燒失量和細度對粉煤灰漿體流變特性的影響

譚鹽賓,李化建,謝永江,易忠來

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所,北京 100081)

粉煤灰具有良好的火山灰效應、形態效應和微集料填充效應[1-3],已成為高性能混凝土中不可或缺的組分。滿足現行標準中細度、燒失量、需水量比等要求的粉煤灰得到了廣泛應用。隨著大量基礎設施,如高速鐵路、核電、水利工程的建設,滿足規范要求的粉煤灰日益緊缺,而某項指標不滿足相關規范(如細度太大、燒失量超標)的粉煤灰卻由于受傳統觀念和現行標準的限制而大量堆積。為擴大高性能混凝土用粉煤灰資源,選擇不同細度和燒失量的粉煤灰為研究對象,以凈漿流動度與馬歇爾流出時間為評價指標,探討細度和燒失量對粉煤灰漿體的流變特性的影響規律,以期為粉煤灰資源充分利用以及粉煤灰相關技術指標修改提供參考。

1 原材料性能試驗

目前,對于低品質粉煤灰(以下稱作灰渣)的利用,一般是將其進行再細磨,通過改變粉煤灰形貌以及粒度分布提高其各項性能[5-6]。雖然這種方法效果較好,但需要再細磨,增加了生產成本和能耗。原狀低品質粉煤灰燒失量和細度指標與優質粉煤灰相比相差較大,如直接替代優質粉煤灰或對混凝土拌和物性能和硬化混凝土性能有影響。本文試圖從燒失量、細度對低品質粉煤灰流變性能影響的角度,初步探討燒失量和細度對粉煤灰漿體流變性的影響規律,為低品質粉煤灰利用提供參考意見。

1.1 試驗方法

1)粉煤灰凈漿流動度和馬歇爾流出時間試驗分別參照《水泥與減水劑相容性試驗方法》(J C T 1083—2008)中的凈漿流動度法和馬歇爾法進行。

2)粉煤灰粒度分布試驗采用美國馬爾文H y d r o 2000M u型激光粒度分析儀進行測試。

1.2 原材料性能試驗

選擇三種具有較好可比性的粉煤灰進行試驗,其中編號 F 1和 F 2的兩種粉煤灰細度相近,燒失量相差較大;編號F 0和 F 2兩種粉煤灰燒失量均較小,但細度相差較大。三種粉煤灰的性能測試結果見表1,粉煤灰粒徑分布特征值見表2,顆粒粒度分布曲線如圖1所示。

表1 粉煤灰的性能指標 %

表2 粉煤灰粒度分布特征值 μ m

圖1 粉煤灰顆粒粒度分布曲線

2 粉煤灰漿體流變特性試驗研究

2.1 燒失量和細度對粉煤灰減水作用的影響

圖2為減水劑摻量對粉煤灰凈漿流動度的影響結果。由圖2可知:①隨著減水劑摻量增加,粉煤灰漿體流動度逐漸增大;當減水劑摻量達到 1.0%時,其流動度增加幅度減緩,表明已接近飽和點摻量;②在飽和點摻量范圍內,三種粉煤灰凈漿流動度隨減水劑摻量增加而增大;在相同減水劑摻量情況下,粉煤灰 F 2的流動度最大,而F 1的流動度最小。結合表1的性能結果可知,粉煤灰 F 2與 F 1細度均較粗,但 F 2燒失量遠小于 F 1;F 2細度大大粗于 F 0,但 F 2燒失量卻小于 F 0。因而,試驗結果表明燒失量對粉煤灰在漿體中減水作用起著主要作用。

圖2 減水劑摻量對粉煤灰凈漿流動度的影響

2.2 燒失量和細度對粉煤灰漿體流變性的影響

圖3、圖4分別為灰渣不同摻量時粉煤灰水泥凈漿流動度和馬歇爾流出時間試驗結果。粉煤灰摻量分別為 0、30%、50%、60%和 70%。由圖3結果可知,①隨著摻量增加,粉煤灰 F 1和 F 2流動度變化均呈降低趨勢,但 F 2的流動度降低幅度很小,摻量 30%時流動度為 280 mm,摻量 70%時仍有 262 mm;而 F 1的流動度降低幅度卻很大,摻量 30%時流動度為 229 mm,摻量 70%時已降低至 160 mm;②粉煤灰 F 2的流動度與F 0的流動度相當,但隨摻量的增加,二者流動度變化呈不同規律,對F 2而言,隨摻量增加,漿體流動性逐漸降低;而對 F 0,當摻量較低時(30%),漿體流動度最小,且比不摻粉煤灰的純水泥漿體流動度還小,其后隨摻量增加,漿體流動性逐漸增大。圖4所示馬歇爾流出時間也呈現相似規律,即燒失量低的粉煤灰 F 2與F 0的變化趨勢與幅度相近,而燒失量高的粉煤灰 F 1則隨摻量增加,其流出時間大幅延長,當摻量達到60%后,其流出時間遠超過 900 s,基本無法流出,表明其漿體黏度增大。

圖3 灰渣不同摻量時粉煤灰水泥凈漿的流動度

圖4 灰渣不同摻量時粉煤灰水泥凈漿的馬歇爾流出時間

通過三種粉煤灰的性能差異的比較可以看出,在粉煤灰漿體流動性的影響因素中,燒失量的影響程度最大,而細度的影響則較為有限。當粉煤灰具有較低的燒失量時,即便細度較大,粉煤灰漿體仍可具有較好的流動性,即該粉煤灰仍具有較好的減水效果。當然,這也并不意味著細度對粉煤灰漿體流變性能沒有影響,粉煤灰F 2與 F 0在流動度相當的情況下,二者馬歇爾流出時間隨摻量增加而表現出明顯差別,說明對 F 2而言,隨其摻量增加,漿體馬歇爾流出時間顯著增加,即漿體黏度變大;而對 F 0而言,隨其摻量增加,漿體馬歇爾流出時間卻僅有小幅度增加。

2.3 燒失量和細度對粉煤灰漿體流動保持性的影響

圖5、圖6分別是粉煤灰 F 1和 F 2的凈漿經時流動度和馬歇爾流出時間試驗結果。由圖5(a)、圖6(a)可知,摻入粉煤灰會引起漿體流動性經時損失的輕度增加,這與純水泥漿體所表現出的流動性經時變化則剛好相反:純水泥漿體的流動性隨時間增加呈增大趨勢。可以認為在水化初期,水泥顆粒本身對減水劑和自由水的吸附作用小,而粉煤灰顆粒則有較大的吸附作用,從而造成摻粉煤灰漿體流動性的經時損失增大。由圖5(b)、圖6(b)可以看出,隨著粉煤灰摻量增加,F 1漿體的馬歇爾流出時間顯著增加,當摻量超過 50%后,F 1漿體基本無法從馬歇爾流出儀中流出;而 F 2漿體的馬歇爾流出時間則在較低范圍內,說明細度相當時,燒失量對粉煤灰漿體黏度有顯著影響。

圖5 粉煤灰F 1漿體流動性經時損失結果

圖6 粉煤灰F 2漿體流動性經時損失結果

3 結論

在本試驗范圍內,通過對 3種不同品質粉煤灰物理性能和流變性能的試驗,可以初步得出下述結論:

1)在對粉煤灰流變特性的影響因素中,燒失量的影響程度大大高于細度,即細度相當時,粉煤灰燒失量越小,其漿體的流動度值越大,馬歇爾流出時間越短;

2)當燒失量較小時,即使粉煤灰細度較大(即粒度較粗),仍具有與Ⅰ級粉煤灰相當的減水能力。這也反映出在選用粉煤灰時,只要燒失量指標滿足標準要求,可適當放寬對細度的上限要求,即可拓寬粉煤灰料源的范圍。

[1]錢覺時.粉煤灰特性與粉煤灰混凝土[M].北京:科學出版社,2004.

[2]王述銀,賈理利,董維佳.Ⅰ級粉煤灰的減水特性[J].粉煤灰,2001(3):12-14.

[3]黃兆龍,湛淵源.粉煤灰的物理和化學性質[J].粉煤灰綜合利用,2003(4):3-8.

[4]趙國堂,李化建.高速鐵路高性能混凝土應用管理技術[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

[5]周士瓊,李益進,尹健,等.超細粉煤灰的性能研究[J].硅酸鹽學報,2003,31(5):513-516.

[6]蘇達根,初昆明,孫濤.分選與磨細粉煤灰對水泥膠砂性能的影響[J].水泥,2006(4):7-9.