粉煤灰與石粉對硅酸鹽水泥強度的影響論文
引言
隨著經濟的發展，建筑行業占領主流地位，對水泥的需求也日益增多，如何降低水泥生產成本和提高其性能成了炙手可熱的課題。與此同時，生產水泥時所產生的污染對環境造成的影響也不容小覷，不僅與我國可持續發展的戰略路線不相符合，也阻礙了經濟發展的腳步。礦物摻和料是水泥的重要組成部分，在水泥凈漿、砂漿或混凝土拌制前或拌制后過程中加入，可以減少水泥用量，節約能源，減少環境污染;并且可以改善新拌和硬化混凝土性能的礦物類物質。另一方面,隨著社會工業化的進程,城市中產生了許多工業廢棄物，因其無法被自然消化故占用了大量土地來堆放，既影響城市美觀又污染周遭環境。所以應該變廢為寶，合理利用這些固體廢棄物，將其轉化為水泥性能調節材料，即作為礦物摻和料來實現其隱藏價值。而在研究礦物摻和料時，除卻單摻外，更應考慮多組分復合外摻料對水泥性能方面的影響。水泥的強度是指其抵抗破壞與斷裂的能力，在評定水泥質量的過程中，強度是重要的指標之一。因此，本次實驗研究單摻粉煤灰和粉煤灰與石粉互摻對水泥強度的影響，更好地發揮摻和料對水泥結構性能的改善作用。
1 原材料及試驗方法
1.1 原材料
本次試驗選用具有強度高、耐磨性較好的海螺牌P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，Ⅱ級磨細粉煤灰、石粉、普通自來水。
1.2 試驗主要儀器
水泥膠砂攪拌機、水泥試模(由三個可拆裝的三聯槽模組成，內腔尺寸40 mm×40 mm×160mm)、振實臺、水泥抗折試驗機、壓力試驗機、天平、量筒、標準養護箱等。
1.3 試驗方法
本試驗參照GB/T17671- 1999《水泥膠砂強度檢驗方法》標準，按照上述配合比制備水泥凈漿，倒入攪拌鍋干拌30s后加入水慢攪60s 后再快攪60s。將攪拌好的水泥凈漿倒入模具，固定在振實臺上，振實60 次后卸下試模，標記后放入溫度為(20±1)℃的標準養護箱內。養護24h 后脫模，標記好后放入水溫為(20±1)℃的水槽中養護。
在養護至3d、7d、28d 時測試試件的強度。先進行抗折試驗，將試件的一個側面放在抗折試驗機的支撐圓柱上，受壓面為試件成型時的兩個側面，夾緊固定好試件后接通開關，抗折機以60N/s 均勻施加荷載，直到試件折斷，記錄抗折破壞荷載。抗折試驗后進行抗壓試驗，先將試件擦拭干凈，以成型時側面為上下受壓面，試件中心與壓力機幾何對中，加荷速度為2.4kN/s 加載，直至試件破壞，記錄數據。
2 試驗結果及分析
隨著齡期的增長，試件的抗折強度也隨之增大。A1、A2、A3 組試件的強度相近，當齡期為28d 時，A3 組粉煤灰摻量為20%的試件抗折強度達到最高;而由A3、A4 組可看出，當粉煤灰摻量大于20%時，水泥試件抗折強度成明顯下降趨勢。從圖2 來看，試件的抗折強度隨著礦粉比例的增加總體呈下降趨勢從B1 組實驗可得，粉煤灰與石粉比例為7∶3 時水泥抗折強度最高。可發現當齡期達到28d 時，粉煤灰復摻石粉的水泥試件抗折強度普遍比單摻粉煤灰的試件強度來得要高。針對A4 與B4 組別分析單摻粉煤灰與單摻石粉對水泥試件抗折強度的影響可發現，兩組試件的'抗折強度都是先增大，再減小，后又增大但上升趨勢明顯比之早期要來的遜色。
前期試件的抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加主要呈增大趨勢，由A3 組數據看出當粉煤灰摻量為20%時試件的早期抗壓強度增長的最快。但隨著養護時間越來越長，粉煤灰摻量的增多反而抑制了水泥抗壓強度的發展。A1 組不摻粉煤灰的試件抗壓強度增長趨勢顯著提高，超越了其他三組不同摻量粉煤灰的試件，在28d 時強度達到最高。隨著石粉比例的增大，水泥試件的抗壓強度逐漸降低且普遍比單摻粉煤灰時低，由B1 組數據可得，當粉煤灰與石粉比例為7∶3 時，試件的抗壓強度最高。分析A4 與B4 組試驗可得，單摻粉煤灰時水泥試件的抗壓強度總體呈增長狀態，而單摻礦粉時試件的抗壓強度先增大后降低復又增大，其28d 時試件的抗壓強度小于單摻粉煤灰時的強度。
由以上圖表可得，單摻粉煤灰的水泥抗折強度比加入石粉的水泥來的低，且過多加入摻和料會導致試件的強度不增反減。而水泥試件的早期抗壓強度隨著礦物摻和料的增加而增大，但隨著齡期增長，試件的強度發展趨勢將與摻入粉煤灰的含量成反比;而復摻入不同比例石粉的水泥抗壓強度發展趨勢差別不大，但總體強度比之單摻粉煤灰時的水泥試件要來的低。
因為粉煤灰與石粉的機理不同，復摻時或有相互限制，故不同比例摻量在不同齡期時對水泥強度的影響也不盡相同[2]。而粉煤灰在齡期達到90d 以后，其活性成分才逐漸溶解釋放出來，此時發生的火山灰效應才能有效提高水泥后期的強度和彈性模量。在水泥中加入石粉，因其均化不易受控制兼流動性較強，可能導致摻和料在水泥中分布不均勻，造成水泥強度波動。由試驗可得，摻入石粉對水泥早期強度更為有利，且隨齡期增加及石粉比例增大對水泥的強度影響逐漸削弱甚至起到抑制作用。所以試驗時控制好給料對制成水泥的性能也有幫助。
3 結論
(1)單摻粉煤灰對水泥的早期強度影響不大，控制好用量對提高水泥的抗壓強度有很大幫助。
(2)粉煤灰與石粉互摻可以增大水泥的強度，但相同礦物摻和比例下隨著石粉含量的增加，對水泥試件的強度影響逐漸削弱。
(3) 多摻礦物摻和料需注意不同摻和料之間的比例，否則效果比之單摻摻和料要來得遜色。
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