颗粒细度与粉煤灰-水泥胶凝体系韧性关系研究

颗粒细度与粉煤灰-水泥胶凝体系韧性关系研究
袁晓露;周世华
【摘要】为了弄清水泥与粉煤灰颗粒细度对水泥石韧性的影响，利用灰色关联理论，试验研究了水泥和粉煤灰颗粒细度与粉煤灰-水泥胶凝体系韧性间的关系。

试验结果表明，影响粉煤灰-水泥体系韧性的因素排序为：粉煤灰颗粒细度>水泥颗粒细度>水泥与粉煤灰颗粒细度之差。

适当增大粉煤灰的比表面积以及水泥与粉煤灰间比表面积的差异、降低水泥的比表面积，对于提高粉煤灰-水泥体系的韧性是有利的。

%In order to study the influence of fineness of cement and fly ash on toughness of cement stone, we used grey correla-tion analysis to study the correlation between the particle fineness of cement and fly ash and the toughness of fly-ash cement. The results showed that the factors influencing the toughness of fly-ash cement the most is particle fineness of fly ash, followed by particle fineness of cement and the difference of particle fineness between cement and fly ash. Toughness of fly ash cement can be improved by increasing the specific surface area of fly ash and the difference of specific surface areas between cement and fly ash, and reducing the specific surface area of cement properly.
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2013(044)007
【总页数】3页(P79-81)
【关键词】细度;韧性;灰色关联分析;水泥;粉煤灰
【作者】袁晓露;周世华
【作者单位】三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002;长江科学院材料与结构研究所，湖北武汉430010
【正文语种】中文
【中图分类】TV42
提高混凝土的抗裂性是保障结构耐久性的首要措施，混凝土开裂后，其渗透性提高，腐蚀性介质渗透扩散至材料内部，侵蚀钢筋和混凝土。

影响混凝土开裂的原因是多方面的，其中水泥是最受关注的因素之一。

已有研究表明，水泥矿物组成、颗粒细度、碱含量等是影响混凝土开裂尤其是早期开裂的重要因素;改善水泥石的韧性，
有利于提高混凝土的抗裂性能[1-2］。

粉煤灰作为一种主要的混合材料和矿物掺和料，在水泥及混凝土领域得到了广泛应用。

本文将不同细度的硅酸盐水泥和粉煤灰掺配，进行了水泥韧性的试验研究，运用灰色关联理论，对胶凝材料颗粒细度与粉煤灰-水泥体系韧性间的主次相关性作了量化分析。

1 灰色关联分析原理
灰色关联分析原理是灰色系统理论的重要部分，其基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其关联性。

曲线越接近，相应序列之间的关联度越大，反之越小。

灰色关联分析方法对样本的大小与规律性无严格要求，从而弥补了采用数理统计方法作系统分析所固有的一些缺陷[3-4］。

记参考序列为x0=(x0(1)，x0(2)，…，x0(m))。

相关序列为xi=(xi(1)，xi(2)，…，xi(m))，i=1，2，…，n。

根据原始序列建立影响空间@INU={ωi|i∈I={0，1，2，…，n}}，其中ωi=xi(k)，k∈K={1，2，3，…，m}。

对@INU中的ωi作数据初始化INIT变换:
据此建立灰关联空间@GRF=Y={yi|i∈I={0，1，2，…，n}}。

序列yi与y0间在某一时间点上的灰关联度可用灰关联系数γ(y0(k)，yi(k))表示:
式中，Δ0i(k)=|y0(k)-yi(k)|;ζ为分辨系数，0≤ζ≤1，通常等于0.5。

这样，y0与yi间的灰关联度就为
灰关联度表示了参考序列与相关序列间的相似性。

于是，γ(y0，yi)＞γ(y0，yj)就表明序列 xi与 x0的相似性大于序列xj与x0的相似性。

序列y0与yi间的关联极性采用下式判断:
若sgn(Qi)=sgn(Q0)，则 yi与 y0为正关联;若sgn(Qi)=-sgn(Q0)，则yi与y0为负关联。

正关联表示相关序列对参考序列起增进作用，而负关联则表示相关序列对参考序列起削弱作用。

2 试验过程
采用符合国家相关标准的中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥，每种水泥有3种细度，分别记为A1、A2、A3、B1、B2、B3。

原状粉煤灰取自湖北阳逻电厂，粉煤灰为两种细度，分别记为F1、F2。

按GB 8074-2008《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》测定水泥和粉煤灰的比表面积，结果见表1。

表1 水泥和粉煤灰的比表面积 m2/kgA1 A2 A3 B1 B2 B3 F1 F2275 338 369 345 387 391 482 441
水泥石的韧性通常采用胶砂脆性系数来表征，脆性系数是指水泥胶砂抗压强度与抗折强度的比值，脆性系数越小，水泥石的韧性越好。

水泥胶砂强度的测定按GB/T
17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行。

在水泥中掺入30%(质量分数)的粉煤灰，试件成型后，标准养护至 3，7，28，90 d，测试试件的抗压强度和抗折强度，计算水泥胶砂的脆性系数。

结果如表2所示。

表2 粉煤灰水泥胶砂的脆性系数脆性系数水泥粉煤灰3d 7d 28d 90d A1 F1 4.13 4.88 5.48 6.41 A1 F2 4.51 4.76 5.45 7.23 A2 F1 4.70 5.03 5.98 6.80 A2 F2 4.76 4.98 5.81 6.30 A3 F1 4.11 5.01 6.13 7.38 A3 F2 4.35 4.96 5.06 6.83 B1 F1 3.79 4.05 5.24 7.06 B1 F2 5.46 4.93 5.20 6.56 B2 F1 3.54 3.63 5.19 7.33
B2 F2 3.41 3.72 5.04 6.28 B3 F1 3.99 3.92 5.61 6.95 B3 F2 3.70 4.53 4.87 5.95
3 结果分析与讨论
为研究水泥细度与水泥石韧性的相关性，以粉煤灰水泥胶砂3，7，28，90 d龄期的脆性系数为参考序列，分别记为 x0(3)、x0(7)、x0(28)、x0(90);以水泥比表面积、粉煤灰比表面积、水泥与粉煤灰比表面积之差的绝对值为相关序列，分别记为x1、x2、x3，建立原始序列空间@INU，对@INU作数据初始化INIT变换，得到灰关联空间@GRF，结果如表3所示。

表3 颗粒细度与脆性系数的灰关联空间y0(3) y0(7) y0(28) y0(90) y1 y2 y31.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.0001.092 0.975 0.995 1.128 1.000 0.915
0.8021.138 1.031 1.091 1.061 1.229 1.000 0.6961.153 1.021 1.060 0.983
1.229 0.915 0.4980.995 1.027 1.119 1.151 1.342 1.000 0.5461.053 1.016 0.923 1.066 1.342 0.915 0.3480.918 0.830 0.956 1.101 1.255 1.000
0.6621.322 1.010 0.949 1.023 1.255 0.915 0.4640.857 0.744 0.947 1.144
1.407 1.000 0.4590.826 0.762 0.920 0.980 1.407 0.915 0.2610.966 0.803 1.024 1.084 1.422 1.000 0.4400.896 0.928 0.889 0.928 1.422 0.915 0.242
根据灰色关联分析方法，分别计算粉煤灰水泥胶砂3，7，28，90 d龄期脆性系数
与颗粒细度间的关联度，判定其关联极性，计算结果见表4。

表4 脆性系数与颗粒细度之间的灰关联度yi y1 y2 y3+0.581 -0.689 -0.509
γ(y0(7)，yi) +0.552 -0.626 -0.513 γ(y0(28)，yi) +0.548 -0.653 -0.463
γ(y0(90)，yi)γ(y0(3)，yi)+0.544 -0.576 -0.448
从表4灰色关联度计算结果的绝对值来看，影响水泥胶砂3，7，28，90 d脆性
系数的因素排序为:粉煤灰颗粒细度＞水泥颗粒细度＞水泥与粉煤灰颗粒细度之差。

这说明粉煤灰颗粒细度对水泥石韧性的影响最大，水泥颗粒细度的影响程度居中，水泥与粉煤灰间颗粒细度的差异影响最小。

而水泥比表面积与胶砂脆性系数呈正相关，粉煤灰比表面积、水泥和粉煤灰比表面积之差与胶砂脆性系数呈负相关。

可见增大粉煤灰的比表面积以及水泥与粉煤灰间比表面积的差异、降低水泥的比表面积，对于提高水泥石的韧性是有利的。

颗粒细度是影响水泥抗裂性的重要因素，水泥细度越小，水化放热速率越快，收缩越大，导致开裂敏感性增加[5］。

而且细颗粒增多，虽然提高了早期强度，但是粒径在1 μm以下的颗粒水化很快，几乎对后期强度没有贡献，这将不利于混凝土的长期性能[6］。

粉煤灰具有微填充效应，颗粒越细，与水泥间细度差异越大，愈能均匀有效地填充到水泥颗粒之中，堵截混凝土内的泌水通道，减少泌水，增强混凝土拌和物的凝聚性，减小收缩;同时粉煤灰颗粒越细，火山灰活性越强，反应生成
大量的水化产物，能够起到细化混凝土孔尺寸、改善孔结构的作用。

4 结论
(1)根据灰色关联理论，从分析结果的绝对值来看，影响粉煤灰-水泥胶凝体系韧性的因素排序为:粉煤灰颗粒细度＞水泥颗粒细度＞水泥与粉煤灰颗粒细度之差。

(2)水泥比表面积与胶砂脆性系数呈正相关，粉煤灰比表面积、水泥和粉煤灰比表
面积之差与胶砂脆性系数呈负相关。

因此，适当增大粉煤灰的比表面积以及水泥与粉煤灰间比表面积的差异、降低水泥的比表面积，对于提高粉煤灰-水泥体系的韧
性是有利的。

参考文献:
[1]刘数华，曾力，吴定燕.碾压混凝土抗裂性能研究[J］.重庆建筑大学学报，2002，24(5):71-75.
[2]周世华，杨华全，王迎春.抗裂混凝土原材料的选择与控制[J］.中国水利，2007，(21):21-23.
[3］刘思峰，党耀国，方志耕.灰色系统理论及其应用[M］.北京:科学出版社，2004.
[4]邓聚龙.灰理论基础[M］.武汉:华中科技大学出版社，2002.
[5]周世华，杨华全.水泥品质与抗裂性的灰色关联分析[J］.长江科学院院报，2010，27(12):79-82.
[6]廉慧珍，梁文泉.水泥的品质和混凝土质量的关系(下)[J］.中国水泥，2002，
(7):60-62.。