粉煤灰和再生骨料对水工混凝土性能的试验研究

吴 宪

(盘锦市水利服务中心,辽宁 盘锦 124010)

1 试验方法

1.1 原材料

试验选用“渤海牌”P·O 42.5级普通硅酸盐水泥,选用绥中电厂生产的F类Ⅱ级优质粉煤灰,鞍山建材厂生产的机制砂,废烧结砖(Wb)和废混凝土(Wc)经过颚式破碎机破碎而成的再生原料,最大粒径≥10mm。

1.2 试验条件

对不同品种的再生原料,试验研究掺废烧结砖的再生水工混凝土(WbHC)、掺废混凝土的再生水工混凝土(WcHC)及掺两种混合料的再生水工混凝土(WbcHC)性能受粉煤灰掺量的影响[1]。

在设计配合比时,保持水泥用量14%不变,设计20%、40%、60%、80%四种再生原料替代率,在配置相同混合料稠度的情况下探讨10%、15%、20%、25%、30%粉煤灰掺量对再生水工混凝土的影响。根据以上配合比,准确计量水、人工砂、粉煤灰、水泥、废烧结砖和废混凝土再生原料,采用砂浆搅拌机均匀拌合3min后入模成型,成型尺寸160mm×40mm×40mm,为保证混合料密实度用胶砂振动台振动2min。然后分组编号,在室内静置24h后脱模,将各组试件放入60℃蒸汽养护环境中蒸养18h[2]。

1.3 测试方法

试验参照《水泥胶砂强度检验方法》测试蒸养后试件的抗压强度,依据《混凝土小型空心砌块试验方法》测试试件的吸水率和绝干密度。

2 结果与分析

2.1 不同粉煤灰掺量的WcHC性能

1)掺80%Wc的WcHC性能。设定Wc掺量80%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wc配制的WcHC性能及配合比如表1所示。

表1 掺5%粉煤灰的WcC性能(80%Wc用量)

结果显示,在水泥和Wc用量不变的情况下,掺10%粉煤灰(等比例减少人工砂)可明显增加WcHC抗压强度,增幅为41.7%,并且WcHC的吸水率与绝干密度也发生一定的改变。将废混凝土利用颚式破碎机加工后,Wc颗粒表面粗糙、多棱角,且具有较高的孔隙率,对WcHC密实度造成较大影响,其中掺80%Wc的拌合物密实度最差。

2)掺60%Wc的WcHC性能。从80%减少Wc用量至60%,相应地人工砂用量增大20%,不同粉煤灰掺量的WcHC性能及配合比如表2所示。

表2 不同粉煤灰掺量的WcC性能(60%Wc用量)

结果显示,随粉煤灰掺量增加WcHC的抗压强度变化较为明显,掺10%、15%、20%粉煤灰时WcHC抗压强度较未掺组依次增加24.2%、23.4%和12.5%;持续增加粉煤灰掺量至25%时WcHC抗压强度反而减小6.3%,说明WcHC抗压强度与粉煤灰掺量之间存在最佳数值。

3)掺40%Wc的WcHC性能。设定Wc掺量40%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wc配制的WcHC性能及配合比如表3所示。

表3 不同粉煤灰掺量的WcC性能(40%Wc用量)

结果显示,在不改变水泥和Wc用量的情况下,WcHC性能受粉煤灰掺量的影响规律与掺60%Wc时保持一致,但粉煤灰掺量对混合料拌合用水量、WcHC吸水率、绝干密度和抗压强度的影响程度存在一定差异。

4)掺20%Wc的WcHC性能。设定Wc掺量20%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wc配制的WcHC性能及配合比如表4。

表4 不同粉煤灰掺量的WcC性能(20%Wc用量)

结果表明,掺10%、15%、20%、25%粉煤灰时WcHC抗压强度较未掺组依次增加32.0%、31.1%、29.5%和20.5%,在设定掺量范围内粉煤灰可以在不同程度上增强WcHC抗压强度,但要使抗压强度增幅最大仍然具有一适宜掺量[3]。WcHC混合料拌合用水量、吸水率、绝干密度与粉煤灰掺量的相关性和之前分析数据保持一致。

2.2 不同粉煤灰掺量的WbHC性能

1)掺80%Wb的WbHC性能。设定Wb掺量80%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wb配制的WbHC性能及配合比如表5所示。

表5 掺5%粉煤灰的Wb性能(80%Wc用量)

结果显示,在水泥和Wb用量不变的情况下,掺10%粉煤灰(等比例减少人工砂)可明显增加WcHC抗压强度,增幅为64.5%,并且WcHC的吸水率维持不变,绝干密度有所增大。Wb相较于Wc具有更低表观密度和更高的吸水率,所以WbHC与WcHC相比有更高的混合料拌合用水量和吸水率,更低的绝干密度,抗压强度也明显偏低。

2)掺60%Wb的WbHC性能。从80%减少Wb用量至60%,相应地人工砂用量增大20%,不同粉煤灰掺量的WbHC性能及配合比如表6所示。

表6 不同粉煤灰掺量的WcC性能(60%Wb用量)

结果显示,掺10%、15%、20%、25%粉煤灰时WbHC抗压强度较未掺组依次增加60.0%、76.5%、74.1%和58.8%,掺15%粉煤灰时WbHC抗压强度最高为15.0MPa。随粉煤灰掺量的增加WbHC抗压强度变化规律与WcHC相似,但在相同掺量条件下WbHC抗压强度增幅明显>WcHC,如图1所示。

图1 不同粉煤灰掺量抗压强度增幅(60%Wb和Wc)

随粉煤灰掺量的增加WbHC混合料拌合用水量、吸水率、绝干密度变化规律与WcHC基本一致,掺25%粉煤灰时WbHC混合料拌合用水量、吸水率较未掺组提高18.3%和16.1%,绝干密度减小5.5%,这与WbHC混合料拌合用水量和吸水率较高、绝干密度较低密切相关[4-5]。

3)掺40%Wb的WbHC性能。设定Wb掺量40%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wb配制的WbHC性能及配合比如表7所示。

表7 不同粉煤灰掺量的WbC性能(40%Wb用量)

结果显示,掺10%、15%、20%、25%、30%粉煤灰时WbHC抗压强度较未掺组依次增加39.8%、66.9%、42.9%、38.8%和28.6%,掺15%粉煤灰时WbHC抗压强度最高为14.4MPa。随粉煤灰掺量的增加WbHC抗压强度变化规律与60%Wb相似,但在相同掺量条件下前者的抗压强度增幅相对较低。

4)掺20%Wb的WbHC性能。设定Wb掺量20%,采用粉煤灰、人工砂、水泥和Wb配制的WbHC性能及配合比如表8所示。

表8 不同粉煤灰掺量的WbC性能(20%Wb用量)

结果显示,掺10%、15%、20%、25%、30%粉煤灰时WbHC抗压强度较未掺组依次增加40.9%、37.1%、33.3%、31.4%和27.6%,掺10%粉煤灰时WbHC抗压强度最高为14.8MPa。随粉煤灰掺量的增加WbHC抗压强度变化规律与60%及40%Wb相似,但WbHC抗压强度增幅随着Wb用量的减小而降低。随粉煤灰掺量的增加WbHC混合料拌合用水量、吸水率、绝干密度变化规律与60%及40%Wb基本一致。

2.3 不同粉煤灰掺量的WcbHC性能

1)混合再生原料总量60%。WcbH抗压强度随粉煤灰掺量增加的变化趋势,如图2所示。

图2 不同粉煤灰掺量抗压强度(60%Wb、Wc)

结果表明,对于不同组成比例的混合再生原料,粉煤灰的掺入均会在不同程度上提高WcbHC抗压强度,但组成比例的改变影响了随粉煤灰掺量增加WcbHC抗压强度的变化趋势:当Wc含量高于Wb时随粉煤灰掺量增加WcbHC抗压强度增大,超过适宜掺量10%后粉煤灰掺量的进一步增加反而会降低WcbHC抗压强度,变化趋势与WcHC相似;掺Wb含量较高时随粉煤灰掺量增加WcbHC抗压强度逐渐增大。因此,粉煤灰对增强WcbHC抗压强度的作用效果会受再生原料组成的影响。

WcbHC拌合用水量、吸水性、绝干密度与粉煤灰掺量之间的关系如图3所示。

图3 不同粉煤灰掺量绝干密度、吸水率和拌合用水量(60%Wb、Wc)

结果表明,随粉煤灰掺量的增加WcbHC绝干密度逐渐减少,混合料拌合用水量和吸水率逐渐增大,该变化趋势与WcHC、WbHc基本相同。

2)混合再生原料总量40%。随着粉煤灰掺量(10%～20%之间)的增加WcbHC抗压强度不断增大如图4所示,40%混合原料总量时粉煤灰对增强WcbHC抗压强度的作用效果明显优于60%时。进一步增大粉煤灰掺量到25%,随粉煤灰掺量增加Wc含量较高的WcbHC抗压强度逐渐减小,而Wb含量较高时逐渐增大并趋于稳定。因此,研究认为无论组成比例如何改变,进一步增加粉煤灰掺量均会降低WcbHC抗压强度。

图4 不同粉煤灰掺量抗压强度、(40%Wb、Wc)

随粉煤灰掺量的增加WcbHC绝干密度逐渐减少,混合料拌合用水量和吸水率逐渐增大,该变化趋势与WcHC、WbHc基本相同,WcbHC拌合用水量、吸水性、绝干密度与粉煤灰掺量之间的关系如图5所示。

图5 不同粉煤灰掺量绝干密度、吸水率和拌合用水量(40%Wb、Wc)

3)混合再生原料总量20%。20%混合原料总量时WcbHC混合料拌合用水量、吸水率、绝干密度、抗压强度受粉煤灰掺量的影响与60%及40%时基本相同,但该条件下粉煤灰对增强WcbHC抗压强度的作用更显著,如表9～10所示。

表9 不同粉煤灰掺量的WcbC性能(15%Wc、5%Wb用量)

表10 不同粉煤灰掺量的WcbC性能(5%Wc、15%Wb用量)

综上分析,将粉煤灰掺入WcbHC中,其性能变化特征与WbHC、WcHC基本相同,主要体现在以下方面:①较高掺量条件下,粉煤灰仍然具有明显的增强WcbHC抗压强度的作用,且抗压强度增幅随着再生原料用量的减小而提高;②随再生原料用量的增大粉煤灰适宜掺量逐渐增大。

3 结 论

1)掺入适量的粉煤灰能够增强再生水工混凝土强度,不同配合比、不同再生原料组成时的最佳粉煤灰掺量存在一定差异。再生原料用量和组成对粉煤灰增强效果及混凝土强度发展趋势产生影响。

2)再生水工混凝土绝干密度随着粉煤灰掺量的增加表现出先增大后减小的变化趋势,掺10%粉煤灰时绝干密度有最大值。抗压强度和绝干密度达到最大值时的粉煤灰适宜掺量不同,随粉煤灰掺量增加混合料拌合用水量和吸水率明显增大。因此,在实际工程应用时,应综合考虑经济性、生产工艺、再生混凝土性能等因素合理确定最佳粉煤灰掺量。