烧失量和细度对粉煤灰浆体流变特性的影响

谭盐宾,李化建,谢永江,易忠来

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081)

粉煤灰具有良好的火山灰效应、形态效应和微集料填充效应[1-3],已成为高性能混凝土中不可或缺的组分。满足现行标准中细度、烧失量、需水量比等要求的粉煤灰得到了广泛应用。随着大量基础设施,如高速铁路、核电、水利工程的建设,满足规范要求的粉煤灰日益紧缺,而某项指标不满足相关规范(如细度太大、烧失量超标)的粉煤灰却由于受传统观念和现行标准的限制而大量堆积。为扩大高性能混凝土用粉煤灰资源,选择不同细度和烧失量的粉煤灰为研究对象,以净浆流动度与马歇尔流出时间为评价指标,探讨细度和烧失量对粉煤灰浆体的流变特性的影响规律,以期为粉煤灰资源充分利用以及粉煤灰相关技术指标修改提供参考。

1 原材料性能试验

目前,对于低品质粉煤灰(以下称作灰渣)的利用,一般是将其进行再细磨,通过改变粉煤灰形貌以及粒度分布提高其各项性能[5-6]。虽然这种方法效果较好,但需要再细磨,增加了生产成本和能耗。原状低品质粉煤灰烧失量和细度指标与优质粉煤灰相比相差较大,如直接替代优质粉煤灰或对混凝土拌和物性能和硬化混凝土性能有影响。本文试图从烧失量、细度对低品质粉煤灰流变性能影响的角度,初步探讨烧失量和细度对粉煤灰浆体流变性的影响规律,为低品质粉煤灰利用提供参考意见。

1.1 试验方法

1)粉煤灰净浆流动度和马歇尔流出时间试验分别参照《水泥与减水剂相容性试验方法》(J C T 1083—2008)中的净浆流动度法和马歇尔法进行。

2)粉煤灰粒度分布试验采用美国马尔文H y d r o 2000M u型激光粒度分析仪进行测试。

1.2 原材料性能试验

选择三种具有较好可比性的粉煤灰进行试验,其中编号 F 1和 F 2的两种粉煤灰细度相近,烧失量相差较大;编号F 0和 F 2两种粉煤灰烧失量均较小,但细度相差较大。三种粉煤灰的性能测试结果见表1,粉煤灰粒径分布特征值见表2,颗粒粒度分布曲线如图1所示。

表1 粉煤灰的性能指标 %

表2 粉煤灰粒度分布特征值 μ m

图1 粉煤灰颗粒粒度分布曲线

2 粉煤灰浆体流变特性试验研究

2.1 烧失量和细度对粉煤灰减水作用的影响

图2为减水剂掺量对粉煤灰净浆流动度的影响结果。由图2可知:①随着减水剂掺量增加,粉煤灰浆体流动度逐渐增大;当减水剂掺量达到 1.0%时,其流动度增加幅度减缓,表明已接近饱和点掺量;②在饱和点掺量范围内,三种粉煤灰净浆流动度随减水剂掺量增加而增大;在相同减水剂掺量情况下,粉煤灰 F 2的流动度最大,而F 1的流动度最小。结合表1的性能结果可知,粉煤灰 F 2与 F 1细度均较粗,但 F 2烧失量远小于 F 1;F 2细度大大粗于 F 0,但 F 2烧失量却小于 F 0。因而,试验结果表明烧失量对粉煤灰在浆体中减水作用起着主要作用。

图2 减水剂掺量对粉煤灰净浆流动度的影响

2.2 烧失量和细度对粉煤灰浆体流变性的影响

图3、图4分别为灰渣不同掺量时粉煤灰水泥净浆流动度和马歇尔流出时间试验结果。粉煤灰掺量分别为 0、30%、50%、60%和 70%。由图3结果可知,①随着掺量增加,粉煤灰 F 1和 F 2流动度变化均呈降低趋势,但 F 2的流动度降低幅度很小,掺量 30%时流动度为 280 mm,掺量 70%时仍有 262 mm;而 F 1的流动度降低幅度却很大,掺量 30%时流动度为 229 mm,掺量 70%时已降低至 160 mm;②粉煤灰 F 2的流动度与F 0的流动度相当,但随掺量的增加,二者流动度变化呈不同规律,对F 2而言,随掺量增加,浆体流动性逐渐降低;而对 F 0,当掺量较低时(30%),浆体流动度最小,且比不掺粉煤灰的纯水泥浆体流动度还小,其后随掺量增加,浆体流动性逐渐增大。图4所示马歇尔流出时间也呈现相似规律,即烧失量低的粉煤灰 F 2与F 0的变化趋势与幅度相近,而烧失量高的粉煤灰 F 1则随掺量增加,其流出时间大幅延长,当掺量达到60%后,其流出时间远超过 900 s,基本无法流出,表明其浆体黏度增大。

图3 灰渣不同掺量时粉煤灰水泥净浆的流动度

图4 灰渣不同掺量时粉煤灰水泥净浆的马歇尔流出时间

通过三种粉煤灰的性能差异的比较可以看出,在粉煤灰浆体流动性的影响因素中,烧失量的影响程度最大,而细度的影响则较为有限。当粉煤灰具有较低的烧失量时,即便细度较大,粉煤灰浆体仍可具有较好的流动性,即该粉煤灰仍具有较好的减水效果。当然,这也并不意味着细度对粉煤灰浆体流变性能没有影响,粉煤灰F 2与 F 0在流动度相当的情况下,二者马歇尔流出时间随掺量增加而表现出明显差别,说明对 F 2而言,随其掺量增加,浆体马歇尔流出时间显著增加,即浆体黏度变大;而对 F 0而言,随其掺量增加,浆体马歇尔流出时间却仅有小幅度增加。

2.3 烧失量和细度对粉煤灰浆体流动保持性的影响

图5、图6分别是粉煤灰 F 1和 F 2的净浆经时流动度和马歇尔流出时间试验结果。由图5(a)、图6(a)可知,掺入粉煤灰会引起浆体流动性经时损失的轻度增加,这与纯水泥浆体所表现出的流动性经时变化则刚好相反:纯水泥浆体的流动性随时间增加呈增大趋势。可以认为在水化初期,水泥颗粒本身对减水剂和自由水的吸附作用小,而粉煤灰颗粒则有较大的吸附作用,从而造成掺粉煤灰浆体流动性的经时损失增大。由图5(b)、图6(b)可以看出,随着粉煤灰掺量增加,F 1浆体的马歇尔流出时间显著增加,当掺量超过 50%后,F 1浆体基本无法从马歇尔流出仪中流出;而 F 2浆体的马歇尔流出时间则在较低范围内,说明细度相当时,烧失量对粉煤灰浆体黏度有显著影响。

图5 粉煤灰F 1浆体流动性经时损失结果

图6 粉煤灰F 2浆体流动性经时损失结果

3 结论

在本试验范围内,通过对 3种不同品质粉煤灰物理性能和流变性能的试验,可以初步得出下述结论:

1)在对粉煤灰流变特性的影响因素中,烧失量的影响程度大大高于细度,即细度相当时,粉煤灰烧失量越小,其浆体的流动度值越大,马歇尔流出时间越短;

2)当烧失量较小时,即使粉煤灰细度较大(即粒度较粗),仍具有与Ⅰ级粉煤灰相当的减水能力。这也反映出在选用粉煤灰时,只要烧失量指标满足标准要求,可适当放宽对细度的上限要求,即可拓宽粉煤灰料源的范围。

[1]钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M].北京:科学出版社,2004.

[2]王述银,贾理利,董维佳.Ⅰ级粉煤灰的减水特性[J].粉煤灰,2001(3):12-14.

[3]黄兆龙,湛渊源.粉煤灰的物理和化学性质[J].粉煤灰综合利用,2003(4):3-8.

[4]赵国堂,李化建.高速铁路高性能混凝土应用管理技术[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[5]周士琼,李益进,尹健,等.超细粉煤灰的性能研究[J].硅酸盐学报,2003,31(5):513-516.

[6]苏达根,初昆明,孙涛.分选与磨细粉煤灰对水泥胶砂性能的影响[J].水泥,2006(4):7-9.