1、粉煤灰对混凝土性能的影响研究毕 业 论 文（设 计）粉煤灰对混凝土性能的影响研究Fly ash on concrete influence on the performance of the research 姓名Xxx学号Xxxxxx毕业界别2011专业材料学毕业论文题目粉煤灰在混凝土中的应用研究指导教师Xxxxx学历硕士职称讲师所学专业材料学具体要求（主要内容、基本要求、参考资料）：1、主要内容：粉煤灰是锅炉烧煤过程中，从烟气中收集下来的一种灰尘。在热能发电过程中，通过湿法收集到的粉煤灰，其活性得到保留，因而作为掺合料在混凝土中得到广泛应用。由于煤质不同，锅炉质量不同，粉煤灰的质量也存在很
2、大差异。如何判别粉煤灰的质量，找出影响粉煤灰质量的因素，这对于我们在实际生产过程中，在混凝土中正确应用粉煤灰，用废节能具有深远的意义。2、基本要求：根据理论分析，找出影响粉煤灰质量的因素，设计混凝土的配合比；按照配比进行混凝土的拌合，测试混凝土的性能；通过数据整理分析，提出在混凝土中正确应用粉煤灰的措施，以利于指导生产。3、参考资料：新拌混凝土、混凝土制品工艺学、土木工程材料、聚合物混凝土、高性能混凝土技术、混凝土外加剂等。进度安排：25周，接受论文任务，查阅资料，撰写文献综述，写出开题报告。613周，提出试验方案，进行试验。1215周，整理数据，撰写论文，准备答辩。 指导教师：xxxx201
3、1年3月3日院（系）意见：教学院长签字：2011年 月 日附注： 院（系）：环境与材料工程学院摘要 随着科学技术的进步，生产力的发展，各种新型材料不断涌现。而水泥混凝土因其与钢材、木材、塑料等相比，原料来源广、工艺简单，生产成本低，并具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点，所以在今后相当长的时期它仍将是应用最广、用量最大的建筑材料。因此，水泥混凝土是我国建筑业振兴和发展的支柱。还有住宅建设和改造任务量大，城镇建设任务增大以及农村建设等等，可想而知，建材的需求量很大，特别是混凝土的用量很大。然而现在的混凝土不再是以前那种水泥、砂石和水的简单拌合物，由于减水剂等外加剂的研制成功，以及掺合料的使用
4、，使混凝土的性能得到大大改善。在现代生产生活中，研究粉煤灰对混凝土性能的影响对混凝土施工具有重要意义。因此粉煤灰对混凝土性能的影响的研究，对于混凝土的正确应用非常重要。本课题就是针对粉煤灰对混凝土性能的影响进行研究探讨。 粉煤灰是一种工业废料,从粉煤灰的组成和微观结构来看,又是一种具有潜在火山灰活性的物质,能为建材工业所用。虽然目前,我国粉煤灰在建材工业中已得到部分的应用,但是还只能处理部分粉煤灰且利用水平低,没有充分发挥粉煤灰的火山灰活性。如果能用粉煤灰取代部分水泥熟料,不仅可以减少水泥熟料生产量,减少生产水泥对资源的消耗和CO2排放量,且提高了粉煤灰的利用率及利用水平。通过粉煤灰的二次反应
5、,改善水泥的性能,提高混凝土的性能。因此,如何在水泥生产中大量利用粉煤灰是亟待解决的重要课题。关键词： 混凝土 粉煤灰 性能Along with the science and technology progress and the development of productive forces, all sorts of new material emerge. And because of the cement concrete with steel, wood and plastic etc, wide raw material sources, compared to the sim
6、ple process, production cost is low, and has a durable, fire prevention, adaptable, application is convenient wait for a characteristic, so in quite a long period in the future it will still is most widely used, dosage the biggest building materials. Therefore, cement concrete is our country constru
7、ction revitalization and development pillar. And residential construction and renovation tasks amount is large, urban and rural construction mission increase it, building materials, construction, and so on, especially in great demand of concrete dosage greatly. But now the concrete is no longer ago
8、that cement, sand and water content, because the simple white water-reducing agent, etc, and the successful development of admixture, the use of admixture, concrete performance is greatly improved. In the modern production life, studies on the influence of fly ash concrete performance of concrete co
9、nstruction to have the important meaning. So the influence of fly ash concrete performance of the study for the correct application of concrete is very important. This topic is for fly ash on concrete performance influence to study. Fly ash is a kind of industrial waste, from fly ash components and
10、microstructure perspective, it is a kind of potentially ash active substances, used for building materials industry. Although at present, our country has been in the building materials industry fly ash get partial applications, but also can deal with fly ash partly and use level is low, no give full
11、 play to the ash activity fly-ash. If can partly replace coal ash cement clinker, not only can reduce the cement clinker production, reduce the production of resources consumption and cement, and improve the CO2 emissions from fly ash utilization and use level. Through the second reaction, improve f
12、ly ash cement performance, improve the performance of concrete. Therefore, how to in cement production in large amounts in urgently to be solved by using fly ash is an important subject. concrete fly ash performance1、绪论 11.1 课题来源 11.2 研究目的和意义 11.3 国内外粉煤灰混凝土的发展现状 22、粉煤灰对水泥混凝土的作用机理 42.1 粉煤灰的活性 42.2 粉煤
13、灰的掺用机理 52.3 粉煤灰在水泥混凝土中的作用机理 53、原料及性能 73.1 粉煤灰 73.2 水泥 93.3 骨料 103.4 外加剂 123.4 水 124、粉煤灰混凝土的实验 124.1 混凝土的配合比设计 124.2 混凝土拌和物性能实验 134.3 硬化混凝土性能实验 154.4 实验结果分析 165、结论 176、致谢 187、参考文献 19第一章 绪论1.1 课题来源随着科学技术的进步，生产力的发展，各种新型材料不断涌现。而水泥混凝土因其与钢材、木材、塑料等相比，生产能耗低、原料来源广、工艺简单，生产成本低，并具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点，所以在今后相当长的时期
14、它仍将是应用最广、用量最大的建筑材料。据不完全统计，世界水泥产量已超过13亿吨，折合混凝土不少于40亿立方米，是我国建筑业振兴和发展的支柱。还有住宅建设和改造任务量大，城镇建设任务增大以及农村建设等等，可想而知，建材的需求量很大，特别是混凝土的用量很大。然而现在的混凝土不再是以前那种水泥、砂石和水的简单拌合物，由于高效塑化剂等外加剂的研制成功，以及掺合料的使用，使混凝土的性能得到大大改善。全世界粉煤灰产量约500亿t。大多数用于修建码头，堤坝，筑路，以及用作混凝土的掺合 料等。具有胶凝性质或水硬性质的粉煤灰，代替部分水泥配制高性能混凝土，具有很大的潜 力。粉煤灰也是生产水泥的原料和掺合料，粉煤
15、灰还用来烧陶粒、烧砖，以及生产砌块等。目 前，全世界对粉煤灰的利用很不一样，高的可达57%，而低的仅有3%;全世界平均约16%左 右。而在水泥混凝土中的利用只是粉煤灰总排放量的6%10%。在我国，1983年以来，粉煤灰年均增加近400万吨;到1988年，5万kW以上电厂排放的 粉煤灰达5500多万t;预计到20世纪末，年排灰量将达1.21.5亿t。利用率每年在排灰量1000万t以上国家中居中。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995
16、年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。因此，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。粉煤灰是可以直接使用(或简单加工利用)其独特的性能来提高混凝土性能的矿物掺合料之一。
17、1.2 课题研究的目的及意义粉煤灰是一种工业废料,从粉煤灰的组成和微观结构来看,又是一种具有潜在火山灰活性的物质,能为建材工业所用。虽然目前,我国粉煤灰在建材工业中已得到部分的应用,但是还只能处理部分粉煤灰且利用水平低,没有充分发挥粉煤灰的火山灰活性。如果能用粉煤灰取代部分水泥熟料,不仅可以减少水泥熟料生产量,减少生产水泥对资源的消耗和CO2排放量,且提高了粉煤灰的利用率及利用水平。通过粉煤灰的二次反应,改善水泥的性能,提高混凝土的性能。因此,如何在水泥生产中大量利用粉煤灰是亟待解决的重要课题。在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的
18、可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加混凝土地修饰性。生产实践表明,掺入粉煤灰的混凝土易泵送、振捣和成型，即使混凝土目视较干，坍落度较小，但振动密实时间仍较短。据报道，用粉煤灰等量取代10、20、30、40的水泥，软练砂浆成型下料时间由未掺粉煤灰的30s分别缩短为25s、20s、16s、14s，在坍落度相同情况下，每m3混凝土可减水79kg。粉煤灰之所以能够如此明显地改善混凝土的和易性，主要原因是又圆又细的粉煤灰颗粒相滚珠似地分散在水泥、砂、石之间，有效地减少了它们之间的内摩擦，同时粉煤灰密度较小，特别是采用超量取代法，混凝土中胶凝物质含量增加，浆骨比也随
19、之增大,粉煤灰混凝土特别有利于泵送施工。由于煤质不同，锅炉质量不同，粉煤灰的质量也存在很大差异。因此，如何判别粉煤灰的质量，找出粉煤灰影响混凝土拌合物和易性的因素，在混凝土中正确应用粉煤灰，用废节能具有深远意义。本课题就是研究混合材粉煤灰及其掺量对混凝土拌合物和易性的影响。1.3 国内外粉煤灰混凝土的发展状况1粉煤灰用于制备混凝土不但可以改善新拌混凝土的工作性, 更重要的是可以改善混凝土的耐久性。国内外文献介绍粉煤灰混凝土技术时, 可以追溯到2000 多年前古罗马大型工程中曾采用的火山灰混凝土, 其目的是要验证粉煤灰是一种人工火山灰。粉煤灰混凝土技术发展的先驱是美国加州大学伯克利理工学院的Da
20、visr. E, 他于1933 年开始研究粉煤灰在混凝土中的应用, 随后与其合作者陆续发表了国际上首批粉煤灰混凝土的研究报告。20 世纪40 年代, 美国垦务局等工程部门, 通过不少水坝工程混凝土中掺加粉煤灰的成功试点, 终于决定在蒙大拿州的俄马坝大型工程中, 大规模应用粉煤灰, 共掺用粉煤灰13 万吨。竣工后的定期观察表明, 粉煤灰混凝土至今保持良好的性能。因此, 欧美国家有关文献, 将俄马坝工程中粉煤灰的应用列为粉煤灰混凝土技术发展史中第一块里程碑。20 世纪50 年代, 粉煤灰在大体积混凝土中的应用得到普遍推广, 在大型混凝土水利工程中积极采用粉煤灰, 这为粉煤灰的大宗利用提供了条件。我
21、国粉煤灰的利用研究始于50年代初, 沈旦申等发表了粉煤灰水泥混合材料的系统研究报告, 并提出了推广应用的建议。虽然当时的利用率不高, 但研究及利用技术与发达国家相比, 并无较大差距。20 世纪60 年代, 粉煤灰混凝土经历了广泛的实用阶段。各国学者对粉煤灰的基础理论进行了研究,并发表了不少有关粉煤灰性能和对混凝土影响的著作, 取得了很多有价值的研究成果。20世纪70年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深入，应用方面也有了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化
22、工产品的原料，受到人们的青睐。目前，对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究，特别是着重要资源化研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。世界上燃烧煤炭的火力发电这一发展方向得到新的共识, 在许多国家中粉煤灰资源迅速增长, 备受重视, 粉煤灰混凝土技术的进步也加快了步伐。国外开始开发研制高性能粉煤灰混凝土。我国也加强了这一对于混凝土工程学具有划时代意义的工作, 并取得了长足进步。20 世纪80 年代, 粉煤灰混凝土技术扩大到钢筋混凝土工程(包括预应力混凝土)的应用范围, 在建设工程中的应用技术有了新的发展, 粉煤灰已逐步发展成为混凝土的基本组分。20 世纪90 年代,
23、 保护地球环境, 寻求与自然的和谐, 走可持续发展之路己成为全世界共同关心的问题。因此提出“绿色混凝土(Green Concrete)”,“绿色高性能混凝土 (Green High Performance Concrete, GHPC )”和“环保型混凝士(Environment Friendly Concrete)”的概念。因此, 粉煤灰己在高性能混凝土、碾压混凝土、泵送混凝土及大坝混凝土中得到广泛应用, 有关的研究也取得了较大的进展。近几年来, 大量的粉煤灰也已经应用于我国混凝土工程建设中, 特别是三峡工程, 几乎没有不掺粉煤灰的大坝混凝土, 三峡工程三期Rcc 围堰工程中粉煤灰的掺量在5
24、0%以上。所以, 粉煤灰在我国的高性能混凝土中同样具有较大的应用潜力, 其绿色环保意义也是巨大的。我国粉煤灰综合利用技术正在发展之中, 已有不少新技术在正在推广应用, 今后的重点应是开发高利用率、低成本、高质量和高性能的粉煤灰利用新技术。研究新技术、新方法, 拓展粉煤灰有效利用途径, 提高其利用价值。例如, 在高温下将粉煤灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3 等氧化物脱氧, 并除去杂质制成硅、铝、铁三元合金或硅、铝、铁、钡四元合金; 作开展粉煤灰在混凝土中的优效应用技术, 引用国际上先进的“高标号水泥+ 大产量粉煤灰+ 高效减水剂”的方法, 发展高钙粉煤灰作为混凝土掺和料的应用技术; 粉煤灰
25、复合高温陶瓷涂层技术, 粉煤灰微珠复合材料, 粉煤灰微珠细末分离技术等。综上所述, 目前粉煤灰高新利用技术发展主要有以下3 个方面的内容: 高效应粉煤灰资源的开发;高性能粉煤灰制品的开发; 高性能粉煤灰混凝土的开发。第二章 粉煤灰对水泥混凝土的作用机理2.1 粉煤灰的活性粉煤灰的活性包括物理活性和化学活性两个方面。2.1.1 物理活性物理活性是粉煤灰颗粒效应、微集料效应等的总和，是切与自身化学元素性质无关，又能促进制品胶凝活性和改善制品性能(如强度、抗渗性、耐磨性)的各种物理效应的总称。它是粉煤灰能够直接被充分利用的最有实用价值的活性，是早期活性的主要来源。粉煤灰混凝土在常温下, 由于粉煤灰的
26、水化反应比水泥慢, 被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到及时补偿, 所以粉煤灰混凝土的早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移, 粉煤灰中的活性成分SiO2 与水泥水化生成的Ca(OH )2发生反应, 生成具有胶凝性的水化产物,降低了混凝土中的液相碱度, 进一步促进了水泥的水化, 因此混凝土的后期强度增长较快。另外粉煤灰中以酸性氧化物为主要成分的玻璃相在潮湿环境中可与水泥水化生成的Ca(OH)2 发生反应, 生成水化硅酸钙凝胶体C- S- H, 对硬化的水泥浆体起增强作用, 也能促进混凝土后期强度的增长。分级灰的细度对其需水量有很大影响。粒径小于25m的分级灰的需 水量，不仅明显地
27、低于E级灰，而且也不大于我国标准的一级灰。45m的分级灰，虽然25 m的粒径的粒子均被剔出去，但需水量和E级灰相同。粉煤灰的火山灰活性，用抗压强度比 值表明，随着分级灰粒度增大而降低。这说明了，通过分离技术，可以有效的改善粉煤灰的质 量，提高其火山灰活性。10m，25m的分级灰的砂浆，抗弯强度的比值明显地高于抗 压强度的比值。细度对抗弯强度比的影响与其对抗压强度比的影响具有相同的规律性。2.1.2 化学活性化学活性是指其中的可溶性二氧化硅、三氧化二铝等成分在常温下与水和石灰徐徐地化合反应，生成不镕、安定的硅铝酸钙盐的性质，也称火山灰活性。需要说明的是，有些粉煤灰本身含有足量游离石灰，无须再加石
28、灰就可和水显示该活性。粉煤灰化学活性的决定因素是其中玻璃体含量、玻璃体中可溶性的SiO2、Al2O3 含量及玻璃体解聚能力。粉煤灰的活性是粉煤灰颗粒大小、形态、玻璃化程度及其组成的综合反映，也是其应用价值大小的一个重要参数。2.2 粉煤灰掺用机理 由于粉煤灰固有的火山灰活性，它能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙缓慢进行“二次反应”，在表面形成-火山灰质反应生成物。与水泥浆硬化体结合起来，进而增长龄期强度，提高混凝土的抗渗性和耐久性；此外，由于粉煤灰在混凝土中具有超出火山灰活性的特殊物理功能，比如粉煤灰的减水功能、增加浆体的体积功能、调节凝胶量和胶凝过程的功能、填充浆体孔隙功能、与水泥整体的协和功
29、能等，使粉煤灰混凝土物理化学作用达到动态平衡，起到了使混凝土性能改善和质量提高的作用。 粉煤灰在水泥混凝土中的作用机理5掺入粉煤灰 ,能起到减水的作用 ,增加新拌混凝土的坍落度 ,减少坍落度损失 ,提高混凝土的后期强度 ,提高混凝土的耐久性能。2.3.1 提高和易性粉煤灰与外加剂共同应用于混凝土时 ,粉煤灰能起到减水作用 ,在不减少混凝土用水量的情况下 ,能增大混凝土坍落度和扩展度 ,同时减少混凝土的坍落度损失。因为粉煤灰与高效减水剂共同作用 ,打破了水泥浆体絮凝结构 ,又填充了水泥粒子的间隙 ,使得游离水被释放出来 ,起到稀化的作用 ,同时粉煤灰在水泥颗粒之间起到减弱大颗粒间的吸附和润滑作用
30、。由于 I级粉煤灰很细 ,具有较高的表面能 ,单独存放时会自动吸附成团 ,当用于水泥浆体时 ,也有自身吸附成团或与水泥颗粒吸附的趋势 ,这一趋势也会抵消一部分的稀化效果。而当粉煤灰与高效减水剂共同使用时 ,由于其表面能很高 ,对能降低表面能的减水剂分子会迅速吸附 ,使得其表面能降低 ,以至于不再有自身吸附成团或与水泥颗粒吸附的趋势 ,使得细粉充分发挥其填充稀化作用 ,从而使得混凝土的坍落度最大 ,起到减水作用。粉煤灰还能减少坍落度损失 ,因为粉煤灰的水化滞后于水泥的水化时间 ,粉煤灰的水化需要水泥的水化产物:Ca(OH)2 的激发 ,与之水化反应生产 C- S- H。2.3.2 提高混凝土强度
31、粉煤灰由于其比表面积很大 ,增加了其火山灰活性 ,与水泥水化产物之一 Ca(OH)2 反应更为迅速和充分 ,可提高混凝土中水泥水化程度 ,试验证明 ,粉体越细 ,强度增强效果越好。随着水化反应产物C- S- H增多 ,结构变得更为致密。利用粉体的减水增密和火山灰活性的两个增强效应 ,是 I 级粉煤灰等超细粉独特的优点。2.3.3 提高混凝土的耐久性能掺粉煤灰的混凝土的渗透系数大有降低 ,氯离子扩散系数(电通量)大大降低 ,F 类粉煤灰能提高抵混凝土抗硫酸盐的侵蚀的能力 ,粉煤灰替代部分水泥 ,是提高混凝土耐久性能的重要技术途径。2.3.4 改善混凝土的弹性模量混凝土实际桥梁工程中 ,除了主要以
32、强度作为控制指标外 ,经常还需要规定混凝土的弹性模量值 ,用来控制预应力张拉。在计算钢筋混凝土的变形、裂缝扩展及大体积混凝土的温度应力时 ,都必须知道对应混凝土的弹性模量。在工程中 ,也常常出现强度满足要求而弹性模量偏低 ,使得混凝土构件变形较大而不能正常使用的问题 ,导致一些工程事故的发生并造成经济上的损失。对于混凝土弹性模量来说 ,影响因素有很多 ,原材料的性能特征、水灰比、骨料性能、砂率、强度等级、养护条件和龄期等均会影响混凝土的弹性模量。随着高性能混凝土的迅速发展 ,各种矿物掺合料和外加剂的使用对混凝土的性能产生了较大的影响。在混凝土中掺入一定量的粉煤灰可有效提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度 ,增强抵抗氯离子渗透的能力。这主要是由于在含粉煤灰的试样中 ,随着水化的进行 ,粉煤灰掺合料中的活性SiO2、Al2O3的活性受到激
