粉煤灰混凝土的探讨.ppt

粉煤灰混凝土微观性能的探讨-奚邦发  T 1、粉煤灰混凝土介绍 2、粉煤灰微观结构 3、结论 1.粉煤灰 粉煤灰是一种具有火山灰活性的矿物掺加料。国外很早就对粉煤灰的研究表现出了极大的兴趣，如加拿大矿物与能源技术中心(CANMET)和美国混凝土学会定期举办“粉煤灰、硅灰、矿渣及天然火山灰在混凝土中的应用”国际会议，各国也相继制定了粉煤灰标准和粉煤灰水泥、混凝土的标准; Malhotra所在的CANMET中心开展了大掺量(粉煤灰掺量达到58%的胶凝材料)粉煤灰高性能混凝土的系统研究，并实际应用于其电信部某大型卫星发射台基础;在美国2004年利用的粉煤灰中有59%用在水泥及混凝土工程中，英国2003年利用的粉煤灰中71%用在水泥及混凝土工程中。我国随着对粉煤灰性质及粉煤灰混凝土性能研究的不断深入，粉煤灰混凝土和大掺量粉煤灰混凝土在国内的一些重点工程中也越来越得到了广泛的应用，一些高层建筑、桥 梁等土木建筑工程中大量使用了粉煤灰混凝土，如四川二滩电站大坝混凝土采用的水泥中掺有52%优质粉煤灰;广西岩滩水电站的围堰采用粉煤灰掺量达70%的碾压混凝土;三峡工程大坝混凝土中掺加工级粉煤灰达到30%，通过和高效减水剂、引气剂制备出水泥用量少、水化热低、用水量少、抗渗性好、耐久性好的高性能混凝土;中南大学铁道校区土建学院开发的粉煤灰高性能混凝土，经过抗疲劳200万次试验及徐变试验，证明可用于32m跨的预应力钢筋混凝土铁路桥，另外还有北京的新客站、上海东方明珠电视塔、88层上海金茂大厦、杨浦大桥、南京第二长江大桥等重大工程均使用了不同掺量的粉煤灰混凝土。 具有胶凝性质的粉煤灰作为部分水泥的替代品来配制高性能混凝土，在我国有很大的发展潜力。大力推广粉煤灰混凝土甚至大掺量粉煤灰混凝土，大幅度降低水泥熟料用量，有巨大的经济效应、社会效应及环境保护。在环境侵蚀介质(如二氧化碳、氯盐等)作用下，粉煤灰混凝土对钢筋的保护作用随着时间的推移而逐渐减弱，最终导致混凝土中的钢筋发生锈蚀。钢筋锈蚀会造成结构承载能力和适用性能都明显下降，这会大大缩短结构的使用寿命。因此，准确实用的粉煤灰混凝土结构耐久性使用寿命预测方法的建立是混凝土结构耐久性研究中的一个重要课题。 2.粉煤灰微观结构 混凝土材料组成和内部细微观结构特征决定了混凝土的强度和耐久性能。硬化混凝土一般由水泥浆体、骨料及界面过渡区三个部分组成，对掺有矿物掺和料的高性能混凝土，水泥浆体中还包括矿物粉体。其中，将性质不同的水泥浆体和骨料连在一起的界面过渡区，对混凝土宏观性能起着决定性的作用;而界面过渡区本身性质又受水泥浆体及骨料性质的支配，这其中水泥浆体又起主导作用。因此，目前对混凝土细微观结构的研究主要集中在混凝土中的硬化水泥浆体及界面过渡区这两个方面。 ①水泥浆体细微观结构 硬化水泥浆体的微观结构非常复杂，是一个固、液、气相的非均质多孔体系，一般由水化产物、未水化颗粒、水及毛细孔等组成。对充分水化的水泥浆体物质组成包括:70%的3CaO.Si02.3H20凝胶(记为CSH), 20%Ca(OH)2(记为CH)、钙矾石和其它水化硫铝酸盐(约占7% )及其他残留物(约占3% )，其中CSH凝胶颗粒内存在互相连通的凝胶孔(约占凝胶体积的28%)。对于固定的原始组成，水泥浆体的组成随时间而发生变化:随着水化程度的提高，水化产物中凝胶量将增加，凝胶孔和凝胶水增多，毛细孔和毛细水则减少(图1.1)。对于相同龄期的水泥浆体各组成的比例依水灰比的不同而不同，图1.2为不同水灰比的水泥石孔径分布情况，可知:水灰比越低，最可几孔径越小;采用低水灰比不仅可以降低孔隙率，而且可以改变孔结构。 图1.1 水泥浆体的组成与龄期的关系 图1.2 不同水灰比的水泥石孔径分布 用粉煤灰取代一部分水泥后，水泥浆体中水化产物数量的改变，决定了水泥浆体的微观结构特征与普通混凝土有所不同。有文献分别采用压汞法和吸水动力学法测定了粉煤灰混凝土各级孔隙，得到:随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的毛细孔隙率和总孔隙率有所减小，但粗毛细孔和气孔孔隙率略有增大，但仍比基准混凝土的粗毛细孔和气孔孔隙率要低。水胶比0. 27粉煤灰水泥浆体的孔结构(粉煤灰等量 取代水泥分别为20%, 30%和50% )，结果表明:粉煤灰的掺入使得小于10nm的凝胶孔及孔径在10-50nm之间的小毛细孔明显增多，但打孔减小（如图1.3） 图1.3 掺粉煤灰的水泥浆体孔径分布图 ②界面过渡层细微观结构 界面