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高掺量粉煤灰对泡沫混凝土抗压强度的影响
E.P. Kearsleya，P.J.Wainwrightb
（aDepartment of Civil Engineering, University Pretoria, Pretoria 0001, South Africa bDepartment of Civil Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, England, UK）
摘要
目前已经进行了一项研究，以研究用分类和未分类的粉煤灰替换大量水泥（高达75％质量）对泡沫混凝土的性能的影响。本文仅报告了在密封条件下凝结的混凝土抗压强度的结果，并表明取代67%的水泥也不会明显降低强度。在本次调查中使用的未分级粉煤灰和分级粉煤灰的性能似乎没有什么差别。已经开发出基于水灰比和胶凝材料比的方程式来预测长达1年的泡沫混凝土的强度。密度从1000到1500千克/立方米不等。计算结果与实验结果吻合良好。
关键词：泡沫混凝土; 抗压强度; 粉煤灰
1.简介
泡沫混凝土由水泥浆和孔隙组成，这两种组分的性质将对组合材料的性能产生可测量的影响。文献[15]表明用粉煤灰（pfa）取代高达60％（质量）的水泥可以提高水泥浆的性能。该研究的主要目的是确定使用未分类的粉煤灰代替泡沫混凝土中大部分（即高达75％）的水泥对材料的抗压强度是否有显着影响。
将含有不同百分比的粉煤灰的水泥浆的性质与具有相同水胶比的水泥浆进行比较，以确定粉煤灰替代的效果。此后，将含有分级粉煤灰的水泥浆的性质与含有未分级灰的水泥浆（Pozz-fill）的性质进行比较。一旦确定了高粉煤灰含量的影响，就建立了向水泥浆中添加泡沫的效果。
除非另有说明，否则本次调查中使用的目标成型密度为1000,1250和1500 kg/m3。 对于不同的成型密度，水胶比比率保持恒定，并且在7,28,56天，3,6,9个月和1年后测定混凝土的抗压强度[6]。
2.材料
试验表明，只有预发泡的蛋白质泡沫才能生产出具有可预测密度和强度的泡沫混凝土[7];因此，这项调查只使用这种类型的发泡剂进行。所有使用的材料均在南非生产或制造，仅使用一种发泡剂，水泥和粉煤灰。
泡沫混凝土在受控条件下由水泥，粉煤灰，水和液体化学品[8]生产，用水稀释并充气以形成发泡剂。使用的发泡剂是“Foamtech”，由水解蛋白质组成并在南非生产。将发泡剂用水以1:40（体积）的比例稀释，然后通气至密度为70kg/m3。
本次调查中使用的水泥是来自比勒陀利亚Hercules的比勒陀利亚波特兰水泥（PPC）的快速硬化硅酸盐水泥。根据南非规范SABS EVN 197-1：1992 [9]，水泥可分类为CEM I 42,5R。本次调查中使用的粉煤灰均来自南非的Lethabo电站。一个是符合SABS 1491的分级灰（pfa）[10]，第二个是来自同一来源的未分级灰（Pozz-fill）。所有三种胶凝材料的化学性质和粒度分布示于表中
分别如表1和图1所示。
表1
水泥成分的性质
|
Oxides |
RHPC from PPC Hercules (%) |
Processed fly ash from Lethabo (%) |
Pozz-fill from Lethabo (%) |
|
CaO |
61.7 |
4.7 |
5.0 |
|
SiO2 |
21.2 |
53.9 |
54.8 |
|
Al2O3 |
4.6 |
33.5 |
31.7 |
|
Fe2O3 |
1.8 |
3.7 |
3.8 |
|
Na2O |
0.1 |
0.7 |
0.8 |
|
K2O |
0.7 |
0.7 |
0.8 |
|
MgO |
4.3 |
1.3 |
1.1 |
|
SO3 |
2.0 |
0.1 |
0.3 |
|
CO2 |
2.6 |
|
|
|
Free CaO |
1.2 |
|
|
|
Loss On ignitio |
|
0.8 |
0.8 |
|
Blaine surface area (m2/kg) |
431 |
350 |
280 |
|
Relative density |
3.15 |
2.2 |
2.2 |
图1.水泥成分的粒度分布
3.混凝土的组成
使用表2中列出的水泥，粉煤灰，水和泡沫含量成型27种混凝土。表2中所示的水/水泥（水灰比），粉煤灰/水泥（a / c）和水胶比比率是质量比例，胶凝材料含量取水泥和粉煤灰的总和。前三种混凝土仅含有水和不同水灰比的水泥，这些混凝土用于确定所用粉煤灰的胶结效率。混凝土标号为4至15 含有分级的粉煤灰，而混凝土16至27含有未分级的粉煤灰（Pozz-fill）。 对于每种类型的成型，成型的前三种混凝土用于确定粉煤灰含量对水泥浆性质的影响，而使用每种粉煤灰类型成型的剩余九种混凝土用于确定不同泡沫含量的效果。
4.进行实验
泡沫混凝土的抗压强度由100毫米立方体试块决定。 将试块成型于钢模中，在24 * 2小时后脱模，用保鲜膜包裹并在22℃恒温养护室中养护至测试当天。在测试之前，每个试块都秒去保鲜膜并称重。
5.结果
5.1． Palpha;stes表示alpha;sh
降含有粉煤灰的糊状混凝土的抗压强度在图2中作为时间的函数作图。虽然这些混凝土的粉煤灰/水泥比从1到3变化，但水胶比保持恒定在约0.3和强度显示具有相同水灰比但不含粉煤灰的糊状混凝土的开发用于比较。从该图中可以清楚地看出，粉煤灰混凝土的抗压强度在比不含粉煤灰的混凝土更长的时间内增加。对于粉煤灰/水泥比分别为1和2的混凝土，28和365天之间的强度增益分别为37和44 MPa，270天后它们的强度大约达到80 MPa，这与水泥浆（不含粉煤灰），相同龄期的水灰比为0.3。经过1年的时间后，粉煤灰/水泥比为3的水泥浆的强度仅为58MPa，而其他两种混凝土的强度为80MPa。对于所有龄期的测试，这种强度差异保持大致相同。将含有Pozz填充物的混凝土的抗压强度绘制为图3中的时间函数。这些结果显示出与含有粉煤灰的混凝土相似的趋势。
表2
混凝土的组成
|
Mixture no |
Target density (kg/m3) |
a/c |
w/c |
Water /binder |
Water (l) |
Cement (kg) |
Ash (kg) |
Foam (l) |
|
|
1 |
Full |
0 |
0.30 |
0.30 |
486 |
1620 |
0 |
0 |
|
|
2 |
Full |
0 |
0.40 |
0.40 |
558 |
1394 |
0 |
0 |
|
|
3 |
Full |
0 |
0.60 |
0.60 |
654 |
1090 |
0 |
0 |
|
|
4/16 |
Full |
1 |
0.60 |
0.30 |
437 |
729 |
729 |
0 |
|
|
5/17 |
Full |
2 |
0.86 |
0.29 |
412 |
479 |
958 |
0 |
|
|
6/18 |
Full |
3 |
1.17 |
0.29 |
411 |
351 |
1053 |
0 |
|
|
7/19 |
1500 |
1 |
0.60 |
0.30 |
346 |
577 |
577 |
208 |
|
|
8/20 |
1500 |
2 |
0.86 |
0.29 |
335 |
389 |
778 |
188 |
|
|
9/21 |
1500 |
3 |
1.17 |
0.29 |
339 |
290 |
870 |
173 |
|
|
10/22 |
1250 |
1 |
0.60 |
0.30 |
289 |
481 |
481 |
340 |
|
|
11/23 |
1250 |
2 |
0.86 |
0.29 |
279 |
324 全文共8395字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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