粉煤灰和再生骨料對水工混凝土性能的試驗研究

吳 憲

(盤錦市水利服務中心,遼寧 盤錦 124010)

1 試驗方法

1.1 原材料

試驗選用“渤海牌”P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥,選用綏中電廠生產的F類Ⅱ級優質粉煤灰,鞍山建材廠生產的機制砂,廢燒結磚(Wb)和廢混凝土(Wc)經過顎式破碎機破碎而成的再生原料,最大粒徑≥10mm。

1.2 試驗條件

對不同品種的再生原料,試驗研究摻廢燒結磚的再生水工混凝土(WbHC)、摻廢混凝土的再生水工混凝土(WcHC)及摻兩種混合料的再生水工混凝土(WbcHC)性能受粉煤灰摻量的影響[1]。

在設計配合比時,保持水泥用量14%不變,設計20%、40%、60%、80%四種再生原料替代率,在配置相同混合料稠度的情況下探討10%、15%、20%、25%、30%粉煤灰摻量對再生水工混凝土的影響。根據以上配合比,準確計量水、人工砂、粉煤灰、水泥、廢燒結磚和廢混凝土再生原料,采用砂漿攪拌機均勻拌合3min后入模成型,成型尺寸160mm×40mm×40mm,為保證混合料密實度用膠砂振動臺振動2min。然后分組編號,在室內靜置24h后脫模,將各組試件放入60℃蒸汽養護環境中蒸養18h[2]。

1.3 測試方法

試驗參照《水泥膠砂強度檢驗方法》測試蒸養后試件的抗壓強度,依據《混凝土小型空心砌塊試驗方法》測試試件的吸水率和絕干密度。

2 結果與分析

2.1 不同粉煤灰摻量的WcHC性能

1)摻80%Wc的WcHC性能。設定Wc摻量80%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wc配制的WcHC性能及配合比如表1所示。

表1 摻5%粉煤灰的WcC性能(80%Wc用量)

結果顯示,在水泥和Wc用量不變的情況下,摻10%粉煤灰(等比例減少人工砂)可明顯增加WcHC抗壓強度,增幅為41.7%,并且WcHC的吸水率與絕干密度也發生一定的改變。將廢混凝土利用顎式破碎機加工后,Wc顆粒表面粗糙、多棱角,且具有較高的孔隙率,對WcHC密實度造成較大影響,其中摻80%Wc的拌合物密實度最差。

2)摻60%Wc的WcHC性能。從80%減少Wc用量至60%,相應地人工砂用量增大20%,不同粉煤灰摻量的WcHC性能及配合比如表2所示。

表2 不同粉煤灰摻量的WcC性能(60%Wc用量)

結果顯示,隨粉煤灰摻量增加WcHC的抗壓強度變化較為明顯,摻10%、15%、20%粉煤灰時WcHC抗壓強度較未摻組依次增加24.2%、23.4%和12.5%;持續增加粉煤灰摻量至25%時WcHC抗壓強度反而減小6.3%,說明WcHC抗壓強度與粉煤灰摻量之間存在最佳數值。

3)摻40%Wc的WcHC性能。設定Wc摻量40%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wc配制的WcHC性能及配合比如表3所示。

表3 不同粉煤灰摻量的WcC性能(40%Wc用量)

結果顯示,在不改變水泥和Wc用量的情況下,WcHC性能受粉煤灰摻量的影響規律與摻60%Wc時保持一致,但粉煤灰摻量對混合料拌合用水量、WcHC吸水率、絕干密度和抗壓強度的影響程度存在一定差異。

4)摻20%Wc的WcHC性能。設定Wc摻量20%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wc配制的WcHC性能及配合比如表4。

表4 不同粉煤灰摻量的WcC性能(20%Wc用量)

結果表明,摻10%、15%、20%、25%粉煤灰時WcHC抗壓強度較未摻組依次增加32.0%、31.1%、29.5%和20.5%,在設定摻量范圍內粉煤灰可以在不同程度上增強WcHC抗壓強度,但要使抗壓強度增幅最大仍然具有一適宜摻量[3]。WcHC混合料拌合用水量、吸水率、絕干密度與粉煤灰摻量的相關性和之前分析數據保持一致。

2.2 不同粉煤灰摻量的WbHC性能

1)摻80%Wb的WbHC性能。設定Wb摻量80%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wb配制的WbHC性能及配合比如表5所示。

表5 摻5%粉煤灰的Wb性能(80%Wc用量)

結果顯示,在水泥和Wb用量不變的情況下,摻10%粉煤灰(等比例減少人工砂)可明顯增加WcHC抗壓強度,增幅為64.5%,并且WcHC的吸水率維持不變,絕干密度有所增大。Wb相較于Wc具有更低表觀密度和更高的吸水率,所以WbHC與WcHC相比有更高的混合料拌合用水量和吸水率,更低的絕干密度,抗壓強度也明顯偏低。

2)摻60%Wb的WbHC性能。從80%減少Wb用量至60%,相應地人工砂用量增大20%,不同粉煤灰摻量的WbHC性能及配合比如表6所示。

表6 不同粉煤灰摻量的WcC性能(60%Wb用量)

結果顯示,摻10%、15%、20%、25%粉煤灰時WbHC抗壓強度較未摻組依次增加60.0%、76.5%、74.1%和58.8%,摻15%粉煤灰時WbHC抗壓強度最高為15.0MPa。隨粉煤灰摻量的增加WbHC抗壓強度變化規律與WcHC相似,但在相同摻量條件下WbHC抗壓強度增幅明顯>WcHC,如圖1所示。

圖1 不同粉煤灰摻量抗壓強度增幅(60%Wb和Wc)

隨粉煤灰摻量的增加WbHC混合料拌合用水量、吸水率、絕干密度變化規律與WcHC基本一致,摻25%粉煤灰時WbHC混合料拌合用水量、吸水率較未摻組提高18.3%和16.1%,絕干密度減小5.5%,這與WbHC混合料拌合用水量和吸水率較高、絕干密度較低密切相關[4-5]。

3)摻40%Wb的WbHC性能。設定Wb摻量40%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wb配制的WbHC性能及配合比如表7所示。

表7 不同粉煤灰摻量的WbC性能(40%Wb用量)

結果顯示,摻10%、15%、20%、25%、30%粉煤灰時WbHC抗壓強度較未摻組依次增加39.8%、66.9%、42.9%、38.8%和28.6%,摻15%粉煤灰時WbHC抗壓強度最高為14.4MPa。隨粉煤灰摻量的增加WbHC抗壓強度變化規律與60%Wb相似,但在相同摻量條件下前者的抗壓強度增幅相對較低。

4)摻20%Wb的WbHC性能。設定Wb摻量20%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wb配制的WbHC性能及配合比如表8所示。

表8 不同粉煤灰摻量的WbC性能(20%Wb用量)

結果顯示,摻10%、15%、20%、25%、30%粉煤灰時WbHC抗壓強度較未摻組依次增加40.9%、37.1%、33.3%、31.4%和27.6%,摻10%粉煤灰時WbHC抗壓強度最高為14.8MPa。隨粉煤灰摻量的增加WbHC抗壓強度變化規律與60%及40%Wb相似,但WbHC抗壓強度增幅隨著Wb用量的減小而降低。隨粉煤灰摻量的增加WbHC混合料拌合用水量、吸水率、絕干密度變化規律與60%及40%Wb基本一致。

2.3 不同粉煤灰摻量的WcbHC性能

1)混合再生原料總量60%。WcbH抗壓強度隨粉煤灰摻量增加的變化趨勢,如圖2所示。

圖2 不同粉煤灰摻量抗壓強度(60%Wb、Wc)

結果表明,對于不同組成比例的混合再生原料,粉煤灰的摻入均會在不同程度上提高WcbHC抗壓強度,但組成比例的改變影響了隨粉煤灰摻量增加WcbHC抗壓強度的變化趨勢:當Wc含量高于Wb時隨粉煤灰摻量增加WcbHC抗壓強度增大,超過適宜摻量10%后粉煤灰摻量的進一步增加反而會降低WcbHC抗壓強度,變化趨勢與WcHC相似;摻Wb含量較高時隨粉煤灰摻量增加WcbHC抗壓強度逐漸增大。因此,粉煤灰對增強WcbHC抗壓強度的作用效果會受再生原料組成的影響。

WcbHC拌合用水量、吸水性、絕干密度與粉煤灰摻量之間的關系如圖3所示。

圖3 不同粉煤灰摻量絕干密度、吸水率和拌合用水量(60%Wb、Wc)

結果表明,隨粉煤灰摻量的增加WcbHC絕干密度逐漸減少,混合料拌合用水量和吸水率逐漸增大,該變化趨勢與WcHC、WbHc基本相同。

2)混合再生原料總量40%。隨著粉煤灰摻量(10%～20%之間)的增加WcbHC抗壓強度不斷增大如圖4所示,40%混合原料總量時粉煤灰對增強WcbHC抗壓強度的作用效果明顯優于60%時。進一步增大粉煤灰摻量到25%,隨粉煤灰摻量增加Wc含量較高的WcbHC抗壓強度逐漸減小,而Wb含量較高時逐漸增大并趨于穩定。因此,研究認為無論組成比例如何改變,進一步增加粉煤灰摻量均會降低WcbHC抗壓強度。

圖4 不同粉煤灰摻量抗壓強度、(40%Wb、Wc)

隨粉煤灰摻量的增加WcbHC絕干密度逐漸減少,混合料拌合用水量和吸水率逐漸增大,該變化趨勢與WcHC、WbHc基本相同,WcbHC拌合用水量、吸水性、絕干密度與粉煤灰摻量之間的關系如圖5所示。

圖5 不同粉煤灰摻量絕干密度、吸水率和拌合用水量(40%Wb、Wc)

3)混合再生原料總量20%。20%混合原料總量時WcbHC混合料拌合用水量、吸水率、絕干密度、抗壓強度受粉煤灰摻量的影響與60%及40%時基本相同,但該條件下粉煤灰對增強WcbHC抗壓強度的作用更顯著,如表9～10所示。

表9 不同粉煤灰摻量的WcbC性能(15%Wc、5%Wb用量)

表10 不同粉煤灰摻量的WcbC性能(5%Wc、15%Wb用量)

綜上分析,將粉煤灰摻入WcbHC中,其性能變化特征與WbHC、WcHC基本相同,主要體現在以下方面:①較高摻量條件下,粉煤灰仍然具有明顯的增強WcbHC抗壓強度的作用,且抗壓強度增幅隨著再生原料用量的減小而提高;②隨再生原料用量的增大粉煤灰適宜摻量逐漸增大。

3 結 論

1)摻入適量的粉煤灰能夠增強再生水工混凝土強度,不同配合比、不同再生原料組成時的最佳粉煤灰摻量存在一定差異。再生原料用量和組成對粉煤灰增強效果及混凝土強度發展趨勢產生影響。

2)再生水工混凝土絕干密度隨著粉煤灰摻量的增加表現出先增大后減小的變化趨勢,摻10%粉煤灰時絕干密度有最大值。抗壓強度和絕干密度達到最大值時的粉煤灰適宜摻量不同,隨粉煤灰摻量增加混合料拌合用水量和吸水率明顯增大。因此,在實際工程應用時,應綜合考慮經濟性、生產工藝、再生混凝土性能等因素合理確定最佳粉煤灰摻量。