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1、文章编号：1 0 0 7 一0 4 6 X(2 0 1 1)0 卜0 0 6 0 5：、粉煤灰 一石灰石粉一粉煤灰对水泥浆体性能的影响E f f e c to fG r o u n dL i m e s t o n ea n dF l yA s ho nt h eP e r f o r m a n c eo fC e m e n tP a s t e s金勇刚，肖佳，勾成福，许彩云(中南大学土木建筑学院，湖南长沙4 l 0 0 7 5)摘要：通过测定水泥浆体流动度和不同龄期强度、吸水率以及化学结合水量。研究了单掺石灰石粉、粉煤灰以及石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体性能的影响。结果表明：随着石灰石
2、粉掺量增加，水泥浆体流动度减小。粉煤灰掺量增加，水泥浆体流动度增大。粉煤灰能改善石灰石粉水泥浆体流动性。水泥浆体早期强度随石灰石粉掺量增加出现先增大后减小变化，掺量为1 0 时浆体早期强度达到最大，石灰石粉掺入对水泥浆体后期强度不利。石灰石粉与粉煤灰按一定比例复合时，水泥浆体早期、后期强度都有所提高，5 O O 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰复合时，浆体强度改善效果最好。关键词：石灰石粉；粉煤灰；流动性；强度；吸水率；化学结合水中图分类号：T Q l 7 2 7 1+4文献标识码：AA b s t r a c t：I nt h i sp a p e r，t h ee f f b c to fg
3、r o u n dl i m e s t o n eo rn ya s hm i x e ds e p a r a t e l y，d o u b l e m i x e dg r o u n dl i m e s t o n ea n dn ya s ho nt h cc e m e n tp a s t e sw e r es t u d i e db yt e s t i n gt h en u i d i t y i 够s t r e n g t h i 叠w a t e ra b s o r p t i o na n dc h e m i c a lc o m b i n e dw
4、a t e ra td i f f c r e n ta g e s T h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h en u i d i t yo fc e m e n tp a s t e sw o u l db ed e c r e a s e da l o n gw i t ht h ei n c r e a s eO fg r O u n dl i m e s t o n ec o n t e n t F l ya s hc o u l di m p r o V et h ef l u i d i t yo fg r o u n d l i m
5、 e s t o n ec e m e n tp a s t e sT h es t r e n g t ho fc e m e n tp a s t e si n c r e a s e dw i t hg r o u n dl i m e s t o n ec o n t c n ti n c r e a s i n ga te a r l ya g e，w h e nt h er e p l a c e m e n to fg r o u n dl i m e s t o n ew a sa b o u tu pt olO，t h es t r e n g t ha c h i e v
6、e dm a x i m u m；b u ta d m i x t u r eo fg r o u n dl i m e s t o n ew o u l db eu n f a V o u r a b l et Ol a t e r-a g es t r e n g t ho fc e m e n tp a s t e s W h e ng r o u n dl i m e s t o n ew a sm i x e dw i t hn ya s hi nc e n a i nr a t i o，t h eb o t hO fe a r l y a g ea n dl a t e 卜a g
7、es t r e n g t hw a si m p r o v e d，e s p e c i a l l y，t h er e p l a c e m e n tO f5 o fg r o u n dl i m e s t o n ca n dn ya s h K e yw o r d：g r o u n dl i m e s t o n e；n ya s h；f l u i d i t y；s t r e n g t h；w a t e ra b s o r p t i o n；c h e m i c a lc o m b i n e dw a t e r0 前言虽然有研究表明石灰石粉是
8、一种惰性材料，不具备像其它矿物掺合料那样的活性，在水泥混凝土中主要表现为填充效应”。1，但众多学者研究表明石灰石粉具有活性，石灰石粉能与水泥熟料中的C，A 发生反应，提高了水泥混凝土的早期强度，增加了新拌混凝土的流动性1 4 4 1。水泥基材料中分别掺入石灰石粉和粉煤灰已有大量的研究成果，但两者双掺研究较少。刘数华、B u l e n t、E l k h 础r i等人已有的研究一圳也表明，当石灰石粉与粉煤灰两者双掺其流动性得到改善，强度也有一定的提高。为了更好地探讨石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体性能影响，本文就石灰石粉与粉煤灰双掺进行了试验，并对结果数据进行了机理解释。l 原材料与试验方法1
9、1 原材料水泥：采用北京兴发水泥有限公司生产的PI4 2 5 拉法基瑞安基准水泥，其化学成分见表1。6CD _ 爿三一S 日】，2 0 1 1表1水泥的化学成分化学成分s l O2A l2 0 3F。2 0 3c a 0M g Os o jN 4 2 0f-c a o含量2 25 643 92 7 96 6 0 222 40 3 406 809 I石灰石粉：采用湖南华西投资有限公司生产的细度为12 5 0 目的重质碳酸钙粉，其主要化学成分为碳酸钙(C a C 0 3)。粉煤灰：采用湖南湘潭发电厂产I 级粉煤灰。水：采用普通自来水。1 2 试验方法试验考察了石灰石粉、粉煤灰分别单掺、双掺对水泥浆
10、体性能的影响，试验配合比见表2。(1)流动度根据混凝土外加剂均匀性实验方法(G B T8 0 7 72 0 0 0)中水泥净浆流动度测试方法，采用微型坍落度仪测水泥浆体流动度。(2)水泥浆体强度制作尺寸为4 0m m 4 0m m 4 0m m 的水泥净浆立方体试件。试件在标准养护条件下成型2 4h 后拆模并于标准养护室中养护至规定龄期，测试其抗压强度。万方数据表2水泥浆体配合比石灰石粉粉煤灰(3)吸水率水泥净浆碎块用清水洗去表面尘土，并擦去表面水分，测其饱和面干质量。随后将碎块放置于6 0 的烘箱内烘至质量恒重，用公式(1)测试水泥浆体的吸水率。其计算式如下：口=(m 广m)，聊1 0 0(
11、1)式中：卢一试件吸水率；研。一试件饱和面干质量；m 一试件烘干后质量。(4)化学结合水用灼烧失重法测定试样的化学结合水量。将养护至规定龄期的水化浆体用压力机压碎，取浆体内部小碎片浸泡于无水乙醇至少2 5m i n，在无水乙醇中研磨至全部通过O 0 8m m 筛并过滤，乙醇冲洗5 次，随后在预先放置钠石灰的真空干燥箱中在略微低于大气压的压力下、于1 0 5 下干燥2 4h。取经过上述干燥处理的试样在9 5 0 灼烧至质量恒定并按公式(2)计算化学结合水含量：蹄乞h=(肌b l 一所b 9 5 0)，辨h 9 如1 0 0 一(1 一a)三，一B L。一y L，(2)式中：形。一单位质量胶凝材料
12、的化学结合水量，；m，一水化样品1 0 5 干燥后的质量，g；所娜。一水化样品9 5 0 灼烧后的质量，g；厶一水泥烧失量，；厶一石灰石粉烧失量，：厶一粉煤灰烧失量，；卢一石灰石粉在总胶凝材料用量中所占比例，；，一粉煤灰在总胶凝材料用量中所占比例，；口=口+y 2 结果与分析2 1 流动性试验分别测试了石灰石粉单掺、粉煤灰单掺与两者双掺时水泥浆体的流动度，如图l 图4 所示。石灰石粉掺量惕扮爆荚掺量厚图2粉煤灰对水泥浆体流动度影响从图1 中可以看出，随着石灰石粉掺量增加，水泥浆体流动度逐渐减小，这是因为石灰石粉的比表面积大，表面包裹水量增加，并且石灰石粉的活性效应与微晶核效应降低了成核位垒，促
13、进了水泥初期水化，增加了水泥水化速率，使浆体水化产物增多。导致浆体变稠”。从图2 中可以看出，粉煤灰掺人到水泥浆体中会增加其流动度，粉煤灰掺量增加，流动度增加。这是由粉煤灰的形态效应决定的，粉煤灰颗粒表面是致密、光滑的，粉煤灰表面的大量玻璃体起到润滑作用，减小了水泥颗粒间的阻力，故而增加水泥浆体的流动性。从图3、图4 中可以看出，石灰石粉与粉煤灰双掺时水泥浆体的流动度虽小于单掺粉煤灰浆体的流动度，但仍较石灰石粉单掺时有所提高，当石灰石粉掺量为5 o o 时，掺入5 0 0、1 0、1 5 粉煤灰，水泥浆体的流动度分别增加了5 4 0、8 2 0 和8 8 0，当石灰石粉掺量为1 0 时，掺入5
14、 0 0、1 0、2 0 粉煤灰水泥浆体流动度分别增加了2 2 7 0、2 6 5 0 2 9 5 0，可知复掺浆体流动度得到一定改善，特别在石灰石粉掺量较多时掺入粉煤灰1 2 0 1 1 粉煤灰7g一忸一弭弭M弘弘弘弭MMM弭M弘弘弭弘弘弘_ 一000OOOOOO000OOO0OO水一弘弘弘“弘MM弘弘”弘OOO0OO05m坫加如5m”5m 加O58m坫OO00OS55mmm贼一m蛄蛇黔舳虻如跖加：2舳跖胁岩盎篙=竺罴|l搿嬲万方数据浆体流动度改善效果更好。粉煤灰掺攮瞄圈3石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体流动度影响围4石灰石扮与粉僳灰双掺时对水泥浆体流动度影响2 2 强度2 2 1 石灰石粉对
15、水泥浆体强度影响图5 为水泥浆体抗压强度随石灰石粉掺量的变化。从图5 中可以看出，掺石灰石粉水泥浆体3d、7d 的强度随掺石灰石粉掺量增加先增大后减小，掺量为1 0 时强度达到最大，分别较基准试件增加1 7 8 和1 5 5，2 8d龄期时，水泥浆体强度随石灰石粉掺量增加而减小，且都小于基准试件强度，掺3 0 石灰石粉水泥浆体2 8d 强度较基准试件减小了4 5 6。从试验结果得出：石灰石掺量在不超过1 0 情况下3d、7d 强度较基准试件都有所增加，但对后期强度不利，研究结果与饶美娟等人相同”。石灰石粉能增加水泥浆体早期强度原因是因为石灰石粉颗粒较细能够改善水泥体系的颗粒级配。石灰石粉在水泥
16、水化时起到微晶核效应，为水泥水化产物C S H 提供了大量的成核基体，降低了成核位垒，加速了水泥水化的反应进程，改善了水化产物分布的均匀性，增大了水泥浆体的密实程度”。同时有研究表明”“”，石灰石粉并不是完全惰性材料，石灰石粉部分可以与水泥熟料中的C，A 反应生成碳铝酸钙水化物并能够稳定存在；石灰石粉还可以加速水泥熟料中c，s 的水化反应，其被认为主要是通过成核与生长机理来增加水泥浆体早期强度。而后期水泥浆体强度下降的原因可能是因为石灰石粉的上述性能主要发生在早期，随着石灰石粉的掺量增加，胶凝材料的用量下降，导致水8C 彳爿S l f1 2 0 1 1泥水化产物减少，浆体后期强度下降。石灰石粉
17、掺量膈图5石灰石粉掺量对水泥浆体抗压强度的影响2 2-2 石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体强度影响图6 为石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体抗压强度影响。图6 中1 0 石灰石粉与5 o o 粉煤灰复掺水泥浆体试件以及当石灰石粉掺量为5 0 0 时，分别掺入5 0 0、1 0 粉煤灰的水泥浆体试件3d、7J 强度都要高于空白基准试件，而2 8d 抗压强度只有5 0 0 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰复掺试件大于空白基准试件。5 0 0 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰复掺试件3d、7d、2 8d 强度分别较空自基准试件增加了5 5 2 0、2 7 7 0、4 1 0，可知5 0 0 石灰石粉与5 0 0
18、粉煤灰复掺试件对早期强度影响较大。时网m图6石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体抗压强度的影响从图7 中可以看出，当石灰石粉掺量为5 0 0，掺入5 0 0、1 0、1 5 粉煤灰的浆体3d、7d 抗压强度都要优于单掺5 石灰石粉的浆体，这可能是由于粉煤灰掺人起到稀释效应，粉煤灰在早期活性未激发，为水泥浆体水化提供了足够的水使其水化较充分，并且5 0 0 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰复掺时硬化浆体强度要优于其它掺量；从图8 中可以看出，在胶凝材料总量一定的情况下，5 0 0 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰复掺硬化浆体3d、7d、2 8d 强度都要优于单掺l o 石灰石粉硬化浆体。从图7、图8 中得出石
19、灰石粉与粉煤灰双掺水泥浆体强度得到了一定优势互补。从图9 中可以看出在所有石灰石粉和粉煤灰复掺的水泥浆体试件中，5 0 0 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰复掺硬化浆体3d、7d、2 8d 强度较其它掺量舳强酤曲筇卯站笛bm，0苣壬世嚼出螭盯踮；。：8鲇勋帖拈；qbm，O口室蜊蠼础辗万方数据都大。即5 0 0 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰双掺时，强度优势互补效果最好。时间d图7石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体抗压强度的影响时间d图8石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体抗压强度的影响蔓一图9石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体抗压强度的影响2 2 3 吸水率和化学结合水量与水泥浆体强度关系图1 0 为石灰石粉对水
20、泥浆体吸水率的影响，从图l O中得出，掺石灰石粉浆体3d、7d 吸水率随石灰石粉掺量增加出现先减小后增大的趋势，石灰石粉掺量 1 0 时吸水率随掺量增加而减小，掺量超过1 0 时随石灰石粉掺量增加吸水率增加。石灰石粉掺量 l O 时3d、7d 吸水率减小的原因是由于石灰石粉掺量在一定范围内能加快水泥的早期水化，生成更多水化产物使水泥浆体早期孔结构更密实。水泥浆体2 8d 吸水率随着石灰石粉掺量增加而增大，掺3 0 石灰石粉水泥浆体的吸水率较不掺石灰石粉的基准配比增大了5 6 2。说明石灰石粉掺入对水泥浆体后期孔结构有影响。由于吸水率与浆体孔结构有联系，图1 0 吸水率的变化正好与强度变化趋势相
21、反，从而一定程度解释了浆体强度变化规律。从图1 0 中同时得出，随着水化龄期的增加，浆体吸水率逐渐减小，这主要是由于随着水化龄期的增加，水化产物的增加更好的改善了浆体孔隙结构。|l L*宦I图l O石灰石粉对水泥浆体吸水率影响图1 l 为石灰石粉对硬化浆体化学结合水量影响。硬化水泥浆体中，水的形式分为化学结合水和非化学结合水。研究表明：非化学结合水量可作为水泥浆体内孔隙体积的量度，而化学结合水量与水化产物的数量存在一定的比例关系，化学结合水量随水化产物的增加而增加，随水化程度提高而增大”“1 6】。因此，可用不同龄期化学结合水量来表征水泥浆体水化程度。石灰石粉起初被认为是惰性材料，不具备水化活
22、性，但最新研究表明，石灰石粉能够改善水泥浆体水化进程”7。”。U，l uI，珊Dj U石灰石粉肠图1 1石灰石粉对水泥浆体化学结合水量影响图1 1 中掺石灰石粉浆体3d、7d 化学结合水量出现先增大后减小变化，石灰石粉掺量为1 0 时，3d、7d化学结合水含量较空白浆体分别增加了3 2 6 和2 6 1；而浆体2 8d 化学结合水量随石灰石粉掺量增加而减小。掺3 0 石灰石粉浆体2 8d 化学结合水含量较空白浆体减小了5 6 3。图1 1 中掺石灰石粉水泥浆体化学结合水量的变化规律反映了石灰石粉掺量在一定范围内时能提高硬化浆体的水化程度，与强度变化规律一致。图1 2a 中，5 0 0 石灰石粉
23、与5 0 0 粉煤灰复掺的l 2 0 1 l 粉煤灰9蚴忆蚴呲叫三懈嘶哪耋哪跖踯乃前：8砷鲐卯稻加弱加：qUm，O量世骤出辗豁鲫；。稻田舄如笛弱加；q加：2m，O苣型嘿邕辐衢孔笠媳MH也加8642O迷唧缸蛞扑晕万方数据硬化水泥浆体l d、3d、7d、2 8d 化学结合水量都高于空白基准试件，与强度规律匹配。图1 2b 中在石灰石粉掺量一定情况下，随粉煤灰掺量增加，化学结合水含量减少。当石灰石粉掺量为5 0 0 时，掺入5 0 0 粉煤灰复掺浆体3d、7d、2 8d 化学结合水量都高于掺入1 0 和1 5 粉煤灰复掺浆体，这与石灰石粉与粉煤灰复掺时强度(见图9)变化规律相吻合。摹蚓*d 口螺扑基
24、摹删*c姆扑掌O51 01 52 02 53 0时间d(a)O5l O1 52 02 53 0时间d(b)图1 2石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体化学结合水含量影响3 结论(1)石灰石粉的掺入对水泥浆体流动度不利，石灰石粉掺量越多，水泥浆体流动度越小。水泥浆体流动度随粉煤灰掺人而增大，粉煤灰掺量越多，流动度越大。粉煤灰能一定程度改善石灰石粉水泥浆体的流动度。(2)石灰石粉掺入对浆体早期强度有利，随石灰石粉掺量增加浆体强度出现先增大后减小趋势，石灰石粉掺量1 0 左右时，早期强度增加效果最明显。掺量超过1 0 后，石灰石粉对水泥浆体后期强度发展不利。掺量越多，强度下降越大。(3)石灰石粉与粉煤灰双
25、掺时，强度出现了一定优势互补效应。5 0 0 石灰石粉与5 0 0 粉煤灰复掺时i 水泥浆体各龄期强度改善效果最好。(4)单掺石灰石粉和石灰石粉与粉煤灰复掺浆体的吸水率、化学结合水量与其强度变化规律相匹配。C D 爿正彳吼H1 2 0 l l参考文献 1】刘数华，阎培渝石灰石粉对水泥浆体填充效应和砂浆孔结构的影响【J】硅酸盐学报，2 0 0 8 3 6(1)：6 9 7 2 2】刘数华，阎培渝石灰石粉在复合胶凝材料水化中的作用机理 J】水泥工程，2 0 0 8，(6)：6 8 3】G Y c，X L i u，G D es c h u n c r，A-M P o p p e，L T a e 刑e
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33、期：2 0 l O 年9 月2 0 日撕M笠博mMjm8642培坫!m8642O万方数据石灰石粉-粉煤灰对水泥浆体性能的影响石灰石粉-粉煤灰对水泥浆体性能的影响作者：金勇刚，肖佳，勾成福，许彩云，Jin Yonggang，Xiao Jia，Gou Chengfu，XuCaiyun作者单位：中南大学,土木建筑学院,湖南,长沙,410075刊名：粉煤灰英文刊名：COAL ASH CHINA年，卷(期)：2011,23(1)参考文献(21条)参考文献(21条)1.肖佳 水泥-石灰石粉胶凝体系性能研究 20082.陈雷 C6O高性能混凝土收缩徐变性能研究 20083.沈威;黄文熙;闵盘荣 水泥工艺学
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