充于水泥膠砂空隙內(nèi) , 起密實(shí)強(qiáng)化水泥漿體微結(jié)構(gòu)的作用。有研究表明 [45]: 膠凝材料混合物顆粒體系堆積密實(shí)度的提高 , 可以加快體系的水化反應(yīng)進(jìn)程 , 密實(shí)和增強(qiáng)體系的微觀結(jié)構(gòu) [11]。因此 , 膠凝材料混合物顆粒體系有高的摻粉 煤灰和硅灰對(duì)高性能膠結(jié)材料抗折強(qiáng)度的影響 3 堆積密實(shí)度已成為水泥材料獲得高性能的關(guān)鍵。 粉煤灰是水泥和水泥漿體中常用的礦物添加劑，具有一定的水化活性。在硅酸鹽水泥中添加礦渣粉和粉煤灰，硅酸鹽水泥水化產(chǎn)生的 Ca（ OH） 2對(duì)礦渣粉和粉煤灰中的玻璃體物質(zhì)具有堿性的激發(fā)作用，玻璃體中的活性 SiO Al2O3與 Ca(OH)2反應(yīng)生成有膠凝性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，溶于水的 CaSO4又與水化鋁酸鈣水化反應(yīng)生成針狀或長(zhǎng)柱狀的鈣礬石，各種水化產(chǎn)物互相填充，相互交錯(cuò)，形成質(zhì)地非常致密的水泥石。此試驗(yàn)研究了礦渣粉和粉煤灰不同摻量對(duì)水泥膠砂抗壓強(qiáng)度的影響，以及摻加礦渣粉和粉煤灰的水泥膠砂長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度 [12]。 摻粉 煤灰和硅灰對(duì)高性能膠結(jié)材料抗折強(qiáng)度的影響 4 一、 緒論 (一 )課題研究現(xiàn)狀 高性能膠結(jié)材料是混凝土技術(shù)的基礎(chǔ)，所以膠結(jié)材料的研究最終應(yīng)用于混凝土的技術(shù)革新 [13]。雖然 20 世紀(jì) 50 年代人們對(duì)粉煤灰、硅粉的作 用就有初步的認(rèn)識(shí)和簡(jiǎn)單的研究，卻是從 70 年代開始將其應(yīng)用于實(shí)際工程應(yīng)用中的，最開始是瑞典、挪威等國(guó)家在一部分地下礦井、北海油田、和港口碼頭等采用了粉煤灰或者硅粉混凝土， 1982 年，在伏諾維斯壩上，挪威正式實(shí)現(xiàn)了粉煤灰和硅粉混凝土筑壩 [13]，加拿大在魁北克建立硅粉和粉煤灰混凝土則是在 20 世紀(jì) 80 年代初，并試驗(yàn)研究了大體積粉煤灰、硅粉混凝土，拌制了 1 萬立方米高標(biāo)號(hào)的混凝土， 1983 年美國(guó)對(duì)奧里夫尼河上的卡查壩消力池也用硅粉和粉煤灰混凝土進(jìn)行了修補(bǔ)，效果顯著。而其他的國(guó)家同時(shí)也加緊了硅粉和粉煤灰混凝土的研究和應(yīng) 用 [14]。 然而硅粉和 粉煤灰 的研究歷史在我國(guó)卻并不長(zhǎng)，只有大約 20 年的時(shí)間， 1985 年在四川漁子溪二級(jí)電站中，水電部東勘測(cè)院研究所水電部第十工程局初次進(jìn)行了粉煤灰和硅灰的混凝土的試用，為了提高早期強(qiáng)度在廠房混凝土中摻加了 3%~7%的硅粉和 粉煤灰 ，并同時(shí)加快了模板的周轉(zhuǎn)，從而達(dá)到預(yù)期的理論效果，另外，為了減少混凝土的回彈量，摻加了 %的硅粉和 粉煤灰 在引水隧道的噴射混凝土中 [15]。葛洲壩泄水閘修補(bǔ)、龍羊峽泄水建筑物以及南科院在大伙房水庫等工程中都不同程度采用了粉煤灰和硅灰混凝土，效果很好 [16]。針對(duì)硅粉和 粉煤灰 混凝土的耐久性以及 粉煤灰、 硅灰水泥水藻灌漿材料，水利院也進(jìn)行了一些相應(yīng)的研究，并將硅粉 、粉煤灰水泥漿體 運(yùn)用在了潘家大壩溢流面的修復(fù)工程、四川和安康秋達(dá)電站導(dǎo)流泄洪洞修補(bǔ)以及二灘水電站基礎(chǔ)固結(jié)灌漿等大規(guī)模工程中 [17]。所有這一切，都表明在工程的應(yīng)用中，作為一種高性能混凝土，硅粉和粉煤灰混凝土越來越重要，從而也更多地關(guān)注于其強(qiáng)度與耐久性等性能的研究。 （二）課題研究意義 在土木工程持續(xù)高速發(fā)展的今天，對(duì)于混凝土材料的性能人們的要求也不斷提高，人們的需求普通混凝土已經(jīng)無法滿足 [18]。 除了對(duì)混凝土的較高強(qiáng)度有要求，其良好的耐久性和較高的工作性能也成為人們的希望。為了更好地滿足現(xiàn)代土木工程的需求，粉煤摻粉 煤灰和硅灰對(duì)高性能膠結(jié)材料抗折強(qiáng)度的影響 5 灰和硅粉混凝土成了一個(gè)很好的選擇。 （三）課題研究?jī)?nèi)容 1. 研究單摻粉煤灰水泥漿體各齡期、各摻量的抗壓強(qiáng)度。 2. 研究單摻硅灰水泥漿體各齡期、各摻量的抗壓強(qiáng)度。 3. 研究雙摻粉煤灰、硅灰水泥漿體各齡期、各摻量的抗折強(qiáng)度 。 （四）課題研究方法 1. 配置不同粉煤灰、硅灰配合比水泥漿體。 2. 分析不同配合比時(shí)間的破壞形態(tài)抗壓強(qiáng)度大小。 3. 進(jìn)行相關(guān)理論分析和預(yù)期效果的陳述。 4. 總結(jié)每個(gè)試驗(yàn)方案得 出的結(jié)果。 （五）課題研究路線 1. 確定研究項(xiàng)目名稱：摻粉煤灰和硅灰對(duì)高性能膠結(jié)材料抗壓強(qiáng)度的影響。 2. 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料報(bào)告，了解概述國(guó)內(nèi)外相應(yīng)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀。 3. 研究和分析研究的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵、發(fā)展趨勢(shì)以及未來前景。 4. 進(jìn)一步用試驗(yàn)來驗(yàn)證其科學(xué)性、可行性并得出結(jié)論。 5. 完善研究過程和結(jié)論完成項(xiàng)目的研究目的。 摻粉 煤灰和硅灰對(duì)高性能膠結(jié)材料抗折強(qiáng)度的影響 6 二、 試驗(yàn) （一）原料 1． 水泥 膠凝材料中非常重要的一部分。應(yīng)該根據(jù)膠結(jié)材料的工程性質(zhì)和特點(diǎn)，施工條件和工程環(huán)境條件來選擇水泥種類，并考慮不同水泥的特性來進(jìn)行合理的選擇 [19]。選擇水泥強(qiáng)度等級(jí)時(shí)應(yīng)該適應(yīng)于混凝土的設(shè)計(jì)等級(jí)。工程實(shí)踐證明，配制 C30 以下的水泥漿體，水泥強(qiáng)度的等級(jí)為水泥漿體強(qiáng)度等級(jí)的 ～ 倍，而配制 C40以上水泥漿體，水泥強(qiáng)度等級(jí)則為水泥漿體強(qiáng)度等級(jí)的 ～ 倍，而且要摻加適量的高效減水劑。 適當(dāng)成分的生料燒至熔融一部分，得到的主要成分為硅酸鈣的水泥熟料，摻加適量的石膏和 6%～ 15%的混合材料磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料叫做普通硅酸鈣水泥（建建簡(jiǎn)稱普通水泥），代號(hào)為 .[20]。硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥在工程中的應(yīng)用范圍相同。 普通硅 酸鹽水泥主要的性能特點(diǎn) ： （ 1） 后期強(qiáng)度高，但是早期強(qiáng)度較低。 （ 2） 水化熱略