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1、 C30粉煤灰混凝土性能研究研究论文 0 绪论 粉煤灰混凝土发展历程粉煤灰是一种火山灰质材料，本身并无胶凝性能，在常温下。有水存在时，粉煤灰可以与混凝土中的进行二次反应，生成难溶的水化硅酸钙凝胶，不仅降低了溶出的可能，也填充了混凝土内部的孔隙，对混凝土强度和抗渗性都有提高作用。粉煤灰的这种作用称为火山灰效应。 除了火山灰效应外，粉煤灰对混凝土力学性能及耐久性的改善还有另外两个原因：第一，形貌效应。粉煤灰的主要矿物组成是玻璃体，这些球形玻璃体表面光滑、粒度细、质地致密、内比表面积小、对水的吸附力小，因此，粉煤灰的加入使混凝土制备需水量减小，降低了混凝土早期干燥收缩，使混凝土密实性得到很大提高；第
2、二，填充效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，不仅能填充水泥颗粒间的空隙，而且能改善胶凝材料的颗粒级配，并增加水泥胶体的密实度。因此，形貌效应、填充效应和火山灰效应并称为粉煤灰改善混凝土性能的三大效应。1。1940年美国首先在水坝等水工构筑中使用掺粉煤灰的混凝土由于其性能优越，所以很快就被广泛使用。随着火力发电业的发展，粉煤灰的排放量日益增多，各国都很重视粉煤灰的应用和研究并先后制定粉煤灰标准。20世纪50年代初期，我国就对粉煤灰掺入水泥作了系统的研究后来在干硬性混凝土中参入了占水泥重量20%左右的粉煤灰，并在大坝混凝土工程中应用，收到了较好的技术和经济效果。1960年以后粉煤灰已开
3、始在水工以外的混凝土工程中使用，并成为混凝土的主要掺合料。我国曾于1990年制定了用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB 1596-91）标准。21 粉煤灰混凝土1.1粉煤灰混凝土的定义粉煤灰混凝土是指参加一定量粉煤灰用以改善混凝土性能的水泥混凝土。31.2.粉煤灰混凝土国内外研究现状（1）粉煤灰的研究现状当前， 世界各国许多国家都已从历史发展进程中认识到必须重视“工业废渣”资源的开发利用，它可以起到有效缓冲自然资源、能源及带来颇大的环境效益。1974 年美国首先在内政部编辑的矿物年报中，将粉煤灰作为一种矿物资源，并列为国家最丰富的第七位固体矿物15。20 世纪 70 年代中期世界性能源危机后，许多
4、国家发电厂的燃料结构发生了变化，都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。根据联合国教科文组织的预测：燃煤发电仍将在 21 世纪中占重要地位，而且在 21 世纪中燃煤发电的绝对量可能还会增加。因此，加强粉煤灰利用将是世界各国面临的共同课题。 3.1 粉煤灰在建材领域中的应用 粉煤灰具有和粘土相类似的化学成分 ,它可以代替粘土生产水泥粉煤灰的物理化学活性使得粉煤灰可以作为一种优良的水泥和混凝土的掺和料。已经研制出来了硅酸盐水泥、硅酸三钙水泥、硫酸铝酸钙水泥等，并且粉煤灰的掺和量可以达到 70%左右。宗润宽、王慧和苏艳霞等人对粉煤灰在国内外大型工程中的应用已做概述。石磊等在粉煤灰被应用于建筑工程和修筑水库
5、大坝等道路工程方面做了叙述。据报道，国外被利用的粉煤灰中有 20%以上被用作建筑材料，如水泥、混凝土、高速公路路基、砂浆掺合料及其它墙体制品。用粉煤灰代替部分黏土烧制出来的砖具有强度相同但是重量轻、导热系数小、易于干燥等特点，可以降低能耗，节约能源的效果，另外因其具有轻质、绝热、耐火等优良特性粉煤灰还可以应用于制作屋顶保温材料、隔断墙等，可以大大减轻墙重，增加适用面积。虽然粉煤灰用作建筑材料所产生的附加值较低，但由于建材方面的应用通常吃灰量较大，所以粉煤灰用作建筑材料仍是粉煤灰应用的一个很重要的方面。 3.2 粉煤灰在材料领域中的应用 粉煤灰可以用做填充材料、复合材料、功能材料应用于材料领域，
6、还可以作为化学催化剂应用于工业生产当中。 李宝智根据粉煤灰的物理化学性质及其颗粒的表面活性,经磁选、超细和表面改性后,可以作为橡胶制品的功能材料,基本可以替代半补强碳黑,但是要根据不同的胶料和制品的技术性能等要求对其表面改性。 采用搅动铸造法制得的粉煤灰铝合金， 与原料相比具有相似或更高的强度和弹性模量，其耐磨性得到很大提高，是一种可以广泛用于滑轮、油盘、复印机及电子管封口等方面的高价值材料；粉煤灰还可用作塑料填料，它的引入可以大大改善塑料的性能，研究发现， 用粉煤灰填充的非饱和聚酯树脂与用碳酸钙填充的聚酯树脂相比具有相似的张应力和弯应力，且前者具有高于后者的弯曲模数。粉煤灰在复合材料制备方面
7、有着较大的应用空间。 粉煤灰作为化学反应催化剂的研究已经有了一定的进展。古绪鹏等人以粉煤灰、活性剂、硫酸为原料经活化、陈化、浸泡、焙烧等制得了固体酸催化剂 ,并应用于草酸二乙酯的合成 ,取得了良好的催化效果。 3.3 粉煤灰在环境治理中的应用 粉煤灰中含有多空玻璃体、多空炭粒，具有比表面积大、孔隙多、吸附性能好等特点 ,可用于处理各种工业污水。粉煤灰的多孔性和较大的比表面积使得粉煤灰具有较好的物理吸附特性；粉煤灰中大量 Si-O-Si 键、 Al-O-Al 键与极性分子产生偶极-偶极键吸附使得粉煤灰具有较高的化学吸附特性。 较高的吸附性使得粉煤灰能够吸附废水中的有机和无机的污染物，直到达到吸附
8、平衡为止将粉煤灰经流化床处理后用于去除废水中的 Hg2+。粉煤灰中的 Al3+、Fe3+具有较高的絮凝沉淀作用。周珊等人用粉煤灰处理冶金含油废水 ,灰水质量比为 110 时 ,除油效果最好 ,油去除率可以达到95. 43 %。粉煤灰对含有有机活性染料废水的色度脱除也有很好效果。张竹青将粉煤灰用于印染废水的治理，取得了较好的处理效果。 4. 粉煤灰综合利用发展前景 粉煤灰的综合利用应以大批量用灰为重点 ,把提高经济效益及社会效益的有机结合作为主攻方向 ,大力推广成熟的技术 ,逐步完善比较成熟的技术 ,积极采用国际先进技术和装备 ,不断提高利用的技术水平。国家重点推广的项目主要有粉煤灰黏土烧结砖、
9、粉煤灰做建筑材料、粉煤灰生产水泥、粉煤灰改良土壤等，随着社会经济的发展,人们环保观念的加强,政策法规的建立完善,技术水平的突破和提高,中国可持续发展战略的实施,固体废物资源化进程的进一步深入,粉煤灰资源的综合利用会更加速发展，尤其是在绿色建材、聚合物复合材料等方面。另外，粉煤灰的高价值利用，粉煤灰提取 Al2O3等也越来越得到广泛的应用，在为人们创造经济效益的同时也改善了环境，创造了社会效益，真正意义上做到了“化害为利，变废为宝”。 总而言之 ,粉煤灰的综合利用不仅有利于消除污染 ,改善环境 ,而且能够创造可观的经济效益 , 因此展开对粉煤灰综合利用的研究已经成为一项刻不容缓的战略任务。 1.
10、3聚羧酸高性能减水剂的结构特点与作用机理聚羧酸系减水剂的主要材料为含磺酸、羧酸、聚氧化烯等基团的烯基单体，还包括一些含甲氧基、酯基、羟基，甲基等弱极性的烯基单体，许多单体材料并不是可以直接利用的化工原料。聚羧酸系减水剂的化学分子结构丰富多变，如单体种类、官能团位置、分子量、分子量分布等因素变化，都可能引起结构和性能有很大的不同，聚羧酸系减水剂在合成方法上，与传统磺酸类减水剂相比存在较大差别。5聚羧酸系减水剂的合成一般要先合成或选择一些带不同基团的单体材料，再按照分子设计原则通过加成反应将可聚合结构单元合成预定结构与性能的减水剂。聚羧酸系减水剂为梳形侧链型分子结构，带有磺酸基、羧基、聚氧化乙烯基
11、、氨基、羟基、酯基等极性基团。分析认为，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构模型，应该包括如下三个层次：1.中心线性主链层：以非极性基相互连接为主，可以包括脂肪烃、芳烃和部分弱极性基团，影响着平均分子量与分子量分布。2.长侧链溶剂化扩散层：聚氧化乙烯基长侧链PED。本身由许多疏水基、亚甲基和亲水基醚键构成，属于非离子型强极性基团，水溶性随聚合度增加而增强，它的一端通过醚基、氨基或酯基与疏水的主链连接，另一端可以是羟基、酯基或醚基连接的弱非极性基，能够伸展在水溶液中构成溶剂化层，可以增强减水剂的分散作用。3.短侧链绒化紧密层：连接在主链上，可以是带有极性离子型和非离子型的亲水基，也可以是低碳脂肪链的疏
12、水基短侧链。亲水基包括弱极性的-OH、-SH、-COR、-CONH2、-CN、-NH2和强极性的-COO-、-SO3-以及低聚合度的PEO链等，基团极性越强、密度越高，则在极性的水泥颗粒表面锚固作用越强，有助于阻止水分子通过紧密的绒化层，具有明显的缓凝作用。非极性的脂肪短链有一定的疏水作用。对水溶性的影响较弱，也可以为中心链部分，具有增加空间位阻、降低水分子渗透，同时调节表面活性等作用。6聚羧酸系高效减水剂的作用机理:（1）聚羧酸类聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用，主要由于羧基充当缓凝成分，R-COO与Ca2+离子作用形成络合物，降低溶液中Ca2+离子浓度，延缓Ca(OH)2形成结晶，减少C-
13、H-S凝胶形成，延缓水泥水化。（2）羧基(-COOH)，羟基(-OH)，聚氧烷基(-O-R)n等与水亲和力强的极性集团主要通过吸附、分散、湿润、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能，并通过减少水泥颗粒间摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性。同时聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带负电荷，使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，导致抑制水泥浆体的凝聚倾向，增大水泥颗粒与水的接触面积，使水泥充分水化。在扩散水泥颗粒的过程中，放出凝聚体锁包围的游离水，改善了和易性，减少了拌水量。（3）聚羧酸分子链的空间阻碍作用(即立体排斥)。聚羧酸类物
14、质份子吸附在水泥颗粒表面呈“梳型”，在凝胶材料的表面形成吸附层，聚合物分子吸附层相互接近交叉时，聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒的凝聚，这是羧酸类减水剂具有比其他体系更强的分散能力的一个重要原因。71.4聚羧酸高性能减水剂主要的特征：1、掺量低、减水率高：减水率可高达45%，可用于配制高强以及高性能混凝土。2、坍落度轻时损失小：预拌混凝土2h坍落度损失小于15%，对于商品混凝土的长距离运输及泵送施工极为有利。3、混凝土工作性好：聚羧酸系高性能减水剂配制的混凝土即使在高坍落度情况下，也不会有明显的离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。对于配制高流动性混凝土、自流平混凝土、自密实
15、混凝土、清水饰面混凝土极为有利。用于配制高标号混凝土时，混凝土工作性好、粘聚性好，混凝土易于搅拌。4、与不同品种水泥和掺合料相容性好：与不同品种水泥和掺合料具有很好的相容性，解决了采用其它类减水剂与胶凝材料相容性问题。5、混凝土收缩小：可明显降低混凝土收缩，显著提高混凝土体积稳定性及耐久性。6、碱含量极低：碱含量0.2%。7、产品稳定性好：低温时无沉淀析出。7、产品绿色环保：产品无毒无害，是绿色环保产品，有利于可持续发展。8、经济效益好：工程综合造价低于使用其它类型产品。81.5聚羧酸高效减水剂应用前景到目前为此，除了价格偏高外，几乎找不出聚羧酸不如萘系的地方。许多文章都认为，聚羧酸减水剂是生
16、产（绿色）高性能混凝土的优选材料。因此，这种新型减水剂必将在我国不断推广应用。由于我国煤化工资源丰富，石油化工资源相对匮乏，因此，在短时期内由聚羧酸减水剂全面替代萘系减水剂是不可能的。但是，如果通过努力，以下几个条件迅速成熟的话，在若干年后新一代减水剂逐步取代萘系成为主导产品是可能的。1. 环保政策进一步严格日本推广聚羧酸而限制在本土生产萘系的关键因素是环保严格。我国目前在生产萘、蒽等减水剂时环保问题不容乐观，如政策严厉，生产厂的成本必将提高，对目前利润已经很低的生产商来说是一个重大打击，反过来，就成为推广聚羧酸减水剂的动力。2 混凝土技术质量意识提高 减水剂在混凝土总成本只占2-4%，而对混凝土的性能和质量影响度至关重要。3 应用水平和技能提高 充分发挥聚羧酸减水剂的性能优势，可以通过减少水泥用量等途径弥补减水剂
