稻壳灰和粉煤灰对自密实混凝土的影响及性能改善研究

R© 2013由Elsevier B.V.发布。信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 5（2013）298 - 3032013年国际农业和自然资源工程稻壳灰和粉煤灰在自密实混凝土Gritsada Sua-iam，Natt Makul*建筑技术系，工业技术学院，Phranakhon Rajabhat大学，曼谷10220，泰国摘要我们研究了自密实混凝土（SCC）混合物的性能，包括1型波特兰水泥（OPC），未经处理的稻壳灰（RHA），和粉煤灰（FA）的三元组合。SCC混合物的生产具有在67.5至72.5 cm直径范围内的受控坍落度，恒定的总粉末材料含量为550 kg/m3。使用RHA和/或FA以20或40重量%替代粉末材料。新鲜和硬化性能，包括用水量，和易性，密度，抗压强度发展和超声脉冲速度进行了测定。自密实混凝土混合物配制使用三元共混物相比，SCC混合物只含有RHA或FA的物理性能显着改善。© 2013作者。由爱思唯尔公司出版 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：自密实混凝土;稻壳灰;粉煤灰;工作性;力学性能1. 介绍自密实混凝土是日本于1988提高生产力和耐久性混凝土结构 SCC混合物含高效减水剂外加剂、有限数量的骨料和低水粉比[1]。新鲜状态下的SCC具有高渗透性、填充性和抗偏析性。要求较高的水泥含量和较低的粗骨料含量以避免离析。混合物仅含有* 通讯作者。电话，传真：电话：+662-522-6637传真：+662-522-6637电子邮件地址：shinomomo7@hotmail.com2212-6678 © 2013作者由爱思唯尔公司出版 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.107Gritsada Sua-iam和Natt Makul / IERI Procedia 5（2013）298299波特兰水泥价格昂贵，易受侵蚀性物质（离子和分子）、热开裂和高自生收缩影响[2]。通过用来自工业副产品的火山灰材料代替一部分水泥，可以降低SCC的成本。先前的研究还表明，矿物掺合料，如粉煤灰（FA）或稻壳灰（RHA），可改善SCC混合物的可加工性和机械性能[3-5]。2011年，泰国生产了近3200万吨RHA [6]。RHA的火山灰活性取决于颗粒尺寸和表面积。这些性能可以使用研磨工艺来定制，尽管成本相当高。未研磨的RHA也可以通过改进研磨工艺来增加灰的粒度[7]或与填料混合[8]，用作水泥替代材料。例如，RHA和FA的共混物表现出改善的强度和耐腐蚀性[9]。这两种副产品材料在泰国当地都可以获得，它们的使用可以降低SCC的成本，并有助于减少与废物处理有关的二次环境问题。2. 实验细节2.1. 材料在所有混合物中使用符合ASTM标准[10]的1型波特兰水泥（OPC）。粉煤灰和稻壳灰从热电厂获得。粉末材料的物理性质和化学组成如表1所示。根据ASTM标准类型F [11]的聚羧酸醚（PCE）基超增塑剂用作SCC混合物中的润滑剂组分。标称最大尺寸为4.75 mm的硅砂和标称最大尺寸为16.0 mm的粉碎钙基石灰岩也用作骨料。表1.粉末材料的化学成分和物理性能。1型硅酸盐水泥粉煤灰稻壳灰化学成分（质量%）二氧化硅（SiO2）17.2140.5193.44氧化铝（Al2O3）3.8121.520.21三氧化二铁（Fe2O3）3.6013.410.18氧化镁（MgO）1.172.100.43氧化钙（CaO）67.5513.990.76氧化钠（Na2O）0.201.440.05氧化钾（K2O）0.292.201.98氧化钠（SO3）3.254.000.16烧失量（质量%）2.440.491.27物理性质平均粒径（μm）24.2843.8639.34比重3.152.582.24比表面积（cm2/g）63214873702.2. 配合比300Gritsada Sua-iam和Natt Makul / IERI Procedia 5（2013）298设计SCC比例以产生在67.5至72.5 cm直径范围内的受控坍落流。根据表2中的组成图表，用0、20或40重量%的RHA和/或FA代替混合物中的OPC。使用符号RHAyFAz来识别混合物，其中y和z是总粉末材料的RHA和FA %wt的置换百分比。基于聚羧酸盐的高效减水剂（HRWR）的剂量固定在总粉末材料的2.0重量%。表2. SCC混合料的配合比。混合材料（kg/m3）胶凝骨料HRWR（%）总粉末水泥稻壳灰粉煤灰罚款粗控制550550008137082.0RHA2055044011008137082.0RHA4055033022008137082.0公司简介55044001108137082.0公司简介55033002208137082.0RHA10FA1055044055558137082.0RHA20FA205503301101108137082.02.3测试程序测试了新拌状态下自密实混凝土混合料的性能，包括密度、流动型坍落度或流动型坍落度、达到50cm所需的坍落度流动时间和J形环流动性。根据相关ASTM标准[11]执行试验程序和评价。根据EFNARC标准[12]，通过记录在打开底板后混合物流过漏斗所需的时间（以秒为单位）来确定V型漏斗流动时间。对硬化混凝土试件进行了抗压强度发展和脉冲速度（UPV）试验。根据ASTM标准[11]，在浇筑后3、7、28和91天的龄期测试抗压强度发展。3. 结果和讨论3.1. 新鲜SCC为了保持在67.5至72.5厘米直径范围内的控制坍落度流动，与RHA混合的SCC混合物比与FA混合的SCC混合物需要更大量的水。水需求的增加是因为稻壳灰的多孔结构、较大的颗粒尺寸和高比表面积[2-5，8-9]。水的填充和润滑作用不足以抵消RHA表面积增加导致的需水量增加。如表3所示，控制SCC和含FA的混合物的坍落度在混凝土规范[11-12]中通常规定的限度内。坍落度流动值主要取决于RHA的取代水平，并且RHA的量增加导致V形漏斗测试的坍落度流动和流动时间增加。相比之下，增加RHA的量吸收更多的水，并产生容易破碎的SCC。这在V形漏斗流动时间结果中得到了证实，其中40% RHA混合物非常坚硬，Gritsada Sua-iam和Natt Makul / IERI Procedia 5（2013）298301坍落流动J形环试验V形漏斗密度阻塞行为[8]。FA与RHA的组合可以降低所需的水粉料比，并且由于球形和细粒度而改善了可加工性，从而提高了堆积密度并降低了流动阻力[2-4]。增加FA和RHA的量导致SCC混合物密度降低，因为这些材料的比重低于OPC颗粒[4，8]。表3. SCC混合物在新鲜状态下的性质。混合直径T50cm直径阻挡时间W/B（%对照）（厘米）（个）（厘米）（个）控制70468没有70.26100RHA2070668没有140.4293RHA4068764最小240.5787公司简介70470没有80.2897公司简介72568没有100.3094RHA10FA1070570没有120.3695RHA20FA2070669没有200.49943.2. 硬化SCC如图1所示，RHA/FA SCC混合物的抗压强度低于含有OPC的SCC混合物（对照）的抗压强度，并且在所有龄期均随着w/b比的降低而增加。增加RHA和FA含量导致抗压强度降低。使用FA制备的SCC混合物比使用RHA制备的混合物具有更高的抗压强度。强度增加是由于填充和分散效应以及成核和沉淀位点数量增加的可用性[2，9]。由于孔隙率更大，RHA的掺入降低了抗压强度，导致更高的需水量[7-8]和孔隙含量增加[5]。FA和RHA共混物的掺入改善了抗压强度的发展，因为FA的较小颗粒填充了混合物内的空隙，降低了孔隙率和需水量。90807060504030201000 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98试验年龄（天）Fig. 1.有/无FA/RHA的SCC混合料的抗压强度发展。对照RHA40FA40RHA20FA20RHA20FA20RHA10FA10抗压强度（MPa）302Gritsada Sua-iam和Natt Makul / IERI Procedia 5（2013）298SCC混合物的超声脉冲的平均穿透速度如图2所示。速度取决于混凝土内部结构的密度。在含有FA的混合物中，速度更高，因为细颗粒填充了大的空隙并降低了孔隙率[9]。RHA混合物具有更多数量的毛细孔，C-S-H凝胶/孔界面过渡区和空气空隙的宽度减弱了脉冲传播，降低了通过SCC试样的速度[5]。一般而言，UPV随着FA和RHA含量的增加而降低[4，8]。4. 结论对含有OPC、未经处理的RHA和FA的自密实混凝土（SCC）混合物的性能进行研究的实验结果得出结论：1. 含有FA和RHA组合的混合物表现出降低的需水量和改善的可加工性。2. 在适当的比例下，含有RHA和FA的SCC混合物可以发展足够的早期抗压强度。RHA20FA20RHA10FA10公司简介公司简介RHA40RHA20控制1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0超声波脉冲速度（km/s）图二. SCC混合物的超声脉冲速度。引用[1] Okamura H，M.大内湾自密实混凝土。J Adv Concr Technol 2003;1（1）：5-15.[2] 刘明不同粉煤灰掺量的自密实混凝土。Constr Build Mater 2010;24（7）：1245-52.[3] 王A，张春，孙伟.飞灰的影响：I.粉煤灰的形态效应。Cem Concr Res 2003;33（12）：2023-29.[4] 哈提卜JM。粉煤灰自密实混凝土的性能。Constr Build Mater 2008; 22（9）：1963-71.[5] Safiuddin Wd，West JS，Soudki KA.含稻壳灰的自固结高性能混凝土的硬化性能，Cem ConcrCompos 2010;32（9）：708-17.912873类型的混凝土Gritsada Sua-iam和Natt Makul / IERI Procedia 5（2013）298303[6] 联合国粮食及农业组织作物前景和粮食形势。粮农组织共同文件库。罗马; 2012年。[7] Zerbino R，Giaccio G，Isaia GC.未经处理的掺入稻壳灰的混凝土。Constr build Mater 2011;25（1）：371-8.[8] Sua-iam G，Makul N.利用石灰石粉改善大掺量未经处理的稻壳灰作为细骨料的自密实混凝土的性能。Constr Build Mater 2013;38：455-64.[9] Chindaprasirt P，Rukzon S.水泥、稻壳灰和粉煤灰三元混合砂浆的强度、孔隙率和耐腐蚀性，Constr Build Mater 2008;22（8）：1601[10] 美国材料与试验学会。ASTM标准年鉴第4.01卷。Philadelphia; 2011.[11] 美国试验与材料学会，ASTM标准年鉴，第4.02卷。Philadelphia; 2009.[12] EFNARC。自密实混凝土规范和指南，萨里; 2002年。