粉煤灰混凝土在高溫?zé)岷λ矶粗性缙谒匦匝芯?/h1>
2018-08-30 07:05:42李燕波
水利科技與經(jīng)濟(jì) 2018年2期
李燕波
(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)
近年來，隨著地下工程的增多，高溫?zé)岷λ矶粗饾u成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。高溫?zé)岷λ矶粗幸r砌混凝土直接接觸高溫巖體，施工過程中極易出現(xiàn)假凝、不均勻鈣化等現(xiàn)象，混凝土的性能難以保證[1]。已有研究對(duì)于高溫?zé)岷λ矶匆r砌混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、彈性模量等基本力學(xué)性能[2-3]和混凝土的耐久性[4]進(jìn)行了一定的研究，對(duì)熱害隧洞噴射混凝土的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)行為[5-6]、粘結(jié)強(qiáng)度[7]等也有部分研究，但是對(duì)于高溫養(yǎng)護(hù)條件下隧洞襯砌混凝土的早期水化特性還鮮有報(bào)道。鑒于此，本文通過測(cè)量混凝土膠凝材料水化放熱、觀察漿體顯微形態(tài)、對(duì)漿體進(jìn)行能譜測(cè)試等方法，對(duì)粉煤灰混凝土膠凝材料在不同產(chǎn)量下的早期水化特性進(jìn)行研究。
1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)原材料
試驗(yàn)采用P.O42.4R級(jí)水泥；粉煤灰采用電廠的I級(jí)粉煤灰，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ 146-1990)的要求；兩種材料的化學(xué)組成及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1。
表1 水泥、粉煤灰的化學(xué)組成及技術(shù)指標(biāo)
與P.O42.4R級(jí)水泥相比，粉煤灰化學(xué)組成中的硅、鋁、鐵、硫、鈉、鉀等元素含量高，而鈣、鎂等元素含量稍低。實(shí)驗(yàn)水泥的比表面積為345 m2/kg；粉煤灰的比表面積為418 m2/kg，使用激光粒度分析儀測(cè)定水泥和粉煤灰的粒徑分布，見圖1。
圖1 水泥粉煤灰粒徑分布圖
由圖1可知，粉煤灰的粒徑分布與水泥的粒徑分布基本相同，主要集中分布于3～65 μm之間，但粉煤灰的細(xì)顆粒含量較多而大顆粒含量較少。
1.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
新疆齊熱哈塔爾水電站引水隧洞施工時(shí)遇到高溫地?zé)釣?zāi)害，隧洞貫通后巖壁平均溫度約為60℃。因此，試驗(yàn)擬在60℃的養(yǎng)護(hù)溫度下，研究粉煤灰膠凝材料的水化特性；試驗(yàn)中膠凝材料的水膠比為0.42，分別用20%(F20)、40%(F40)粉煤灰等質(zhì)量代替水泥，試驗(yàn)中使用純水泥(F0)作為對(duì)照組。使用5 mL塑料離心管密封膠凝材料，待試件成型后置于60±3℃、適度≥95%的恒溫恒濕環(huán)境進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每組試驗(yàn)制作3個(gè)試件，采用3個(gè)試件測(cè)試的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。
2 試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)果分析
2.1 高溫環(huán)境下粉煤灰摻量對(duì)水化熱的影響
圖2為水泥、粉煤灰膠凝材料的水化熱放熱速率曲線和放熱總量曲線，圖2可反映膠凝材料的早期水化放熱進(jìn)程。混凝土膠凝材料的水化進(jìn)程可以分為5個(gè)基本階段，分別為誘導(dǎo)前期、誘導(dǎo)期、水化加速期、水化減速期以及水化穩(wěn)定期。由圖2(a)可以看出，當(dāng)膠凝材料與拌和用水接觸后，即進(jìn)入誘導(dǎo)前期并產(chǎn)生一個(gè)放熱峰值，F(xiàn)0、F20、F40三組試件的放熱峰值分別為20.1、31.7和24.3.J/(gh)-1。這一階段摻粉煤灰反而會(huì)短暫導(dǎo)致水化放熱增加，這是由于粉煤灰拌和水后立刻釋放表面能以及大量鈣礬石生成所導(dǎo)致的[8]。此階段較為短暫，并不能說明膠凝材料的水化熱過程。進(jìn)入誘導(dǎo)期后，可以明顯看到隨著粉煤摻量的增大誘導(dǎo)期的峰值降低、誘導(dǎo)期出現(xiàn)的時(shí)間推后，這是由于粉煤灰等質(zhì)量代替水泥后，膠凝材料的水化放熱總量以及速率均有所降低。粉煤灰摻量對(duì)于水化加速期、水化減速期以及水化穩(wěn)定期的影響不大。
圖2 膠凝材料的水化放熱速率和總放熱量
由圖2(b)可以看到，隨著粉煤灰摻量的增加，膠凝材料不同時(shí)段的水化放熱不斷減小。粉煤灰摻量為零時(shí)漿體90 h總放熱量為318 J；粉煤灰摻量為20%、40%時(shí)，其總放熱量?jī)H為純水泥漿體的86%和67%。
C-S-H 凝膠作為水泥漿體中最重要的組成之一，其數(shù)量的多少、質(zhì)量的好壞是影響漿體性能的關(guān)鍵因素之一。因此，對(duì)硬化漿體進(jìn)行能譜測(cè)試，并對(duì)每個(gè)斷面進(jìn)行25次能譜分析，結(jié)果見圖3。圖3表明，隨著粉煤灰摻量的增大，漿體的鈣硅比不斷減小，而且粉煤灰摻量越大鈣硅比減小幅度越大。
圖3 膠凝材料的鈣硅比
2.2 水化產(chǎn)物
圖4為不同粉煤灰摻量時(shí)漿體在溫度60℃、濕度95%條件下養(yǎng)護(hù)1 d時(shí)X射線衍射分析結(jié)果，圖4中A表示Ca(OH)2，B表示C3S，C表示C2S，D表示莫來石，E表示低溫型石英。由圖4可看出，高溫環(huán)境中水化進(jìn)行一天時(shí)，漿體已產(chǎn)生大量的水化產(chǎn)物。但隨著粉煤灰摻量的增加，其各產(chǎn)物的峰值明顯降低且有稍微推遲的趨勢(shì)，這說明粉煤灰對(duì)于減緩膠凝材料水化速度有一定作用。已有研究[9]表明，在高溫環(huán)境中混凝土的水化速度會(huì)隨溫度的增大而加快，由于水化速度過快從而導(dǎo)致高溫下混凝土較同期常溫混凝土中存在更多的C-S-H纖維，但凝膠質(zhì)量較差，并導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度較高而后期強(qiáng)度較差。測(cè)定高溫環(huán)境下養(yǎng)護(hù)1 d時(shí)，F(xiàn)0、F20和F40的抗折強(qiáng)度分別為4.91、3.37和2.81 MPa。由此可見，在高溫環(huán)境中摻入粉煤灰不僅可以延緩水化速度而且對(duì)提高混凝土性能有一定貢獻(xiàn)。
圖4 膠凝材料的水化產(chǎn)物
3 結(jié) 論
1) 60℃高溫環(huán)境中，粉煤灰等質(zhì)量代替水泥后，漿體的水化進(jìn)程與純水泥水化進(jìn)程相比可以推遲誘導(dǎo)期出現(xiàn)時(shí)間并降低其峰值，粉煤的摻入可減緩膠凝材料的水化放熱速率并降低總量。
2) 水化反應(yīng)進(jìn)行1 d后，純水泥漿體中有大量Ca(OH)2、C-S-H凝膠和未水化的水泥顆粒，摻入粉煤灰后，Ca(OH)2、Ca/Si和漿體抗折強(qiáng)度有所降低，二者水化產(chǎn)物基本相同。
3) 高溫環(huán)境中，摻粉煤灰對(duì)提高混凝土性能有一定貢獻(xiàn)。
猜你喜歡
煅燒高鎂磷尾礦制備硫氧鎂膠凝材料建材發(fā)展導(dǎo)向(2022年4期)2022-03-16 06:11:34 基于復(fù)合膠凝材料的CO2礦化養(yǎng)護(hù)實(shí)驗(yàn)研究能源工程(2021年3期)2021-08-05 07:26:04 隧洞止水帶安裝質(zhì)量控制探討建材發(fā)展導(dǎo)向(2021年12期)2021-07-22 08:06:58 滇中引水工程大理段首條隧洞順利貫通水泵技術(shù)(2021年2期)2021-01-24 12:18:14 漿體輸送中彎管磨損原因分析及預(yù)防措施昆鋼科技(2020年5期)2021-01-04 01:41:24 油氣井用合成樹脂膠凝材料研究綜述鉆井液與完井液(2018年5期)2018-02-13 01:06:34 自密實(shí)混凝土在水工隧洞襯砌中的應(yīng)用水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)(2017年6期)2017-07-18 10:56:26 K+和Na+在C3S-納米SiO2漿體上的吸附和脫附特性硅酸鹽通報(bào)(2016年9期)2016-11-10 10:30:37 長(zhǎng)距離漿體管道正排量泵智能協(xié)同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)(2016年6期)2016-04-17 06:42:46 混合量熱法測(cè)定水合物漿體蓄冷密度制冷學(xué)報(bào)(2014年6期)2014-03-01 03:07:41
李燕波
(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)
近年來，隨著地下工程的增多，高溫?zé)岷λ矶粗饾u成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。高溫?zé)岷λ矶粗幸r砌混凝土直接接觸高溫巖體，施工過程中極易出現(xiàn)假凝、不均勻鈣化等現(xiàn)象，混凝土的性能難以保證[1]。已有研究對(duì)于高溫?zé)岷λ矶匆r砌混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、彈性模量等基本力學(xué)性能[2-3]和混凝土的耐久性[4]進(jìn)行了一定的研究，對(duì)熱害隧洞噴射混凝土的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)行為[5-6]、粘結(jié)強(qiáng)度[7]等也有部分研究，但是對(duì)于高溫養(yǎng)護(hù)條件下隧洞襯砌混凝土的早期水化特性還鮮有報(bào)道。鑒于此，本文通過測(cè)量混凝土膠凝材料水化放熱、觀察漿體顯微形態(tài)、對(duì)漿體進(jìn)行能譜測(cè)試等方法，對(duì)粉煤灰混凝土膠凝材料在不同產(chǎn)量下的早期水化特性進(jìn)行研究。
1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)原材料
試驗(yàn)采用P.O42.4R級(jí)水泥；粉煤灰采用電廠的I級(jí)粉煤灰，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ 146-1990)的要求；兩種材料的化學(xué)組成及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1。
表1 水泥、粉煤灰的化學(xué)組成及技術(shù)指標(biāo)
與P.O42.4R級(jí)水泥相比，粉煤灰化學(xué)組成中的硅、鋁、鐵、硫、鈉、鉀等元素含量高，而鈣、鎂等元素含量稍低。實(shí)驗(yàn)水泥的比表面積為345 m2/kg；粉煤灰的比表面積為418 m2/kg，使用激光粒度分析儀測(cè)定水泥和粉煤灰的粒徑分布，見圖1。
圖1 水泥粉煤灰粒徑分布圖
由圖1可知，粉煤灰的粒徑分布與水泥的粒徑分布基本相同，主要集中分布于3～65 μm之間，但粉煤灰的細(xì)顆粒含量較多而大顆粒含量較少。
1.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
新疆齊熱哈塔爾水電站引水隧洞施工時(shí)遇到高溫地?zé)釣?zāi)害，隧洞貫通后巖壁平均溫度約為60℃。因此，試驗(yàn)擬在60℃的養(yǎng)護(hù)溫度下，研究粉煤灰膠凝材料的水化特性；試驗(yàn)中膠凝材料的水膠比為0.42，分別用20%(F20)、40%(F40)粉煤灰等質(zhì)量代替水泥，試驗(yàn)中使用純水泥(F0)作為對(duì)照組。使用5 mL塑料離心管密封膠凝材料，待試件成型后置于60±3℃、適度≥95%的恒溫恒濕環(huán)境進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每組試驗(yàn)制作3個(gè)試件，采用3個(gè)試件測(cè)試的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。
2 試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)果分析
2.1 高溫環(huán)境下粉煤灰摻量對(duì)水化熱的影響
圖2為水泥、粉煤灰膠凝材料的水化熱放熱速率曲線和放熱總量曲線，圖2可反映膠凝材料的早期水化放熱進(jìn)程。混凝土膠凝材料的水化進(jìn)程可以分為5個(gè)基本階段，分別為誘導(dǎo)前期、誘導(dǎo)期、水化加速期、水化減速期以及水化穩(wěn)定期。由圖2(a)可以看出，當(dāng)膠凝材料與拌和用水接觸后，即進(jìn)入誘導(dǎo)前期并產(chǎn)生一個(gè)放熱峰值，F(xiàn)0、F20、F40三組試件的放熱峰值分別為20.1、31.7和24.3.J/(gh)-1。這一階段摻粉煤灰反而會(huì)短暫導(dǎo)致水化放熱增加，這是由于粉煤灰拌和水后立刻釋放表面能以及大量鈣礬石生成所導(dǎo)致的[8]。此階段較為短暫，并不能說明膠凝材料的水化熱過程。進(jìn)入誘導(dǎo)期后，可以明顯看到隨著粉煤摻量的增大誘導(dǎo)期的峰值降低、誘導(dǎo)期出現(xiàn)的時(shí)間推后，這是由于粉煤灰等質(zhì)量代替水泥后，膠凝材料的水化放熱總量以及速率均有所降低。粉煤灰摻量對(duì)于水化加速期、水化減速期以及水化穩(wěn)定期的影響不大。
圖2 膠凝材料的水化放熱速率和總放熱量
由圖2(b)可以看到，隨著粉煤灰摻量的增加，膠凝材料不同時(shí)段的水化放熱不斷減小。粉煤灰摻量為零時(shí)漿體90 h總放熱量為318 J；粉煤灰摻量為20%、40%時(shí)，其總放熱量?jī)H為純水泥漿體的86%和67%。
C-S-H 凝膠作為水泥漿體中最重要的組成之一，其數(shù)量的多少、質(zhì)量的好壞是影響漿體性能的關(guān)鍵因素之一。因此，對(duì)硬化漿體進(jìn)行能譜測(cè)試，并對(duì)每個(gè)斷面進(jìn)行25次能譜分析，結(jié)果見圖3。圖3表明，隨著粉煤灰摻量的增大，漿體的鈣硅比不斷減小，而且粉煤灰摻量越大鈣硅比減小幅度越大。
圖3 膠凝材料的鈣硅比
2.2 水化產(chǎn)物
圖4為不同粉煤灰摻量時(shí)漿體在溫度60℃、濕度95%條件下養(yǎng)護(hù)1 d時(shí)X射線衍射分析結(jié)果，圖4中A表示Ca(OH)2，B表示C3S，C表示C2S，D表示莫來石，E表示低溫型石英。由圖4可看出，高溫環(huán)境中水化進(jìn)行一天時(shí)，漿體已產(chǎn)生大量的水化產(chǎn)物。但隨著粉煤灰摻量的增加，其各產(chǎn)物的峰值明顯降低且有稍微推遲的趨勢(shì)，這說明粉煤灰對(duì)于減緩膠凝材料水化速度有一定作用。已有研究[9]表明，在高溫環(huán)境中混凝土的水化速度會(huì)隨溫度的增大而加快，由于水化速度過快從而導(dǎo)致高溫下混凝土較同期常溫混凝土中存在更多的C-S-H纖維，但凝膠質(zhì)量較差，并導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度較高而后期強(qiáng)度較差。測(cè)定高溫環(huán)境下養(yǎng)護(hù)1 d時(shí)，F(xiàn)0、F20和F40的抗折強(qiáng)度分別為4.91、3.37和2.81 MPa。由此可見，在高溫環(huán)境中摻入粉煤灰不僅可以延緩水化速度而且對(duì)提高混凝土性能有一定貢獻(xiàn)。
圖4 膠凝材料的水化產(chǎn)物
3 結(jié) 論
1) 60℃高溫環(huán)境中，粉煤灰等質(zhì)量代替水泥后，漿體的水化進(jìn)程與純水泥水化進(jìn)程相比可以推遲誘導(dǎo)期出現(xiàn)時(shí)間并降低其峰值，粉煤的摻入可減緩膠凝材料的水化放熱速率并降低總量。
2) 水化反應(yīng)進(jìn)行1 d后，純水泥漿體中有大量Ca(OH)2、C-S-H凝膠和未水化的水泥顆粒，摻入粉煤灰后，Ca(OH)2、Ca/Si和漿體抗折強(qiáng)度有所降低，二者水化產(chǎn)物基本相同。
3) 高溫環(huán)境中，摻粉煤灰對(duì)提高混凝土性能有一定貢獻(xiàn)。
猜你喜歡
建材發(fā)展導(dǎo)向(2022年4期)2022-03-16 06:11:34
能源工程(2021年3期)2021-08-05 07:26:04
建材發(fā)展導(dǎo)向(2021年12期)2021-07-22 08:06:58
水泵技術(shù)(2021年2期)2021-01-24 12:18:14
昆鋼科技(2020年5期)2021-01-04 01:41:24
鉆井液與完井液(2018年5期)2018-02-13 01:06:34
水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)(2017年6期)2017-07-18 10:56:26
硅酸鹽通報(bào)(2016年9期)2016-11-10 10:30:37
工業(yè)設(shè)計(jì)(2016年6期)2016-04-17 06:42:46
制冷學(xué)報(bào)(2014年6期)2014-03-01 03:07:41
