1山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

第&期

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水利水运工程学报

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西藏火山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

陈青生#，钱桂凤!

（#*河海大学科学研究院，江苏南京

!#""’+；!*南京铁路分局基建处，江苏南京

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摘要：分析了西藏羊八井火山灰的物理性能及活性，讨论了火山灰的最大掺量，掺火山灰试件的强度、干缩和抗冻

等试验表明，混凝土中掺入!".的火山灰，仍可满足工程要求)

关键词：最大掺量；混凝土；强度；抗冻性；火山灰；西藏

文献标识码：1

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中图分类号：/0&!,

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随着我国西部大开发战略的实施，西藏自治区的混凝土工程量将越来越大)目前西藏水泥的来源主要有两个途径，一是以拉萨水泥厂为主，其他小型水泥厂为辅的地产水泥；二是主要靠#"""余RP青藏线汽车运进内地水泥)由于地产水泥的生产主要是以电力为能源，加之内地水泥的运输成本又较高，西藏的水泥价格是内地的,倍左右，因而造成西藏的混凝土单价非常高)此外，西藏又缺少火力发电厂和炼钢厂，粉煤灰和矿渣等资源也就匮乏)为了节约水泥、降低混凝土的成本，改善混凝土的性质，有必要寻找地产天然的混凝土掺合料)

西藏自治区有着丰富的天然火山灰资源，而且火山灰质材料与水泥水化产物4F（T5）其火!发生反应，

［#］山灰效应有利于改善水泥基体与集料的界面，产生微过渡区)西藏当雄县羊八井区有一处储量较大的凝灰

岩火山灰矿藏，研究其是否能用作混凝土的掺合料，对西藏的经济发展具有现实意义)

;西藏火山灰的物理化学性能分析

经试验测得羊八井区火山灰的密度为!*&";UEP,)根据文献［!］中的几种火山灰质材料的化学成分，并

收稿日期：!""#$"%$"&

作者简介：陈青生（#’%&(），男，安徽青阳人，高级工程师，博士，主要从事水工结构材料试验工作)

山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

第I期陈青生，等：西藏火山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

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通过对该火山灰进行的"#射线衍射分析（见图

表明，该凝灰岩火山灰的矿物成分由7%8（占!）9、以及硅质玻璃体和:;<）=598（占!?<左右）>少量石英组成’

火山灰的活性主要来源于无定型或玻璃体物质以及沸石类化合物’由于火山灰质材料成因各异，其化学成分、矿物组成和物理性能各不相同’因此，应寻找一种能综合反映材料活性和

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图!

火山灰"#射线分析

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［>］水泥性能之间关系的试验方法，以准确评定火山灰质材料的活性’鉴于试验条件，采用强度试验法测试该

火山灰质材料的活性，并同时进行了不同养护方法对强度的影响试验，其结果见表!’

表!

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火山灰掺量（D<）;>;

火山灰活性试验结果

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抗压强度DEF)

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标养9J+??’IIJ’:

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G;H养护9I1

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注：标准砂、火山灰和水；?9?L普通硅酸盐水泥、!材料："水泥胶砂流动度控制在!9?M!>?00

试验结果表明，抗压强度分别为不掺火山灰的9J+标准养护条件下掺入>;<火山灰的胶砂抗弯强度、

［I］

满足国家标准规定的9J+的抗压强度之比值不得低于:9<的要求，说明该火山灰具有JIN:<和JGNG<，

活性’对于不掺火山灰的水泥胶砂，抗压强度均明显高于!+蒸气养护的值；对于掺入9J+标准养护的抗弯、

抗弯强度还低于!+蒸气养>;<的火山灰的水泥胶砂，9J+标准养护抗压强度仅略高于!+蒸气养护的值，护的值，即养护温度对掺火山灰水泥胶砂的强度具有明显的影响，进一步表明该火山灰具有较高的潜在活性’

"火山灰最大掺量

火山灰质掺合料自身不会发生水化反应，但其活性成分能与水泥的水化产物O)（8P）生成低9起反应，

需由试验确定火山灰的活性和适宜钙硅比的水化硅酸钙凝胶，它既能在空气中硬化也能在水中硬化’据此，的最大掺量，在不影响强度的前提下，增大火山灰掺量，以达到水泥用量最少、降低混凝土成本的目的’"#!

火山灰比表面积和掺量对强度的影响

掺量分别为!;<，"#!#!比表面积为I!?09DQ&、9;<，>;<和不掺的情况进行胶砂试件的抗弯和抗压强

度试验，经!+蒸气养护后的试验结果见表9’试验结果表明，掺火山灰为!;<，抗压强度略>;<试件的抗弯、低于不掺火山灰试件，而掺量为9;<时，强度略有提高’

表"

@)A’9

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量（D<）;!;9;>;

火山灰掺量对强度的影响

R6,5C26-2/,3/44/5)6-/6.26./6B.(26&.1

抗弯强度DEF)

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抗压强度DEF)

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山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

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水利水运工程学报%##)年)%月

掺量分别为)#*，!"#"!比表面积为!"#$%&’(、%#*，+#*和不掺的情况进行胶砂试件的抗弯和抗压强

度试验，并同时进行),的蒸气养护和-、试验结果见表+/试验结果表明：%.及!#,标准养护的强度比较，!在-#0蒸气养护下，掺量分别为)#*、其抗弯、抗压强度明显高于不掺的试件，但掺量为+#*的试件%#*时，强度明显下降/"在标准养护条件下，掺量为)#*时，无论是早期（-,），还是中、长期（%.和!#,）的抗弯、抗压强度均高于不掺的试件；掺量为%#*时，早期（-,）强度略低于不掺试件，而%.,后的强度大于不掺试件；掺量为+#*时，但!#,长期标养后，强度略大于不掺试件/-和%.,强度均略低于不掺试件；

表$火山灰掺量、养护条件对强度的影响

123/+

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掺量分别为)#*，!"#"$比表面积为)#+%$%&’(、%#*和不掺的情况进行胶砂试件的抗弯和抗压强度试

验，同时进行),蒸气养护和%.,标准养护的试验结果见表F/试验结果表明，同比表面积为!"#$%&’(的相比，除掺量为)#*的强度有所降低外，%#*掺量的强度略有提高/

表%

123/F

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量（&*）#)#%#

火山灰掺量、养护条件对强度的影响

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蒸养),!/!+!/E.)#/#%

!"!火山灰比表面积、掺量对强度影响的分析

将比表面积分别为F)"，并进行了比较，表明火山灰!"#和)#+%$%&’(的火山灰掺合料的强度绘于图%，的比表面积对强度影响显著/比表面积小的（如F)"$%&’(）火山灰增强作用不明显；比表面积增至!"#$%&’(时，强度显著提高；若继续增大比表面积（如)#+%$%&’(），则强度不再增加，甚至略有降低，这和磨细矿渣等其他掺合料类似，体现了火山灰的细度与其活性间的关系，在一定的细度范围内，火山灰活性随细度的增加而增长，从而促进强度的增长，但超过一定细度后，其活性与增强效应就不再增加/由图%还可看出，火山灰比表面积一定，而掺量不同时，其增强效应也存在明显差别/不同技术组合条件下，基本以掺量为%#*的增强效果最为显著，因为掺量的多少与最佳密实度的浆体材料有关，在适宜掺量范围内，随掺量的增加，细掺料的微填充效应愈明显，浆体的密实性与增强效应也愈好，但细掺料的掺量过大时，由于粗细颗粒比例失调或胶凝材料需水量增大等因素，反而导致强度和耐久性的降低/

综上分析，火山灰的比表面积以!"#$%&’(较为适宜，蒸气养护条件下火山灰的最大掺量以%#*为宜；在标准养护条件下，如果利用!#,后的强度作为设计指标，火山灰的最大掺量可达+#*/

山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

第L期陈青生，等：西藏火山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

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图!

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火山灰比表面积对强度的影响

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!火山灰对砂浆干缩性和混凝土抗冻性的影响

在掺有火山灰的水泥水化产物中51（67）而水化硅酸盐凝胶含量则较多%因此，火山灰水泥硬!含量较低，

化后的致密度较高，其抗渗性和抗淡水溶蚀能力好于硅酸盐水泥%水化产物中水化铝酸钙的含量也低，尤其是含8)!69较低的火山灰质混合材，其抗硫酸盐侵蚀的能力好于硅酸盐水泥%掺火山灰水泥的碳化性能、抗冻性一般比硅酸盐水泥差，干缩也较大%为此，进行了掺有羊八井区火山灰的砂浆干缩和混凝土抗冻性能试验%!"#

干缩性试验

对不掺火山灰及掺量分别为:;<，试验结果见表=%火山灰!;<和9;<的水泥砂浆进行了收缩率比较试验，掺量为:;<的水泥砂浆>?收缩率与不掺火山灰的相差!9<，而!@?后的收缩率则接近；火山灰掺量为!;<和而!@?以后的收缩率比不掺火山灰的大!;<左右，可见，9;<的水泥砂浆>?收缩率比不掺火山灰的大A9B@<，

掺火山灰砂浆的早期收缩较大，中期时收缩虽仍大于不掺火山灰的，但两者的差值已逐渐减小%

表$

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火山灰掺量（I<）

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砂浆收缩率试验值

不同龄期的收缩率（J:;KA）:L?!9>!L>!A;!M;

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注：每组砂浆试件的胶砂比、水胶比相同，流动度相近%

!"%抗冻性试验

根据前述试验结果，火山灰掺量为!;<时的活性较好，因此，选择比表面积为A=;G!IF$、掺量为!;<火山灰的混凝土进行冻融试验，冻融循环=;次的试验结果见表A%试验结果表明，火山灰掺量为!;<，无论是蒸养:?还是标养!@?的混凝土试件，经=;次冻融循环后的质量损失均不超过=<，且小于或等于不掺火山灰的试件，但抗压强度有所降低，其中，:?蒸养的降低:@<，!@?标养的降低@<%

山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性

A%

水利水运工程学报A@@<年<A月

表!

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火山灰掺量（89）

不掺A@

质量损失（89）

混凝土抗冻试验结果

抗压强度8:;"

&’(()*+,-./"0*+,.(1.’(123.145’./(65+6’(.(0*./75))53"+

标养AB=%A$<%D$E

蒸养<=>冻融?@次标养AB=>冻融?@次蒸养<=>冻融?@次标养AB=>冻融?@次

<$B<$A

<$@<$@A

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?A$@CB$@

注：两组混凝土试件的水胶比相同$

综上所述，掺火山灰对砂浆试件早期收缩性能有一定的影响，而对AB=以后的收缩性能则影响很小$掺

质量损失较小，但对强度有一定的影响，相对于不掺火山灰的A@9火山灰的混凝土试件经?@次冻融循环后，试件，标养AB=的强度仅降低B9，基本满足抗冻要求$

"掺火山灰的净浆差热分析（F!G）

从掺A@9火山灰和不掺的<=蒸养水泥净浆差热分析图（图D）可见，不掺火山灰的净浆在?@@H左右，

（JK）掺A@9火山灰后，（JK）吸热峰降低$说明掺入火山灰可降低水泥的I"I"A吸热峰明显较大，A含量减少，水化热，这适用于大体积混凝土

$

图D&*,$D

净浆差热分析（F!G）F!G-62’L(1546(M(+.7"1.(

#结语

由于西藏水泥工业发展缓慢，又缺乏工业废渣型混凝土掺合料，因此，充分利用当地火山灰质材料资源作为混凝土掺合料具有重要意义$试验研究表明，西藏羊八井的天然火山灰具有一定的活性，可加以开发利用$（<）不同比表面积、不同掺量的火山灰效应的试验结果表明，火山灰的适宜比表面积约为%?@MA8N,，适宜的掺量约为A@9$

（A）掺火山灰的砂浆干缩和混凝土抗冻性能试验表明，掺入适量的火山灰质材料的混凝土符合耐久性要求$

（D）净浆的F!G试验表明，掺入A@9火山灰后，（JK）吸热峰降低，可降低水泥的水化热，I"A含量减少，适用于大体积混凝土$参

考

文

献：

［<］刘巽伯，魏今照，等$胶凝材料学［:］$上海：同济大学出版社，<OBB$［A］!"P35’K&Q$I(M(+.I/(M*1.’P（A+=(=*.*5+）［:］$R5+=5+：!/5M"1!(345’=，<OOE$［D］蒲心诚$应用比强度指标研究活性矿物掺料在水泥与混凝土中的火山灰效应［S］，D）：%T<C$$混凝土与水泥制品，<OOE（［C］UV8!ABCETO%，用于水泥中的火山灰质混合材料［W］$

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r8ym.html