蔗渣灰替代部分硅灰的UHPC力学性能研究.docx

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1、蔗渣灰替代部分硅灰的UHPC力学性能研究摘要：蒸汽养护条件下，研究不同蔗渣灰(SCBA)取代率对UHPC力学性能的影响机理，并结合XRD对UHPC的水化产物种类进行研究。研究表明：随着蔗渣灰替代率的增加，UHPC的流动度明显增加；抗折抗压强度下降。另外，从XRD衍射图谱可知，用蔗渣灰替代硅灰作为外掺料对UHPC的组成成分并没有影响。关健词：蔗渣灰；UHPC;力学性能0.引言甘蔗是热带和亚热带农作物，并且是世界主要的糖料作物。全球糖类作物面积约为3130万公顷，其中甘蔗占70%。甘蔗通常用于生产糖和乙醇。在从甘蔗中提取蔗糖后，将会产生约50%的甘蔗渣，其通常用作联合发电机中燃料以产生蒸汽并发电，

2、其产生的甘蔗渣灰就成为蔗糖生产链中的最终废弃物IL于是，将蔗渣灰有效的利用起来就显得尤其重要。研究人员开展了很多蔗渣灰的应用研究，如利用蔗渣灰生产玻璃陶瓷材料、地聚物、陶瓷原料、磷灰石合成、钠水玻璃、二氧化硅气凝胶、介孔二氧化硅作为催化剂等等。然而，目前关于蔗渣灰再利用的研究大量集中在蔗渣灰替换水泥基材料中成份的可行性上。相比于稻壳灰，蔗渣灰应用于水泥基材料要迟很多。在国外，有研究人员发现蔗渣灰作为糖厂的副产品有良好的火山灰活性，甚至可与稻壳灰相媲美。早期的研究也表明蔗渣灰具有高含量无定型二氧化硅及氧化铝，可以作为混凝土中火山灰材料，这是目前对蔗渣灰研究的主流方向。但是，大多数的辅助胶凝材料并

3、不能在水泥混凝土中直接用作火山灰材料，必须经过处理一达到各国火山灰材料的标准。很多学者为对提高蔗渣灰火山灰性进行了不断的探索。处理方法包括控制煨烧温度，研磨，化学处理及多种方法综合处理。木研究采取的方法为控制蔗渣灰的研磨时间，其在研磨之前先让蔗渣灰过300Um的筛子以筛除富含石英的无用成分。超高性能混凝土(UHPC)是当前的研究热点。稻壳灰作为火山灰掺合料和内部养护材料，已成功应用于超高性能混凝土中。然而，关于蔗渣灰在UHPC中应用，没有见到文献报道。因此，对于蔗渣灰在超高性能混凝土中的应用是很有必要的。1.原材料、配合比及试验方法1.1试睑材料（1）硅灰：采用西宁铁合金厂的硅灰，见图K其中S

4、i02含量90%,粒径为017）.2m,平均粒径为0.162m,表观密度为2285kgm3,堆积密度为204kgm3o硅灰主要化学成分见表1.（2）石英粉：采用广州市海琦贸易有限公司生产的325目石英粉，为粉末状，纯度大于98%,见图2。（3）石英砂：采用广州市海琦贸易有限公司生产石英砂，粒径为80-100i,其物理及化学指标见错误!未找到引用源。2。（4）减水剂：厦门科之杰新材料有限公司生产的聚竣酸高效减水剂。根据混凝土外加剂（GB8076-2008）标准检测，主要性能指标如表3所示。（5）水泥：强度等级为52.5R的水泥。（6）蔗渣灰：见图3,其烧失量为38%,颗粒粒径分布见图4。（7）拌

5、合用水：采用福州市闽侯县市政自来水。图1硅灰图2石英粉0.010.11101001000Size(um)图4蔗渣灰的颗粒粒径分布图表1硅灰主要化学成分成分SiO2Fe2O3MgOAl2O3CaOK2OF.C烧失量含量()97.570.020.050.060.030.780.382.26表2石英砂物理及化学指标材料物理指标化学成分()目数（目）粒径(m)熔点（）密度Fe203(gcm3)SiO2石英砂80-10015018018002.6699.20.02表3聚竣酸减水剂技术指标减水率密度PH值固含量氯离子含量总碱量甲醛含量(%)(gml)(%)(%)(%)(%)251.08+0.027+130

6、+10.2o0.051.2试验配合比设计根据超高性能混凝土紧密堆积理论，设计超高性能混凝土配合比。使用蔗渣灰等质量替代硅灰，替代量为0%、10%、15%和20%,分别对各试验组定义命名为TI组、T2组、T3组和T4组。水泥、硅灰和蔗渣灰定义为胶凝材料，其水胶比为0.19,聚竣酸系高效减水剂的用量为胶凝材料质量的2.5%。掺蔗渣灰的超高性能混凝土配合比见表40表4掺蔗渣灰的超高性能混凝土配合比（g）水泥硅灰石英砂石英粉蔗渣灰减水剂水Tl900.7210.1449.3142.6020224T2900.7189449.3142.621(磨45min)20224T3900.7178.5449.3142

7、.631.5(磨45min)20224T4900.7168449.3142.642(磨45min)20224注：水胶比为0.19；减水剂用量为胶凝材料（水泥+硅灰+蔗渣灰）的2.5%；配合比Tl、T2、T3、T4中蔗渣灰等质量取代硅灰的比例分别为0%、10%、15%、20%；其中Tl为基准的UHPC配合比。1.3试验方法1.3.1 试块制备步骤1、分别称量各组所需的材料的质量；2、将硅灰、蔗渣灰、石英砂、石英粉、水泥置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟,旨在使各种材料分布均匀。3、减水剂和水混合并搅拌均匀。在水泥搅拌过程中先加入70%质量的减水剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继

8、续搅拌3分钟。4、将搅拌完成的超高性能混凝土浆体倒入40mmX40mm160mm的模具中，并将模具放置在胶砂振动台上振捣2分钟。1.3.2 养护制度标准养护24小时后进行拆模，然后进行蒸汽养护，蒸汽养护制度的恒温温度为90。湿度为100%,蒸汽养护完成即形成成品混凝土。1.3.3 测试方法1.3.2.1 流动度试验按照水泥胶砂流动度测定方法(GB2419-1999)进行测定。1.3.2.2 强度试验测定试件均采用尺寸为40mmx40mmxl60mm的试件，蒸压养护、龄期为28d的试块进行强度试验。其抗压强度与抗折强度参考规范水泥胶砂强度检测方法(GB/T17671-1999)规定进行。1.3.

9、2.3 流动度试验拌和物的流动度，按水泥胶砂流动度测定方法(GB2419-1999)进行测定。1.3.2.4 收缩试验拆模取出后，随后置于标准养护环境中，使用比长仪测量各试验组试件龄期为Id、2d、3d、7d、14d、28d的长度(每个试验组测量三个试件的长度，取平均值)。1.3.2.5 XRD试验测试仪器采用美国CEM(ChemistryElectronicMicrowave)公司生产的规格为DY5261的XPert3X射线衍射仪，靶材为CU靶，设置工作电压45kV,工作电流40mA,4.0。索拉狭缝,发散狭缝为0.76mm,扫描步长StePsize=0.01313o(2),扫描速度68.6

10、sstep,扫描角度范围5o-90o(2),将待测粉末压制在衍射仪专用玻璃样品板上，待仪器参数调制完毕后，放入样品架进行测试。其试验步骤如下：取样：经过2天的蒸压养护后，对试件进行抗压抗折实验，取压缩试件中心混凝土碎块，使用丙酮浸泡以停止其水化进程，并放置于室温条件下等待进一步制样。制样：初步去除丙酮后，将试样置于环境温度为55的干燥箱中烘干2天,将干燥试样研磨至粉末状，最后使用100目过滤筛过筛，送样。2 .试验结果及分析2.1 蔗渣灰替代部分硅灰的UHPC流动性的影响不同蔗渣灰替代率对UHPC的流动性影响，如图5。210-/200-/190*I,II,II05101520y(%)图5蔗渣灰

11、取代硅灰的取代率对流动度的影响注：F代表流动度；代表蔗渣灰取代硅灰的取代率从图5中的流动度可得知，随着蔗渣灰替代量的增加，流动度是逐渐提高的,在蔗渣灰替代量为20%时，流动度为270mm,相比于标准组，提高了35%。从流动图中可得知，掺蔗渣灰的UHPC的流动度都比未掺蔗渣灰的标准组要大的多，说明了蔗渣灰的加入可以有效的改善UHPC的抗折强度，可能原因是因为蔗渣灰有着很好的填充效应，能够显著改善UHPC的流动性。2.2 蔗渣灰替代部分硅灰的UHPC抗压强度与抗折强度影响蒸压养护制度下，不同花岗岩石粉取代率对UHPC抗压强度与抗折强度的影响，如图6和图7。O5101520t(%)从图6的抗压强度可

12、得知，蒸汽养护48h下的抗压强度中，随着蔗渣灰替代量的增加，抗压强度下降。在蔗渣灰替代量为20%时，蒸汽养护48h下的抗压强度下降最多，下降了9.9%。在蔗渣灰替代量为20%时，蒸汽养护48h下的抗压强度仍为121.8Mpa,这表明在满足强度要求的基础上，合理的控制蔗渣灰掺量,可将这种废弃物环保地利用起来。从图7中的抗折强度可得知，蒸汽养护48h下的抗折强度中，随着蔗渣灰替代量的增加，抗折强度下降，蔗渣灰替代量为20%时，蒸汽养护48h下的抗压强度下降最多，下降了6.7%。从以上数据可知，蔗渣灰替代硅灰，使UHPC的抗折强度降低了，但蔗渣灰对抗折强度的影响小于对抗压强度的影响。综合掺蔗渣灰的超

13、高性能混凝土的抗压强度和抗折强度，当蔗渣灰的替代量为20%时，蒸汽养护48h的抗压强度下降了9.9%,抗折强度下降了6.7%。但是在蔗渣灰替代量为20%时，抗压强度为121.8Mpa,抗折强度为25.29Mpa,仍具有较高的强度。因此在满足强度要求的基础上，合理的控制蔗渣灰掺量，可将这种废弃物环保地利用起来。2.3 蔗渣灰替代部分硅灰的UHPC收缩性能影响蔗渣灰超高性能混凝土蒸汽养护48h时的收缩曲线如表5、图8所示。表5各组UHPC收缩值（IO-6）组号TlT2T3T4蒸汽养护48h时收缩348302264212注：Tl表示掺入蔗渣灰0%,T2表示掺入蔗渣灰10%,T3表示掺入蔗渣灰15%,

14、T4表示掺入蔗渣灰20%oGroupnumber图8蒸汽养护48h时掺蔗湾灰UHPC的收缩曲线蔗渣灰超高性能混凝土蒸汽养护48h后Id、2d、3d、7d、14d、28d的收缩曲线如图9、图10所示。(9, VoL)量uqs 6l图9蒸汽养护过后掺蔗渣灰UHPC收缩曲线()IIj-0%10%15%20%Ash content of Bagasse图10蒸汽养护过后掺蔗渣灰UHPC收缩曲线由以上结果可以得出：在蒸汽养护条件下，随着蔗渣灰替代硅灰量的增加，UHPC的收缩逐渐的减少。替代量为20%时，收缩最小。在蒸汽养护条件下，由图10可知，UHPC前面七天完成了主要收缩，七天后的收缩趋于平稳。这说明了在蒸汽养护条件下，用蔗渣灰替代部分硅灰能够有效的减小UHPC的收缩。由于蔗渣灰具有高活性SiCh和特殊的多孔结构，添加蔗渣灰可以抵消水化后UHPC的自收缩；蔗渣灰早期的水化速率和水化程度低，因此消耗的自由水要少一些，由此产生的内部自我干燥现象要弱一些，从而降低了混凝土的早期收缩。同时掺入的蔗渣灰与水泥水化产生的氢氧化钙之间发生的火山灰反应和微集料效应改善了混凝土内部的孔结构，也有助于降低收缩值。蔗渣灰用于UHPC中不仅降低了成本，提高混凝土早期性能，同时也有益于减少环境污染。2.4 蔗渣灰替代部分硅灰的XRD试验分析图11为不同掺量和制备工艺获得的蔗渣灰作为UHPC外掺料得到的SC