摘 要: 论文介绍了大掺量粉煤灰混凝土的发展, 采用正交设计方法配制大掺量粉煤灰混凝土, 通过运用极差、方差分析的方法分析了粉煤灰掺量等四个因素对混凝土强度及工作性的影响程度。结果表明, 使用邯郸本地原材料配制大掺量粉煤灰混凝土, 强度和工作性能均能满足一般工程的需要。
关键词: 大掺量粉煤灰混凝土; 正交设计; 强度
中图分类号: TU52812 文献标识码: A 文章编号: 1671 - 0959 (2007) 0120088203
0 引 言
国外从20世纪30年代开始在混凝土中掺粉煤灰, 随着粉煤灰研究不断深入以及应用经验的积累, 粉煤灰的诸多优点逐渐被发现并得到认同。到70年代, 有两个最主要的因素大大促进了粉煤灰应用技术的发展: ①碾压大掺量粉煤灰混凝土的问世、应用及表现出的良好力学性能与耐久性能, 使得碾压混凝土在世界范围内得到了迅速推广;②减水剂尤其是高效减水剂的逐渐推广, 使粉煤灰的潜能得到了淋漓尽致的发挥。80年代以来, 随着对以往浇筑的粉煤灰混凝土结构工程耐久性的实地调查结果的不断发表,通过对掺用占总胶凝材料用量51% ～56%粉煤灰的工程结构使用十年后现场性能的调查, 结果显示粉煤灰混凝土表现出比普通混凝土更好的长期性能, 认为即使是大掺量粉煤灰混凝土也可成功地用于结构混凝土[ 1 ] 。另一方面, 随着高层建筑、大跨度桥梁以及海洋工程结构的发展, 混凝土的强度等级不断提高, 高水泥用量所产生的热裂危险以及体积不稳定性等副作用也随之被充分认识, 解决这些问题最有效的技术措施就是使用粉煤灰、矿渣、硅粉等工业废料, 其中最经济的措施就是大量掺用粉煤灰[ 2 ]。以加拿大CANMET的Malhotra教授为首的研究小组, 自80年代后期开始了对非碾压大掺量粉煤灰混凝土的一系列研究, 其中的粉煤灰用量占总胶凝材料重量的55%以上, 所使用的粉煤灰的品质范围也相当宽, 研究几乎涉及到混凝土性能的各个方面。结果表明, 试验优化的非碾压大掺量粉煤灰混凝土除了具有大量节约水泥、降低水化热温升、后期强度较高等优点外, 还可作为高强结构混凝土, 其体积稳定性以及除个别性能外的绝大多数耐久性能均较普通混凝土有不同程度的改善。90年代以来发表的大量研究成果带动了世界范围内对大掺量粉煤灰混凝土的研究应用。
目前, 低掺量粉煤灰混凝土的基本理论和应用技术已经成熟, 并广泛应用于各类工程中, 而大掺量粉煤灰混凝土还处在研究试验阶段, 其中以碾压为主的大掺量粉煤灰混凝土基本理论和应用技术已逐渐成熟, 并广泛应用于大坝、道路工程, 而以常态大掺量粉煤灰混凝土的施工正处在试验研究阶段[ 3 ]。本试验研究采用正交设计方法配制非碾压的大掺量粉煤灰混凝土, 通过运用极差、方差分析的方法分析了粉煤灰掺量等四个因素对混凝土强度及工作性的影响程度, 目的是探索在邯郸使用非碾压大掺量粉煤灰混凝土作为结构混凝土的可能性。
1 原材料
试验的原材料全部使用邯郸地区材料: 太行牌42．5R普通硅酸盐水泥; FDN高效减水剂; 邯郸热电厂的原状粉煤灰, 经粉磨加工, 细度516% (80μm筛余) ; 河砂, 细度模数为1．75, 表观密度2164 ×103 kg/m3 , 含泥量3．1%;碎石, 表观密度2．71 ×103 kg/m3 , 针片状含量4．65% , 级配符合规定。
2 试验方案、结果与分析
2．1 试验方案及结果
选用L9 (34 )正交试验表安排试验。分别考察混凝土的坍落度和7d、28d强度, 试验结果见表1。
2．2 试验结果分析
2．2．1 抗压强度和坍落度的极差分析
抗压强度和坍落度的极差分析见表2。
1) 7d强度的极差分析结果。影响混凝土7d强度的因素顺序为: 粉煤灰掺量、水胶比、FDN用量、单位用水量,并且粉煤灰掺量和水胶比影响较大, 而单位用水量相对影响较小。
2) 28d强度的极差分析结果。影响混凝土28d强度的因素顺序为: 粉煤灰掺量、FDN用量、水胶比、单位用水量。通过分析, 无论是早期还是后期混凝土强度, 粉煤灰掺量因素的影响是最大的。
3) 坍落度极差分析结果。影响坍落度的各因素由高到低是: 用水量、FDN用量、粉煤灰掺量、水胶比。
2．2．2 抗压强度和坍落度的方差分析抗压强度和坍落度的方差分析见表3。
1) 7d强度的方差分析结果。根据平方和的大小可知各因素的影响顺序: 粉煤灰掺量、水胶比、FDN用量、单位用水量。这与极差分析的结果一致。由方差分析采用的F值来分析显著性影响, 可知在四个影响因素中, 粉煤灰掺量对7d强度的影响明显。
2) 28d强度方差分析结果。对于28d强度, 各因素的影响顺序为: 粉煤灰掺量, FDN用量、水胶比、单位用水量, 粉煤灰掺量和单位用水量的影响仍然是影响最大和最小的因素。由方差分析采用的F值来分析显著性影响, 可知粉煤灰掺量相对于其余三个因素, 对28d强度影响较大。
3) 坍落度方差分析结果。各因素的影响顺序是单位用水量、FDN用量、粉煤灰掺量、水胶比。这与极差分析的情况相同。
2．3 综合分析
通过分析发现粉煤灰掺量是影响混凝土强度的最主要因素。大掺量粉煤灰混凝土的强度随着掺量的增大而减小。这是因为粉煤灰活性比水泥低, 粉煤灰活性在短期内不能完全发挥, 所以其早期强度主要由水泥提供。粉煤灰掺量越大, 其强度增长的时间越长。本次试验粉煤灰掺量较大,所以28d粉煤灰的活性还未完全发挥。
在早、中期, 粉煤灰是否对强度发展有贡献, 与水胶比密切相关。据相关资料分析: 配制大掺量粉煤灰混凝土水胶比应尽量小, 宜控制在0138以下。当水胶比大于某一定值时, 粉煤灰对7d乃至28d强度都不会有贡献; 但小于该值时, 即使在7d, 粉煤灰即开始有所贡献, 且随着水胶比的不断减小其贡献随之增大。本次试验水胶比对混凝土强度的影响不显著, 主要由于粉煤灰掺量较大而选取的水胶比也较大, 因此使粉煤灰对强度的贡献不大。
FDN的掺量对混凝土强度的影响也较大, 这是因为加入高效减水剂后, 解决了低水胶比与拌和物工作度之间的矛盾, 且具有高度分散水泥颗粒、消除絮凝的作用, 弥补了掺粉煤灰混凝土早期强度低的缺陷, 这样对混凝土早、后期强度均有大幅度增加[ 4 ]。本次试验结果表现出FDN掺量对粉煤灰混凝土强度的影响较大。
3 结 论
通过对大掺量粉煤灰混凝土的试验, 经坍落度、抗压强度的方差和极差分析, 影响混凝土28d强度值大小的各因素顺序为: 粉煤灰掺量、FDN用量、水胶比、单位用水量; 各因素对坍落度影响程度由高到低是: 用水量、FDN用量、粉煤灰掺量、水胶比。试验结果表明采用邯郸地区原材料配制强度不低于30MPa且和易性良好的的非碾压大掺量粉煤灰混凝土是可行的。
参考文献:
[1] 杨伯科. 混凝土实用新技术手册[M ]. 吉林: 吉林科学技术出版社, 1998.
[2] 钱觉时. 粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M ]. 北京: 科学出版社, 2002.
[3] 吴正直. 粉煤灰房建材料的开发与应用[M ]. 北京: 中国建材工业出版社, 2003.
[4] 冯乃谦. 实用混凝土大全[M ]. 北京: 科学出版社, 2001.(责任编辑 马光辉)
