对普通硅酸盐水泥和粉煤灰的物理性能和力学性能的研究外文翻译.docx
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对普通硅酸盐水泥和粉煤灰的物理性能和力学性能的研究外文翻译
对普通硅酸盐水泥和粉煤灰的物理性能和力学性能的研究外文翻译
2015届外文翻译
StudyonthephysicalandmechanicalpropertyofordinaryPortlandcementandflyashpaste
对普通硅酸盐水泥和粉煤灰的物理性能和力学性能的研究
院、部：
材料与化学工程学院
完成时间：
2015年5月
对普通硅酸盐水泥和粉煤灰的物理性能和力学性能的研究
摘要
对高掺量粉煤灰硅酸盐水泥做了一个实验，来对它的物理和力学性能进行研究。
普通硅酸盐水泥分以0,20、30、40、50、60、70%几个等级分别被粉煤灰取代（按重量计算）。
在所有的混合物中，水胶比恒定为0.3。
试块在振动台上被振实。
预期的体积密度会随着粉煤灰掺量的增加而减少。
气孔率和吸水率会随着水泥被粉煤灰取代而增大。
添加了粉煤灰试块的3d、7d，28d的抗压强度降低了，这一点在假设粉煤灰掺量在30%以上的实验中更加明显。
超声波脉冲速度测试结果表明，浆体的性能会随着混合物中粉煤灰掺量的增加而降低。
关键词：
粉煤灰，抗压强度，超声波脉冲检测技术，水泥
1介绍
每年印度的火力发电产能生产超过1.6亿吨的粉煤灰。
对于火力发电厂来说，处理粉煤灰是一个很重要的问题。
通常的，现在大量的飞灰和底灰在土地里会被用来阻塞和填充，以最小化的成本处理。
在1985年，加拿大的自然资源部首先调查发现：
大量的粉煤灰具有许多优异的性能，各种标准规范规定在水泥行业粉煤灰的掺量不能超多35%。
在印度,水泥和混凝土行业每年消耗4000万吨粉煤灰。
另一个方面，水泥需求的不断上升可以进一步解决高掺量粉煤灰（超过50%）在混凝土上面的应用。
这个过程显然可以经济化，以及减少温室气体（GHG）的排放,减少废物处置和减少健康的危害。
因此在混凝土中使用高掺量粉煤灰开始兴起，对普通硅酸盐水泥（OPC）混凝土应用程序，是一个资源节约型、耐用、成本效益的、可持续的选择（克劳奇,l·K理论研究。
2007）。
这项工作的目的是研究一些物理和机械属性，如容重、孔隙率、吸水率和超声波脉冲速度和抗压强度的粉煤灰硅酸盐水泥。
2材料和方法
2.1材料
普通硅酸盐水泥（OPC）28天抗压强度使用54MPa。
普通硅酸盐水泥的主要性质见表1。
粉煤灰来自西孟加拉、印度的火力发电厂。
水泥和粉煤灰的化学成分见表2.粉煤灰包含非常少碳含量，正如所指出的那样,低价值的损失在点火（LOSS）。
粉煤灰的硅铝比（SiO2/Al2O3）为2.5，二氧化硅,氧化铝和Fe2O3的总和等于95.74%。
氧化钙含量小于1%。
因此,按标准ASTMC618-08，它可以分为类F粉煤灰。
按照国际标准，3182-2003，它可分为硅质粉煤灰。
粉煤灰的粒子大小分布为图1，粉煤灰为深灰色的颜色，混合物的用水为正常的饮用水。
表1普通硅酸盐水泥的主要性质
比表面积（m2/kg）凝结时间（min）标准稠度
初凝终凝
31218029031.5
表2普通硅酸盐水泥和粉煤灰的化学性质
SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO4LOSS
OPC（%）18.624.753.0261.423.211.421.512.293.55
粉煤灰64.5825.895.270.590.260.0410.0270.312.40
粒子大小（微米）
图1：
粉煤灰的粒度分布
2.2混合设计和样品制备
表3代表了不同混合物中不同粉煤灰比例的浆体，控制的混合物没有掺粉煤灰标记为F0和20-70%的普通硅酸盐水泥，已经被粉煤灰取代的分别标记为F20-F70,水胶比还是保持在0.3.准备好边长50mm的立方体试模，高频振动台，进行正常压实。
每组混合物准备十八个试模，进过二十四小时的养护，从试模中取出试块，保持其湿度并在室温25℃进行实验，抗压轻度值取六个的平均值。
成分F0F2OF3OF4OF5OF6OF7O
OPC100807060504030
粉煤灰0203040506070
水胶比0.30.30.30.30.30.30.3
表3普通硅酸盐水泥和粉煤灰混合浆体的成分
2.3实验程序
在水中养护7天后，测试其容重、气孔率、孔隙率和超声波脉冲速度，确定容重、气孔率和吸水率。
从每个组里面的取三个试块在110℃的干燥箱里进行干燥，24小时后取出称其干重（DW）。
这个试块被放在水里煮沸2个小时，另一个则放在相同温度下的水中24小时，来让水渗入到毛细孔中。
然后用0.5mm的铜线把试块悬挂在水中，测定它的悬浮重量（S1W）和以及浸泡质量（S2W），记录数据时要细心，要除去试块表面的水和铜线的质量。
下面的方程被用来计算样品的气孔率和吸水率。
容重（gm/cc）=
气孔率（%）=
孔隙率（%）=
3结果和讨论
图2表示被粉煤灰取代的样品的不一样的体积密度，结果发现，水泥（1.33gm/cm）的容重比粉煤灰（0.96gm/cm）的容重高得多。
正如之前所预期的，样品的体积密度会随着混合物粉煤灰掺量的增多而减少。
图2不同粉煤灰掺量下样品的容重
图3和图4分别表示样品的气孔率和吸水率，很明显孔隙率和吸水率在随着粉煤灰掺量的增加而增大。
这个结果表明粉煤灰对粉煤灰的微观结构的研究比较缺乏。
图3不同粉煤灰掺量下样品的孔隙率
图4不同粉煤灰掺量下样品的吸水率
通过采用标准13311（Part1）–1992中提到的方法完成了超声波脉冲速度测试，通过这个测试来评定样品的质量。
这个测试结果显示,所有UPV试样落在“好”的类别。
结果证实了粉煤灰增加，而UPV质量则下降。
表4:
样品的超声波脉冲速度试验结果（公里/秒）
粉煤灰含量（%）0203040506070
UPV3.783.743.733.683.643.583.55
抗压强度是使用压力试验机来进行试验。
我们看到实验的结果是平均抗压强度的值是在反抗粉煤灰掺量的增加。
结果证明样品的3d、7d、28d抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而降低（图5）。
当粉煤灰含量在60%以上是抗压强度下降的趋势是最为明显的。
从实验结果来看最优的是粉煤灰掺量在60%（最大）。
OPC中掺粉煤灰可以用于一些低强度混凝土和砌体工程。
这将直接降低建筑成本以及减少温室气体的排放。
图5：
粉煤灰样品的抗压强度
4结论
根据目前的研究,可能得出的结论是：
在普通硅酸盐水泥中掺入粉煤灰会降低其28天的抗压强度。
当粉煤灰的掺量大于30%时抗压轻度会急剧下降。
凝结反应需要时间，有时强度可能会增大，所以长期的研究是必要的的。
粉煤灰的添加会降低容重，这会增加土木工程师对建设轻重量建筑的兴趣。
其他的物理性质，比如：
孔隙率和吸水率的增加会降低掺加了粉煤灰混凝土的耐久性。
UPV的实验结果表明高含量的粉煤灰会降低抗压强度。
参考文献
[1]k.Jain（2011）,<<粉煤灰的利用在印度水泥产业的现状和未来前景>>,混凝土可持续发展通过创新材料和技术全国巡回研讨会pp46-51。
[2]ASTMC618-08a,（2008）,<<粉煤灰和生或煅烧天然火山灰用于混凝土的标准规范>>、美国试验材料学会、美国。
[3]Bumjoo金,莫尼卡Prezzi（2008）,<<压实性和腐蚀性的印第安纳F类飞灰和底灰的混合物>>。
[4]克劳奇,,休伊特,白阿德（2007）,<<高掺量粉煤灰混凝土>>,程序上的煤灰（WOCA）,美国肯塔基州pp1-14。
[5]规范:
3812（第一部分）。
（2003）、粉煤灰-规范-第1部分:
粉煤灰用作火山灰水泥,水泥砂浆和混凝土印度,新德里标准。
[6]规范：
13311（第1部分）（1992）,<<无损检测混凝土>>:
第1部分超声波脉冲速度、印度新德里标准。
[7]马尔霍特拉。
（1986）,<<粉煤灰混凝土在结构混凝土中的应用>>,混凝土国际、8（28）,pp28-31。
Studyonthephysicalandmechanicalpropertyofordinaryportlandcementandflyashpaste
ABSTRACT
Anexperimentalinvestigationhasbeencarriedouttostudythephysicalandmechanicalpropertyofhighvolumeflyashcementpaste.Ordinaryportlandcementwasreplacedby0,20,30,40,50,60and70%classFflyash（byweight）.Water-binderratioinallmixturewaskeptconstantat0.3.Cubespecimenswerecompactedintablevibrator.Asexpectedbulkdensitydecreaseswithflyashincrementinthemixture.Apparentporosityandwaterabsorptionvalueincreaseswithreplacementofcementbyflyash.Resultsconfirmthedecreaseincompressivestrengthat3,7and28daywithflyashadditionanditismoreprominentincaseofmorethan30%flyashcontentmixes.Ultrasonicpulsevelocitytestresultsindicatethatthequalityofthepastedeterioratewithincreaseofflyashcontentinthemixture.
Keywords:
FlyAsh,OPC,CompressiveStrength,Pastes,UPV.
1.Introduction
Morethan160milliontonnesofflyashisbeingproducedbythermalpowerplantinIndia（A.K.Jain,2011）.Thedisposalofflyashisnowasignificantconcernfortheelectricitymanufacturingplants.Commonly,hugevolumeofflyashandbottomasharenowbeingeitherpondedorusedaslandfillingtominimizethedisposalcost（BumjooKimandMonicaPrezzi,2008）.Intheyear1985CANMETfirstinvestigateandconfirmedthathighvolumeofflyashhasmanyexcellentproperties（V.M.Malhotra,1986）.Variousstandardcodeslimitedtheuseofqualityflyashupto35%incementindustry.InIndia,cementandconcreteindustryconsumesabout40milliontonnesofflyash.Ontheotherhand,therisingofcementdemandcanbefurtherresolvedbyutilizinghighvolume（morethan50%）offlyashintheconcrete.Thisprocessobviouslywillbeeconomicalaswellasreducegreenhousegas（GHG）emission,minimizewastedisposalandhealthhazards.Thustheuseofhighvolume
flyashinconcretehasrecentlygainedpopularityasaresource-efficient,durable,costeffective,sustainableoptionforordinaryportlandcement（OPC）concreteapplications（Crouch,L.Ket.al.2007）.Theaimofthisworkistostudysomephysicalandmechanicalpropertiessuchasbulkdensity,apparentporosity,waterabsorptionandultrasonicpulsevelocityandcompressivestrengthofordinaryportlandcement-flyashpastes（withoutanyaggregate）.
2.MaterialsandMethod
2.1Materials
OrdinaryPortlandCement（OPC）having28daycompressivestrengthof54MPawasused.TypicalpropertiesoftheOPCusedaregivenintable1.TheflyashwascollectedfromNationalThermalPowerPlant,Farakka,WestBengal,India.Chemicalcompositionofbothcementandflyashisshownintable2.Theflyashcontainsverylesscarboncontentasindicatedbythelowvalueoflossonignition（LOI）.Silicatoaluminaratio（SiO2/Al2O3）oftheflyashwas~2.5.ThesumtotalofSiO2,Al2O3andFe2O3equalto95.74%.Calciumoxide（CaO）contentwaslessthan1%.Hence,asperASTMC618-08,itcanbeclassifiedasclassFflyash.BasedonIS:
3812（PartI）-2003itcanbeclassifiedassiliceouspulverizedfuelash.TheparticlesizedistributionofflyashhasbeengiveninFigure1.Theflyashshowedadarkgraycolour.Normalpotablewaterwasusedinmakingthemixture。
2.2MixDesignandSpecimensPreparation
Table3representsthemixtureproportionofdifferentflyash-cementpastes.ThecontrolmixturewithoutflyashhasbeenmarkedasF0and20to70%OPChavebeenreplacedbyflyashandmarkedasF20toF70respectively.Thewater-binderratiowaskeptconstantat0.3.
Specimensof50mmcubeswerepreparedandproperlycompactedwithhighfrequencyvibratingtable.Eighteencubeswerecastforeachmixture.After24hoursofcasting,thecubeswereremovedfromthemould,andwerecuredinwateratambienttemperatureof25OCtilltesting.Thecompressivestrengthvalueforatypicalmixtureataparticularageisbasedontheaverageofsixcubes.
2.3Testprocedure
Bulkdensity,apparentporosity,waterabsorptionandultrasonicpulsevelocityhasbeenmeasureafter7daywatercuring.Todeterminethebulkdensity,apparentporosityandwaterabsorptionoftheflyash-cementpastespecimens,threecubesfromeachseriesweredriedinhotairovenat110OCfor24hoursanditsweightwastakenasdryweight（DW）.Thespecimenswerethenboiledinwaterfor2hoursandkeptforanother24hoursinthesamewarmwatertopenetratewaterinthepores.Specimenswerethensuspendedinwaterwithcopperwireof0.5mmthicknesstotakethesuspendedweight（S1W）aswellassoakedweight（S2W）wasalsorecordedbycarefullyremovingthesurfacewaterandthecopperwire.Thefollowingequationswereusedtofindouttheapparentporosityandwaterabsorptionofthespecimens.
3.ResultsandDiscussions
Figure2representthebulkdensityofdifferentOPCreplacedflyashpastespecimens.Itwasfoundthatthebulkdensityofthecementwasmuchhigher（1.32gm/cm）comparetoflyash（0.96gm/cm）.Asexpected,thebulkdensityofthespecimensdecreaseswithincreaseofflyashinthemixture.
Figure3andFigure4representtheapparentporosityandwaterabsorptionofthespecimens.Boththeapparentporosityandwaterabsorptionvalueincreasedwithflyashreplacement.Thisresultindicatesthepoormicrostructurewithhighamountofflyashpastes.
UltrasonicpulsevelocitytesthasbeendonetoassessthequalityofpastespecimensbymethodmentionedatIS:
13311（Part1）–1992.ItisevidentfromtheUPVtestresultsthatallthetestspecimensfallin“GOOD”category.WithflyashincreasetheUPVresultsconfirmsthedeteriorationinquality.
Thecompressivestrengthwasdeterminedusingadigitalcompressiontestingmachine.Themaximumloadatfailurereadingwastakenandtheaveragecompressivestrengthhasbeenplottedagainstflyashcontent.Itisevidentthatthecompressivestrengthofthespecimensdecreaseswithincreaseofflyashinthemixtureat3,7and28day（Figure5）.Thedropincompressivestrengthisprominentwhenflyashcontentinthemixincreasedabove30%.Fromtheexperimentalresultoptimally60%（max.）flyashcontentOPCcanbeusedforsomelowstrengthconcreteandmasonryworks.Thiswilldirectlyreducethecostofconstructionaswellas
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