粉煤灰顆粒群特征及其與混凝土性能關(guān)系的研究.pdf

1、隨著粉煤灰混凝土技術(shù)的發(fā)展和廢渣膠凝材料科學(xué)的發(fā)展，以粉煤灰為主的工業(yè)廢渣材料已越來(lái)越顯示出其在混凝土工業(yè)中的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)效益。本文從粉煤灰本征物理特點(diǎn)入手，利用數(shù)字圖像分析技術(shù)和粉體技術(shù)研究方法，研究粉煤灰物理表征參數(shù)——粉煤灰顆粒群特征參數(shù)系。建立了粉煤灰顆粒群特征測(cè)試方法；研究了粉煤灰顆粒群特征參數(shù)與粉煤灰集灰和加工工藝之間的關(guān)系；并對(duì)具有不同顆粒群特征參數(shù)的粉煤灰與其在水泥基材料中的應(yīng)用效果之間進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析；最

2、后提出了優(yōu)化粉煤灰顆粒群特征參數(shù)及改善混凝土性能的思想。 研究粉煤灰顆粒群特征參數(shù)可發(fā)掘不同品質(zhì)、種類(lèi)粉煤灰材料的物理特點(diǎn)，對(duì)粉煤灰與水泥基材料性能之間的影響進(jìn)行機(jī)理分析提供科學(xué)依據(jù)。建立粉煤灰物理特征序與混凝土性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，對(duì)于粉煤灰資源的高效利用、促進(jìn)粉煤灰品質(zhì)的提高、粉煤灰集灰和加工工藝的改進(jìn)、粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)水平的深化、加速混凝土摻合料技術(shù)發(fā)展有一定的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)意義。 本文創(chuàng)新性研究工作及主要研究結(jié)

3、論有： 1.建立了粉煤灰顆粒群特征參數(shù)研究方法。 根據(jù)粉體技術(shù)研究理論，利用數(shù)字圖像分析技術(shù)，研究了粉煤灰單顆粒 特征的測(cè)試方法，對(duì)粉煤灰顆粒群特征測(cè)試的試樣制備、顆粒圖像獲取和處 理以及數(shù)值圖像分析的可靠性進(jìn)行了論證和分析。結(jié)果表明，采用數(shù)字圖像 分析方法研究粉煤灰的粉體顆粒群特征直觀有效，在數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ) 上，11個(gè)樣本可確保樣本的充分性和測(cè)試結(jié)果的可靠性。 2.遴選了粉煤灰顆粒群物理參數(shù)系。 研究通過(guò)粉

4、煤灰顆粒群特征的模擬和模型分析，認(rèn)為選用球體模型模擬 粉煤灰單顆粒的三維形態(tài)，用對(duì)數(shù)正態(tài)函數(shù)模擬粉煤灰顆粒群的個(gè)數(shù)頻度分 布，用Rosin-Rammler函數(shù)模擬粉煤灰顆粒群的體積頻度分布較為合理。在 此基礎(chǔ)上，建立了顆粒群特征參數(shù)的表征方法。 在“粉煤灰效應(yīng)”、水泥基材料性能與體系用水量和孔隙含量關(guān)系理論 的基礎(chǔ)上提出了粉煤灰“減水作用”和“密集填充作用”。通過(guò)粉體工程學(xué) 相關(guān)理論，對(duì)粉煤灰顆粒群特征參數(shù)與其在水

5、泥基材料中的“減水作用”和 “密集填充作用”之間進(jìn)行了影響分析，結(jié)果表明粉煤灰顆粒群特征參數(shù)通 過(guò)影響其在水泥基材料中“減水作用”和“密集填充作用”的發(fā)揮而使得宏 觀性能有所差異，通過(guò)粉煤灰顆粒群特征物理參數(shù)的優(yōu)化，可使得粉煤灰在 水泥基材料中的使用效果獲得增益。研究在此基礎(chǔ)上遴選了粉煤灰顆粒群特 征參數(shù)系：即粉煤灰的密度；粉煤灰粒度(等效圓徑、個(gè)數(shù)頻度分布均值、 體積頻度分布特征粒徑)；粉煤灰粒度分布(個(gè)數(shù)頻度

6、分布幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差、 體積頻度分布均勻性系數(shù))；粉煤灰形狀因子(圓度、伸長(zhǎng)度和粗糙度)、比 表面積。 3.分析了粉煤灰顆粒群特征與粉煤灰收集加工工藝之間的關(guān)系。 根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果，比較了多電場(chǎng)除塵工藝集灰的顆粒群特征差異；并分析了磨細(xì)和分選加工工藝對(duì)粉煤灰顆粒群特征的影響。從粉煤灰顆粒群特征對(duì)“減水作用”和“密集填充作用”的影響角度探討了粉煤灰集灰和加工工藝的利弊和工藝參數(shù)控制重點(diǎn)。研究結(jié)果對(duì)于粉煤灰的生產(chǎn)和粉煤灰加工

7、單位具有指導(dǎo)意義。 4.對(duì)粉煤灰顆粒群特征與水泥基材料流變性能、力學(xué)性能和耐久性能的關(guān)系作了分析。 根據(jù)水泥膠凝體系流變學(xué)理論，分析了粉煤灰——水泥漿體的流變學(xué) 模型，建立了粉煤灰顆粒群特征參數(shù)與粉煤灰——水泥漿體稠度、屈服應(yīng) 力和塑性粘度、觸變性之間的關(guān)系。通過(guò)多元回歸分析遴選出對(duì)粉煤灰需 水量比有顯著影響的顆粒群特征因子和趨勢(shì)，并建立了粉煤灰需水量比和 顆粒群特征參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)方程： 需水量比=283.160

8、-35.982×密度-32.530×個(gè)數(shù)頻度分布寬度-93.421×圓度 選取上海地區(qū)的典型灰樣，建立了粉煤灰顆粒群特征和粉煤灰28天抗 壓強(qiáng)度比之間的多元回歸方程： 粉煤灰28天抗壓強(qiáng)度比= 152.053+38.755×密度-0.633×R-R分布特征粒 徑-150.385×圓度-8.585×R-R分布均勻性系數(shù)； 并建立了粉煤灰顆粒群特征和膠砂強(qiáng)度及其斷裂性能的影響分析。最后從 混凝土角度，分析

9、了粉煤灰顆粒群特征對(duì)其混凝土力學(xué)性能的影響關(guān)聯(lián)趨 勢(shì)。 從抗?jié)B、抗凍、碳化、抗硫酸鹽腐蝕性能角度，分析了不同粉煤灰混 凝土耐久性能的變化，并研究了粉煤灰顆粒群特征對(duì)其耐久性能的影響。 5.根據(jù)上述研究分析結(jié)果，提出粉煤灰顆粒群特征參數(shù)優(yōu)化思想，并通過(guò) 試驗(yàn)驗(yàn)證。 在總結(jié)粉煤灰顆粒群本征參數(shù)與混凝土性能關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了 粉煤灰顆粒群特征參數(shù)系的三個(gè)序列。其中第一序列參數(shù)為粉煤灰的密 度、粒

10、度及粒度分布；第二序列參數(shù)為粉煤灰的圓度；第三序列參數(shù)為 粉煤灰的不規(guī)則度和比表面積。優(yōu)化設(shè)計(jì)粉煤灰材料的目的就是通過(guò)對(duì) 粉煤灰粉體顆粒群特征的優(yōu)化調(diào)節(jié)，最大程度發(fā)揮其“減水作用”和“密 集填充作用”。其優(yōu)化手段為對(duì)粉煤灰進(jìn)行磨細(xì)、分選或與其它粉煤灰材 料混合(磨)加工。研究通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了上述優(yōu)化設(shè)想以及優(yōu)化步驟的 正確性和可靠性。 本研究以粉體工程學(xué)研究方法為基礎(chǔ)，并采用數(shù)字圖像分析技術(shù)分析粉

11、煤灰顆粒群的物理特征，研究思路和研究方法具有創(chuàng)新性，并可為礦渣微粉等其它粉體建筑材料的科學(xué)研究所借鑒。項(xiàng)目通過(guò)粉煤灰顆粒群物理特征和混凝土性能關(guān)系的研究表明，粉煤灰顆粒群物理特征是影響其在水泥基材料中使用性能的重要因素，研究顆粒群特征參數(shù)與水泥基材料性能的關(guān)聯(lián)可為優(yōu)化利用粉煤灰資源，提高粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)水平提供基礎(chǔ)依據(jù)。對(duì)粉煤灰科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也有重要意義。 關(guān)鍵詞：粉煤灰 顆粒群特征 數(shù)字圖像分析 流變性能 力