掺合料（精选九篇）
掺合料 篇1
关键词：SL新型复合掺合料,胶砂强度,微观形貌,孔结构
国内外碾压混凝土坝通常采用的掺合料为火电厂的粉煤灰, 当工程当地缺乏合适的粉煤灰资源时, 掺合料问题就成为制约混凝土大坝建设的关键因素。大朝山水电站在国内率先采用磷渣粉与凝灰岩粉复掺作为混凝土掺合料, 并取得了成功。本文研究了磨细矿渣粉-石灰石粉-水泥三元胶凝体系的相关性能, 包括胶砂强度、水化产物形貌、水化胶凝体系孔结构等, 以期为水电工程混凝土坝应用磨细矿渣粉、石灰石粉复合掺合料提供理论依据。
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
磨细矿渣粉、石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰的物理性能指标、化学成分分别见表1、表2。水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥, 其化学成分如表3所示。
1.2 试验方法
按照《水泥胶砂强度试验方法 (ISO法) 》 (GB/T17671-1999) 的相关规定成型试验用胶砂。磨细矿渣粉 (简称S) 、石灰石粉 (简称L) 等比例混合成SL新型复合掺合料, 按等量取代水泥的方法掺入水泥胶砂, 掺量分30%、50%两种。SL新型复合掺合料-水泥净浆的试验配比中水泥、SL复合掺合料、水的质量与上述胶砂试验采用的配比相同, 并扣除其中标准砂的质量。具体试验配合比见表4。
注:表中标准砂质量为0g时, 即为试验采用的净浆配比
净浆试验采用2mm×2mm×2mm的试块, 养护到规定龄期后取内部芯样, 并用无水乙醇终止水化。水化产物的微观形貌采用日本电子公司 (JEOL) 生产JSM-5900型扫描电镜进行观测;水化胶凝体系的孔结构参数采用美国康塔公司的PoroMadter GT-60压汞仪进行测试。
2 结果与讨论
2.1 胶砂强度
纯水泥胶砂、掺30%粉煤灰的水泥胶砂、掺30%SL新型复合掺合料的水泥胶砂以及掺50%SL新型复合掺合料的水泥胶砂的抗折强度、抗压强度见表5。
由表5可知, 与Ⅱ级粉煤灰相比, 30%掺量条件下, 90d龄期时, SL新型复合掺合料组的抗折强度、抗压强度均低。随着SL新型复合掺合料掺量的增加, 体系胶砂强度下降。以7d、28d的抗压强度分析, 同掺量条件下, SL新型复合掺合料的抗压强度比粉煤灰组略高, 说明SL掺合料对胶凝体系抗压强度的贡献主要在28d以前, 而粉煤灰则主要对后期强度有利。
2.2 微观形貌
2.2.1 原材料原状颗粒形貌
水泥、粉煤灰、SL新型复合掺合料的扫描电子显微镜照片如图1所示。
从图1中可以看出, SL新型复合掺合料与粉煤灰的外观形貌有明显的不同, SL掺合料与水泥的颗粒形貌类似, 呈不规则状, 粒径分布在5～40μm内;粉煤灰的颗粒大多呈球形, 粒径分布在2～25μm内。
2.2.2 净浆水化体系整体微观形貌
各掺50%粉煤灰和SL新型复合掺合料后的水泥净浆水化28d后的整体形貌如图2所示。
从上图 (a) 中可以看出粉煤灰颗粒被大量针状和网状的C-S-H (水化硅酸钙) 凝胶体以及部分Aft (三硫型水化硫铝酸钙) 紧密包围着, 粉煤灰颗粒起到了很好的填充作用; (b) 图片中可以看到少量的矿渣大颗粒, 同样存在大量的网状C-S-H凝胶体和部分Aft; (c) 图片中能够看到水泥净浆存在大量的C-S-H凝胶, 在未水化水泥颗粒的间隙处存在棒状的AFt晶体。
2.2.3 主要水化产物微观形貌
净浆胶凝体系中的C-S-H凝胶、Aft晶体、未水化SL掺合料颗粒、未水化粉煤灰颗粒、以及在未水化颗粒间隙中生长的水化产物等的微观形貌如图3所示。
2.3 孔结构参数
掺50%粉煤灰、以及掺50%SL新型复合掺合料的水泥净浆水化28d、120d后的孔结构测试结果如图4～图6, 以及表6、表7所示。
从表6可知, 水化28d时, 粉煤灰净浆较SL新型复合掺合料净浆的孔径略大, 粉煤灰净浆和SL复合掺合料净浆中孔径大于0.05μm的有害孔含量相差不大。SL复合掺合料净浆的孔隙率35.06%、80%孔的孔径处于0.023～0.39μm之间, 粉煤灰净浆的孔隙率34.21%、80%孔的孔径处于0.029～0.41μm之间。
由表7的试验数据分析可知, 水化120d时, SL复合掺合料净浆的孔径小于粉煤灰净浆, SL新型复合掺合料净浆中孔径大于0.05μm的有害孔含量比粉煤灰净浆低5.2%, 较28d龄期时变化较大。SL复合掺合料净浆的孔隙率比粉煤灰净浆低5.71%, 80%孔的孔径处于0.014～0.060μm之间, 而粉煤灰净浆中80%孔的孔径处于0.018～0.086μm之间。
3 结论
⑴在水化28d以前, 30%掺量条件下, SL新型复合掺合料胶砂的抗压强度高于粉煤灰胶砂;90d龄期以后, 粉煤灰胶砂抗压强度超过SL掺合料胶砂。说明, SL新型复合掺合料的活性主要在早期发挥, 而粉煤灰活性则在水化后期发生作用。SL新型掺合料的掺量从30%增加到50%, 其胶砂强度下降。
⑵从扫描电子显微镜测试结果来看, SL新型复合掺合料的颗粒形貌与水泥颗粒类似;水化28d时, SL掺合料-水泥净浆胶凝体系的整体结构较粉煤灰-水泥净浆体系致密, 且能观测到为水化的SL新型复合掺合料颗粒和粉煤灰颗粒。
⑶从压汞测孔结果分析, SL新型复合掺合料对胶凝体系孔结构参数的优化有较好的作用;从28d到120d, 三类净浆体系中大于0.05μm的有害孔数量显著降低, 其中粉煤灰-水泥净浆从72.4%下降到18.8%, SL复合掺合料-水泥净浆从72.1%下降到13.6%;到120d后, SL新型复合掺合料胶凝体系的孔隙率、平均孔径等参数优于粉煤灰胶凝体系。
参考文献
[1]纪辉, 陆采荣, 王珩.土卡河水电站混凝土新型复合掺合料研究与应用[J].云南水力发电, 2006.
掺合料出厂合格证及进场检验报告 篇2
Ⅰ 基本要求和内容
（1）砼及砂浆用粉煤灰应符合《粉煤灰在砼和砂浆中应用技术规程》JGJ28标准的要求。高炉矿渣粉应符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB／T18046标准的要求。
（2）粉煤灰检验方法应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596标准的规定,对一些主要的检验指标不得缺检，检验报告见质控（建）表4.1.3.6－1，高炉矿渣粉检验方法应符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB／T18046标准的规定，高炉矿渣粉检验报告见质控（建）表4.1.3.6－2。
（3）相同等级连续供应的粉煤灰以200t为一批，不足200t者按一批计，粉煤灰的数量按干灰（含水率≤1％）的重量计，必要时需方可对粉煤灰的品质进行随机抽样检验。
（4）每批粉煤灰必须按《粉煤灰在砼和砂浆中应用技术规程》JGJ28要求，检验细度和烧失量，有条件时，可加测需水量比。
（5）设计有特殊要求的粉煤灰，应有专项性能检验报告。
（6）矿渣粉按同级别进行编号和取样，每一编号为一个取样单位。以200t为一编号，不足200t按一编号计。取样应有代表性，可连续取样，也可以在20个以上部位取等量样品总量至少20kg。
Ⅱ 核查办法
（1）核查粉煤灰、高炉矿渣粉出厂合格证或检验报告的检验结果是否符合要求，粉煤灰和高炉矿渣粉等级是否和应用要求一致，检验项目是否齐全，检验结果是否正确。
（2）核查合格证或检验报告是否按批提供，批量总数是否和实际用量基本一致。
Ⅲ 核定原则
凡出现下列情况之一，本项目核定为“不符合要求”。
（1）无出厂合格证和进场检验报告。
（2）应见证的掺和料检验未按规定见证取样送检；见证取样送检的材料种类、数量与规定不符。
（3）检验项目缺项或检验结果不符合标准要求。
（4）出厂合格证或检验报告所代表的总数量与单位工程实际用量相比，严重不足。
4.1.3.7 防水材料合格证及检验报告
Ⅰ 基本要求和内容
（1）建筑工程用的防水材料如防水卷材、防水涂料、卷材胶粘剂、涂料胎体增强材料，密封材料及刚性防水材料等必须有出厂合格证和进场复验报告。
（2）防水材料检验报告应按质控（建）表4.1.3.7－1～3填写，检验方法应符合国家有关标准。
（3）各类防水材料进场复验项目必须符合下表的规定。
建筑防水工程材料进场复验项目
（1）核查防水材料检验报告的检验项目是否齐全，结论是否正确。（2）核查出厂合格证、检验报告中的各项物理性能指标是否符合相关规范和标准的要求。如单项检验项目不合格，是否有复检及处理办法等。
（3）核查是否按批取样，取样批量之和是否与实际用量相符。
（4）核查所选用的防水材料是否符合《屋面工程质量验收规范》GB50207和《地下防水工程质量验收规范》GB50208要求的防水等级和设防要求。Ⅲ 核定原则
凡出现下列情况之一，本项目核定为“不符合要求”。（1）主要防水材料无出厂合格证或进场复验报告。
（2）防水材料检验未按规定实行见证取样送检；见证取样送检的材料种类、数量与规定不符。
（3）使用的防水材料与规范、设计要求不符。
（4）防水材料的主要检验项目缺项或品种等级，技术性能不符合标准、规范的要求，又无鉴定处理结论。
矿物掺合料对混凝土疲劳性能的影响 篇3
关键词：矿物掺合料 混凝土 疲劳性能
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0080-01
目前，我国对于高性能的混凝土研究已经很多年了，其在实际生活与生产中的应用也越来越广泛，而矿物掺合料的运用就是有效提高混凝土性能的重要措施。在混凝土，适当的加入一些矿物掺合料，不仅能够有效的调整并改善混凝土的各种性能，如耐久性等，而且还能适当的节约实际施工中对能源与资源的利用，促进水泥以及混凝土行业在我国的长期发展。因此，矿物掺合料已经成为了混凝土材料中必不可少的一部分。
1 矿物掺合料对混凝土疲劳性能影响的作用机制
随着城市化建设的发展，高层建筑、地下建筑以及海上建筑等一些大型的建筑越来越多，致使社会对水泥以及混凝土提出了更高的性能要求。而由于环境的日益恶化，雨水、及其其他一些具有侵蚀性的物质等对混凝土的材料产生了巨大的腐蚀作用，且在多种因素的影响下，混凝土结构的稳定性与性能受到了较的影响，大大的缩短了其使用寿命。因此，为有效的抵制雨水、海水以及相关的化学介质等因素对混凝土的结构造成的侵蚀作用，就必须采取相应的措施以提高混凝土的抗疲劳性。在实际的施工中，有效提高混凝土抗疲劳性的关键性技术就是合理应用一些活性的矿物掺合料，通过改善混凝土的孔结构，以提高其材料的密实性，并通过强化混凝土材料界面过渡区，以有效提升混凝土抵抗氯离子渗透以及硫酸盐侵蚀的性能，从总体上提高混凝土材料的抗疲劳性能[1]。
2 矿物掺合料对混凝土的疲劳性能影响
2.1 试验原材料的选择以及配比情况
首先，对于试验原材料主要有粉煤灰、磨细矿渣、水泥以及细集料，其中粉煤灰选用的是南京热电厂提供的风选低钙I级灰，而磨细矿渣选用的则是江南粉磨公司产出的S95级的产品，水泥和细集料则分别为江南水泥长产出的PII42.5的硅酸鹽水泥以及一些天然的河沙。
其次，对于试验的配比情况，由于砂率、用水量以及水灰比等相关配合比的参数都是影响混凝土疲劳性能的主要原因，因此，在本次试验中，混凝土材料的砂率为38%，胶凝材料的用量则为460 kg/m3，而水胶比则为0.35，并采用等量的矿物掺合料以代替水泥，其中，粉煤灰与磨细矿渣都占了胶凝材料总质量的30%与50%[2]。混凝土的配合比如表1所示。
在本次试验中，采取的尺寸为1003mm棱柱形的试件，在成型时适当的调整减水剂的含量，从而使新拌的混凝土的塌落度在（80±20）mm，并将试件放在20 ℃左右，且相对温度>95%环境90 d后移到普通室中，定期喷水以保持试件的潮湿状态[3]。同时通过有效运用PW-8100B的型号的电液伺服疲劳试验机展开=混泥土的疲劳性试验。
2.2 试验结果
混凝土材料的疲劳寿命N=2×106时，混凝土的疲劳强度所体现出来的折减系数随着矿物掺合料以及掺合料数量的增加而有所增大；同时，由于矿物掺合料所具有的活性效应对混凝土在界面过渡区的结构中发挥着一定的改善作用，因此，通过不断提高材料界面过渡区在抑制混凝土疲劳裂缝的扩展能力中所具有的作用，有效的提高混凝土材料的高周疲劳的性能，从而在整体上提升混凝土材料在疲劳强度上所体现出的折减系数；此外，混凝土材料在地周疲劳性能方面的提高也能随着混凝土材料强度的提高而有所改善，而矿物掺合料在其中所发挥的作用大小就取决于其对混凝土材料的强度所产生的影响，即混凝土材料的强度越高，就说明其材料的地周疲劳性能的强大[4]。
3 结语
综上所述，矿物掺合料对有效提高并改善混凝土材料的综合性能有着重要的作用，不仅是有效提高混凝土材料的施工性能、综合的耐久性、疲劳性能等的重要因素，同时也是推动我国水泥以及混凝土行业可持续发展的关键所在。因此，在实际的工程施工中，施工人员需强化对矿物掺合料合理的配制，以从整体上提高混凝土的综合性能。
参考文献
[1]赵年全.矿物掺合料对高性能混凝土力学和耐久性的影响分析[J].铁道建筑，2010（4）：19-21.
[2]程宇科，王元纲，张高勤，等.复合型掺合料高性能混凝土强度与抗氯离子渗透性能研究[J].混凝土与水泥制品，2010（6）：134-136.
[3]何廷树，苏富赟，包先诚，等.不同水胶比下矿渣粉与粉煤灰对混凝土强度及抗氯离子渗透性能的影响[J].混凝土，2010（1）：379-382.
磷矿渣掺合料性能试验研究 篇4
1 试验
1.1 试验材料
水泥:重庆地维水泥厂42.5级普通硅酸盐水泥。
磷矿渣:贵州省贵阳地区产磷矿渣,密度2.88 g/cm3。水泥和磷矿渣的化学成分见表1。
%
细集料:重庆歌乐山产机制砂、重庆合川渠河产特细砂及标准砂,机制砂和特细砂的物理力学性能见表2。
粗集料:重庆歌乐山石灰岩碎石。大石:10~20 mm连续级配,压碎指标10.0%,表观密度2.69 g/cm3;小石,5~10 mm连续级配,压碎指标10.0%,表观密度2.68 g/cm3。
外加剂:玖鑫混凝土外加剂厂产FDN萘系高效减水剂。
拌合水:自来水。
1.2 测试方法
扫描电镜试验:成型100 mm×100 mm×100 mm的混凝土试件,标准养护56 d,做完抗压强度试验后,从混凝土内部随机取无集料的小块,用无水乙醇终止水化。将样品在60℃下烘干至恒重。观察前,在断面上喷金,然后将样品喷金面置于KYKY—1000B型扫描电镜下观察。
水泥净浆凝结时间及水泥胶砂强度分别按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》和GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行测试;混凝土工作性、强度分别按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》和GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行测试。
2 试验结果及分析
2.1 磷矿渣对水泥净浆凝结时间的影响
试验通过改变磷矿渣掺量和比表面积研究其对水泥净浆凝结时间的影响,磷矿渣比表面积分别为450、500 m2/kg,取代水泥量分别为10%、20%、30%、40%、50%,测试结果见图1。
由图1可知,随磷矿渣掺量的增加,水泥净浆的初凝和终凝时间均逐渐延长。当磷矿渣掺量为50%,磷矿渣比表面积分别为500、450 m2/kg的水泥净浆初凝时间比空白水泥净浆增加了2.4倍、4.1倍,终凝时间比空白水泥净浆增加了2.3倍、3.6倍。当磷矿渣掺量超过40%时,掺入比表面积较大(500 m2/kg)的磷矿渣水泥净浆凝结时间增长幅度相对较小。因此,磷矿渣的掺加延长了水泥净浆的凝结时间,但磷矿渣比表面积的增大有助于水泥净浆凝结时间的减少。分析认为,水泥中的铝酸三钙(C3A)水化后形成六方形水化产物———水化铝酸钙(C4AH13)[5],而磷矿渣接触水后,液相中的水化产物阻止了六方形晶体向立方形水化产物的转变,延缓了铝酸三钙(C3A)的水化。在这个过程中,起稳定六方形水化物向立方形水化产物转变的水化产物可能是磷矿渣中的磷与水泥水化产生的Ca2+、OH-生成的氟羟基磷灰石和磷酸钙,覆盖在C3A的表面,导致缓凝;还可能是液相中的PO43-等磷酸根离子限制了AFt的形成,而SO42-离子阻碍了“六方水化物”向C3AH6转化[6],导致缓凝;与此同时,磷矿渣在碱性条件下玻璃相解体时析出的氟离子与水化产物氢氧化钙形成的氟化钙也能延缓凝结,在氟、磷的共同作用下导致了水泥净浆的缓凝。另外,由于磷渣粉的掺入相应地降低了C3A的含量,使得凝结时间延长。磷矿渣比表面积增大,导致磷矿渣中可溶性离子溶出速率与溶出量增加,也加速了磷矿渣在碱性溶液中的解体速度,同时,比表面积越大,通过机械活化提高了磷矿渣的活性,水化速度加快,水化产物增加,对凝结时间产生影响。
2.2 磷矿渣活性的激发
2.2.1 激发剂对磷矿渣活性的激发
试验通过掺加化学激发剂(硫酸钠、氢氧化钙)激发磷矿渣的活性,以提高掺加磷矿渣水泥胶砂的强度。磷矿渣的比表面积为500 m2/kg,取代水泥量为50%。单掺硫酸钠的量分别为胶凝材料总量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%;单掺氢氧化钙的量分别为胶凝材料总量的1%、2%、3%、4%、5%;复掺硫酸钠、氢氧化钙总量分别为胶凝材料总量的1%、2%、3%、4%、5%,其中硫酸钠、氢氧化钙的质量比为1∶2。掺激发剂后磷矿渣水泥胶砂的抗压和抗折强度分别见图2、图3。
由图2可知,氢氧化钙掺量为胶凝材料总量的3%时,水泥胶砂强度提高的幅度最大,与未掺激发剂试件相比,其3 d、7 d抗压强度均提高了1.6倍以上,28 d抗压强度提高了1.5倍;3 d、7 d抗折强度均提高了1.6倍以上,28 d抗折强度提高了1.1倍。分析认为,Ca(OH)2的加入提供了高浓度的OH-,使液相的碱性增加。在高浓度的碱性环境中,磷矿渣玻璃相周围的粘附物易被破坏,使得硅、铝离子与Ca2+反应,产生C-S-H凝胶和铝酸钙。硫酸钠的掺量为胶凝材料总量的1.5%时,胶砂强度提高的幅度最大,与未掺激发剂试件相比,其3 d、7 d抗压强度均提高了2倍以上,28 d抗压强度提高了1.6倍;砂浆3 d、7 d抗折强度分别提高了1.6和1.75倍,28 d抗折强度提高了1.6倍。分析认为,硫酸钠在水泥水化过程中提高了液相的碱度,促进了Ca(OH)2的结晶成核和晶体发育,也提高了硅酸盐矿物的早期水化速率,因而提高了早期强度,另一方面,碱的存在加速了磷矿渣中玻璃相的解体与溶解[4],促进了磷矿渣参与水化反应,生成了更多的C-S-H凝胶。
硫酸钠对磷矿渣的活性激发效果明显好于氢氧化钙。磷矿渣掺量为50%时,掺入硫酸钠的胶砂抗压强度增加幅度明显大于掺入氢氧化钙的胶砂抗压强度,其7 d抗压强度基本与空白胶砂相当,28 d抗压强度比空白胶砂增加了25%。虽然掺入氢氧化钙后其7 d抗压强度仍低于空白胶砂,但其28 d强度也已超过了空白胶砂试样。因此,采用激发剂硫酸钠和氢氧化钙均能改善掺加磷矿渣胶砂的强度,但掺硫酸钠的效果明显好于氢氧化钙,明显改善了水泥胶砂的早期强度。
硫酸钠和氢氧化钙复掺对磷矿渣水泥胶砂抗压、抗折强度的影响见图3。
由图3可见,复合激发剂掺量为胶凝材料总量的4%时,胶砂强度提高的幅度最大,尤其是早期强度显著提高,胶砂3d、7 d抗压强度均提高了2.5倍以上,已经明显超过了空白胶砂,后期强度提高了1.7倍;其3 d、7 d抗折强度分别提高了2.5和2.8倍。
综上所述,单掺硫酸钠或氢氧化钙有利于磷矿渣活性的发挥,复掺硫酸钠和氢氧化钙能有效激发磷矿渣的活性,在明显改善胶砂早期强度的同时,相应地提高了胶砂的后期强度。
2.2.2 激发剂对磷矿渣活性影响的微观结构分析
对磷矿渣掺量为50%的水泥砂浆硬化早期的形貌进行X射线衍射分析,XRD图谱见图4。
图4中,3.04、2.62、2.79、1.83 nm的峰均比较明显,说明未掺激发剂的水泥砂浆试件中存在较多的C-S-H凝胶[7];虽然XRD图谱中均存在明显的Ca(OH)2特征峰,但在扫描电镜图中未见六角片状的Ca(OH)2晶体存在[见图5(a)],分析认为,矿物掺合料的二次反应消耗了部分Ca(OH)2,同时使其晶粒细化,Ca(OH)2晶体太小以至于通过电镜照片观察不到;图谱中均存在明显的C3S、C2S及α-C2S特征峰,可见水泥的水化程度不高,这是由于磷矿渣的火山灰反应形成了大量的C-S-H凝胶,凝胶的吸附水和层间水降低了可供反应的“自由水”,使得水泥的水化反应程度降低,不利于水泥水化。XRD图谱中的Ca7Si2P2O16和Ca4O(PO4)2特征峰比较明显,说明磷矿渣参与了一定的化学反应。
以掺加磷矿渣50%的水泥胶砂为基准试件,将掺加胶凝材料总量1.5%激发剂硫酸钠的水泥胶砂与之进行对比分析,对2种试件的水泥石早期硬化形貌进行了扫描电镜分析,结果见图5。
由图5可见,掺加硫酸钠的水泥石中可以看到大量团絮状的胶凝产物,比未掺硫酸钠基准试件明显致密,其内含有大量的凝胶物质与团絮状凝胶相互交错和大量的六角片状的Ca(OH)2产物,使得水泥石更加致密,有利于水泥硬化的继续发展;而在基准试件中上述物质相对较少。
2.3 磷矿渣对混凝土工作性的影响
2.3.1 磷矿渣掺量对混凝土工作性的影响
使用比表面积为450 m2/kg的磷矿渣,混凝土各配合比中胶凝材料总量均为480 kg/m3,FDN萘系减水剂掺量占胶凝材料总量2.2%,砂率0.34,水胶比0.35。磷矿渣掺量对混凝土工作性的影响见表3。
由表3可知,相对于空白混凝土GJ组,掺磷矿渣的各组混凝土(GC1、GC2、GC3、GC4)的初始坍落度和扩展度均显著增大,水泥用量较少的情况下更为明显,有利于混凝土的泵送施工;较空白混凝土GJ组,掺磷矿渣混凝土的初始坍落度提高了12%~24%,扩展度提高了15%~34%,混凝土的流动性好,其中磷矿渣掺量为40%的混凝土初始坍落度最大,掺量为50%的混凝土扩展度最大;随着磷矿渣的掺入,新拌混凝土的扩展度呈逐渐增加的趋势,坍落度经时损失也明显降低,1 h坍落度均保持在210 mm以上,除GC1组2 h坍落度保持在170 mm外,其余均在200 mm以上;GJ组1 h坍落度损失约为44%,2 h坍落度损失约为53%,而掺加磷矿渣的各组混凝土1 h坍落度损失均在14%以内,2 h坍落度损失均在26%以内,现场观察无离析现象,保水性、黏聚性良好,明显改善了混凝土的工作性,使混凝土具有良好的可泵性,有利于长距离运输。
2.3.2 磷矿渣细度对混凝土工作性的影响
混凝土各配合比中胶凝材料总量均为480 kg/m3,磷矿渣取代水泥掺量为40%,FDN萘系高效减水剂掺量占胶凝材料总量的2.2%,砂率0.34,水胶比0.35。磷矿渣比表面积对混凝土工作性的影响见表4。
由表4可知,磷矿渣比表面积为350、450 m2/kg混凝土(GF1、GF2)的初始坍落度相同并高于磷矿渣比表面积为500m2/kg混凝土(GF3);虽然,GF2组1 h坍落度损失约为10%,2h坍落度损失约为12%,均高于其它2组混凝土,但GF2组1h与2 h间坍落度损失比其它2组的少;随磷矿渣比表面积的增加,混凝土的扩展度逐渐增大。因此,综合考虑GF2组混凝土工作性优于其它2组。
磷矿渣的掺入使得混凝土的初始坍落度和扩展度均高于基准混凝土,流动性明显改善,主要是磷矿渣细粉在混凝土中产生了一定程度的流化效应[8]。水泥的平均粒径为20~30μm,试验所用磷矿渣的平均粒径比水泥小得多,其颗粒表面光滑。磷矿渣取代水泥可补充其间缺少的细颗粒,填充在水泥颗粒之间的空隙中,一方面起到“滚珠”的作用,另一方面将填充于水泥空隙中的填充水置换出来,粒子之间的间隔水层加厚,因此,新拌混凝土的扩展度增大,流动性增强。其次,磷矿渣的密度为2.88 g/cm3,小于水泥的密度3.1 g/cm3,在胶凝材料总量不变的情况下,掺加磷矿渣相当于增加了混凝土的含浆量,从而改善了混凝土的和易性,并增大了固体的表面积对水体积的比例,减少了泌水和离析。再次,磷矿渣的缓凝效应使得水泥浆体的水化反应减慢,延缓了混凝土的硬化过程,起到缓凝剂的作用,在一定时间内保持了混凝土良好的工作性,有助于混凝土的泵送施工。在保持混凝土坍落度基本相同的情况下,掺磷矿渣可减少混凝土用水量,从而降低了水胶比,进而影响了混凝土的诸多性能。部分水泥被磷矿渣取代后,由于磷矿渣的活性较水泥低,整个体系的反应速度也随之减缓,因此减少了坍落度的经时损失。磷矿渣混凝土的坍落度随磷矿渣比表面积的增加有所降低,主要原因可能是磷矿渣比表面积的增大导致了水化速度的相对增加,因此,比表面积较大的磷矿渣混凝土其经时损失反而有所增加。
2.4 磷矿渣对混凝土强度的影响
使用比表面积为500 m2/kg的磷矿渣,FDN萘系高效减水剂掺量以控制坍落度(20±2)cm为宜,混凝土的配合比见表5,磷矿渣掺量对混凝土强度的影响见图6。
kg/m3
由图6可知,掺加磷矿渣混凝土的早期强度低于基准混凝土,随磷矿渣掺量的增加,混凝土早期强度发展呈现渐慢的趋势,磷矿渣掺量为20%和50%时,混凝土的3 d强度分别为基准混凝土的46.6%和15.7%。掺加磷矿渣混凝土的后期强度发展较快,磷矿渣掺量为20%和50%时,其60 d强度比基准混凝土分别提高了16.7%和6.5%,90 d强度比基准混凝土提高了23.7%和12.6%。随磷矿渣掺量的增加,混凝土强度只有微小幅度的降低。分析认为,磷矿渣的缓凝效应导致掺加磷矿渣混凝土的早期强度较低。水泥早期水化被抑制,使其晶体“生长发育”条件良好,从而水化产物的质量显著提高,水泥石结构更加致密,空隙率下降,孔径减小,有利于混凝土后期强度发展[9,10]。由于磷矿渣微细颗粒填充于水泥粒子、水泥粒子和界面的孔隙中以及水泥水化产物的晶格中,阻止了水泥颗粒的相互粘聚,有利于混合物的水化反应,增强界面粘结,使水泥石结构和界面结构更为致密,提高混凝土强度。此外,磷矿渣的密度小于水泥,能与水泥及水形成柔软的浆体,增加混凝土的含浆量,磷矿渣晶体规则,表面光滑,水分在其表面附着力小,使其在保持相同坍落度的情况下,可以减少混凝土的用水量起到减水剂的作用,使混凝土的强度得到提高。
3 结语
(1)随磷矿渣掺量的增加,水泥净浆的凝结时间逐渐延长;磷矿渣比表面积的增大有助于缩短凝结时间。
(2)硫酸钠对磷矿渣活性的激发效果优于氢氧化钙,当其掺量为胶凝材料总量的1.5%时效果较好;硫酸钠和氢氧化钙复合[m(硫酸钠)∶m(氢氧化钙)=1∶2]掺加对磷矿渣活性的激发效果优于单掺,当其掺量为胶凝材料总量的4%时效果较好。
(3)磷矿渣掺合料能显著改善新拌混凝土的工作性能,降低混凝土的坍落度经时损失,改善混凝土的可泵性;磷矿渣作为矿物掺合料使得混凝土的早期强度有所下降,但后期强度大幅度提高。当磷矿渣掺量在50%以内时,随掺量的增加,混凝土早期强度低于基准混凝土,硬化后期,掺加磷矿渣的混凝土抗压强度明显提高,应当合理加以利用。
参考文献
[1]Ravindra Gettu,Joana Roncero,Mlguel A.Martino Long—term.Behavior of admixture[J].The Indian concrete Journal,2002(9):586-592.
[2]周梅,刘睿,郭彦霜.掺合料品种与用量对混凝土性能的影响[J].辽宁工程技术大学学报,2006,25(2):211-213.
[3]Li Jianyong,YaoYan.A study on creep and drying shrinkage ofhigh performance concrete[J].Cement and Concrete Research,2001,31:1203-1206.
[4]封伟伟,程川海.贵州某磷渣的综合研究及其利用[J].混凝土,2005(11):95-98.
[5]程麟,盛广宏,皮艳灵,等.磷渣对硅酸盐水泥的缓凝机理[J].硅酸盐学报,2005(4):42-43.
[6]Li Dongxu,Xu Zhongzi,Luo Zhimin,et al.The activation andhydration of glassy cementitious materials[J].Cement and ConcreteResearch,2002,32(7):1145-1152.
[7]蒲心诚.超高强高性能混凝土[M].重庆:重庆大学出版社,2004:30-85.
[8]赫玉强,赵海绒.浅析泵送混凝土施工技术[J].山西建筑,2006(5):127-128.
[9]Yan Y,Wan Z L.Predicition of cracking within early-ageconcrete due to thermal,drying and creep behavior[J].Cementand Concrete Research,2002,32:1053-1059.
矿物掺合料对机制砂浆性能影响 篇5
应用机制砂是解决天然砂资源匮乏的重要技术措施。据估计[1], 2010年全国混凝土总用量约为21亿m3, 仅混凝土中砂的用量就达到了17.8亿吨。目前我国大多数地区应用的是天然砂, 天然砂资源是一种地方资源, 短时间内不可再生且不适合长距离运输。现在不少地区出现天然砂资源短缺, 用砂高峰时甚至无砂可用的情况[2], 因此研究机制砂的应用有利于解决天然砂短缺的问题。
矿物掺合料对机制砂砂浆性能的影响可能与天然砂砂浆不同。机制砂在生产过程中不可避免的要产生一定量的石粉, 这是机制砂与天然砂最明显的区别之一[3]。石粉与天然砂中的泥粉不同, 天然砂中的泥粉对水泥砂浆基体是有害的, 而机制砂中适量的石粉对水泥砂浆基体是有益的。机制砂颗粒>2.36mm和<0.15mm的颗粒偏多, 中间颗粒偏少, 有时某一级断档[4]。机制砂由于是破碎而成, 粒形多呈三角体和方矩体, 表面粗糙, 颗粒尖锐有棱角[5,6], 而天然砂表面光滑, 颗粒呈圆形, 且级配良好。机制砂与天然砂的不同, 可能导致矿物掺合料对机制砂砂浆性能的影响与天然砂砂浆不同。因此研究矿物掺合料对机制砂砂浆性能的影响是合理且必要的。
1 试验材料及方法
1.1 原材料
1) 采用重庆拉法基水泥有限公司生产的P.C32.5R水泥。
2) 采用细度模数为3.0的石灰石质机制砂, 其级配见表1。
3) 自来水。
4) 采用的矿物掺合料为粉煤灰、矿渣粉和磨细石灰石粉。粉煤灰为贵州习水原状灰, 其性能指标见表2。矿渣粉使用的是重庆睿亮建材有限公司生产的“睿亮”牌S95级矿粉, 其性能指标见表3。磨细石灰石粉有两种:一种是机制砂在球磨机磨35分钟得到的石粉1#, 比表面积380m2/kg, 另一种是在球磨机磨45分钟得到的石粉2#, 比表面积420m2/kg。外加剂为重庆远吉高新建材科技有限公司混凝土外加剂厂生产的YJ-1型砂浆塑化剂。
1.2 试验方法
砂浆的搅拌制备以及稠度、保水性的测定均按照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行。
通过试验试配出各种强度等级 (M5、M10、M20) 的基准配合比, 然后采用等量取代, 单掺各种矿物掺合料来观测各强度等级下砂浆性能指标的变化。选择M10的砂浆, 复掺矿物掺合料来测定同强度等级下 (M10) 砂浆各性能指标的变化。
1.3 试验基准配合比
试验基准配合比见表4。
2 结果与分析
2.1 矿物掺合料单掺对机制砂砂浆流动性和保水性的影响
从表4可以看出, 不掺入掺合料时, 砂浆的稠度、保水性均在合理的范围。当掺入矿渣时, 如图1和图2所示, 稠度有不同程度的增长, 而保水性却呈下降趋势。
从原材料性能上考虑, 矿渣的流动度比达到了101%, 相同质量的矿渣比水泥更能提高砂浆的流动性能。矿渣能减少水泥水化初期产物的搭接, 在水化初期, 矿渣颗粒包裹在水泥表面, 能阻止水泥颗粒互相接近以及对水化产物产生隔离作用, 从而提高砂浆流动性[7]。矿渣颗粒多呈棱角状, 掺入矿渣的砂浆易产生泌水从而导致保水性下降。
就粉煤灰而言, 随着掺量由10%到40%变化, 流动性先是升高, 然后明显下降。如图3所示, 粉煤灰掺量由10%、20%、30%到40%逐级递增, 对于M10砂浆, 稠度由85mm增加到86mm, 然后降低至81mm、79mm;对于M5砂浆, 稠度由62mm升到67mm、75mm, 然后降低到62mm, 且最终稠度都低于基准配比。一方面, 粉煤灰颗粒具有玻璃微珠特征, 对减少新拌砂浆用水量、增大砂浆流动性具有优良的物理效果;另一方面, 在大掺量粉煤灰的情况下, 由于是等量取代且粉煤灰的密度低于水泥, 胶凝材料体积增大, 需水包裹的胶凝材料表面积增大, 且粉煤灰需水量比为102%, 而用水量不变导致砂浆稠度降低。
石粉对砂浆稠度的影响规律性不明显, 但石粉能显著提高浆体的保水性, 使砂浆浆体变得粘稠, 如图4和图5所示。
石灰石粉颗粒微细, 比表面积大, 具有良好的保水作用。石粉能填补混凝土骨料之间的空隙, 在一定程度上提高了混凝土保水性和粘聚性, 改善了离析泌水现象, 使得混凝土易于成型振捣, 改善了混凝土工作性[8]。这些作用在低强度等级混凝土中特别明显, 很好地解决了配制低强混凝土时强度富余过大与工作性差之间的矛盾[5]。
2.2 矿物掺合料单掺对机制砂砂浆抗压强度的影响
掺入矿物掺合料时, 相对于基准配合比, 矿渣试件、粉煤灰试件和石粉试件的7天强度均有所降低, 且随矿物掺量增加7d强度逐渐降低, 如图 (6—9) 所示。
由于掺合料与水泥水化生成的CH反应生成C-S-H凝胶是一个长期的过程, 因此掺入掺合料试件的早期强度会偏低。但随着试件龄期的延长, 掺合料反应程度的提高, 砂浆的后期强度会有所增长。
掺入粉煤灰或石灰石粉时, 砂浆试件28d强度低于基准配合比。随着粉煤灰或石粉掺量的增加, 28d强度逐渐降低, 掺入石粉的试件强度降低尤为明显, 当石粉掺量超过10%即达不到设计强度要求, 如图10—图12所示。
矿渣砂浆试件的28d强度曲线与粉煤灰和石灰石粉试件情况相反, 通过图13可以发现, 对于28d强度, 掺入矿渣的试件高于基准试件, 且随矿渣掺量增加强度呈上升趋势。这是因为此次试验中矿渣的活性较高, 从表3可知, 矿渣28d活性系数达到了102%, 同等质量下矿渣对砂浆28d强度的贡献要高于水泥。水泥的活性高于粉煤灰, 粉煤灰的活性高于石灰石粉。综合来说, 此次试验28d强度有:矿渣试件>基准试件>粉煤灰试件>石灰石粉试件。
2.3 矿物掺合料复掺对机制砂砂浆强度的影响
采用单因素分析方法, 固定使用M10砂浆强度配合比, 基准配比中所掺入的石粉为粉磨45分钟的石粉2#, 比表面积420m2/kg, 等量取代, 测得砂浆抗压强度如图14所示。
石粉掺量固定为10%, 当矿粉掺量从10%递增到20%和30%时, 砂浆28D
强度有明显提高, 由10.4MPa提升到11.9MPa, 再升高到13.1MPa。在同掺量矿粉的情况下, 石粉含量的递增导致强度有规律的递减。当矿粉掺量高达30%时, 尽管掺入了10%的石灰石粉, 其28d强度还是超过了基准配合比。10%矿粉与10%石粉复合的试件与20%矿粉与20%石粉复合的试件28d强度相等, 可能说明了矿粉对砂浆28d强度的增强效应与石粉对28d强度不利效应大致相当, 所以导致强度基本相当, 但它们复合后总体强度 (10.4MPa) 低于基准配比, 刚好达到M10强度等级要求。
粉煤灰试件强度情况与矿渣试件相反, 固定石粉掺量10%, 粉煤灰掺量从10%递增到20%和30%时, 砂浆28天强度逐渐降低, 由10.0MPa降到9.5MPa, 再降到6.7MPa。在同掺量粉煤灰的情况下, 石粉含量的递增同样导致强度有规律的递减。只有在粉煤灰低掺量 (10%及以下) 与石粉低掺量 (10%及以下) 都满足的情况下才能达到M10强度等级的要求, 其他情况由图14所示, 均未达到强度要求。
总体上看, 矿渣与石灰石粉复合制备的砂浆, 其稠度、保水性和强度满足工程实际对砂浆的要求, 且优于粉煤灰与石灰石粉复合制备的砂浆。一方面, 掺有矿渣的砂浆有泌水现象, 但对强度影响较小;另一方面, 石灰石粉有较大的比表面积, 大量微细的石灰石粉颗粒掺入有助于提升砂浆的保水性, 但其对强度有不利影响。综合考虑, 二者复合能起到节约水泥、降低生产成本的作用, 且拌制的砂浆性能符合工程实际的需求。
3 结论
在本论文试验条件下, 得出结论如下:
1) 当矿物掺量由10%向40%递增, 矿渣试件7d强度下降, 28d强度高于基准试件;砂浆流动性提高但保水性降低。
2) 当矿物掺量由10%向40%递增, 粉煤灰试件、石灰石粉试件的7d和28d强度低于基准试件, 石灰石粉试件强度降低尤甚;粉煤灰砂浆流动性先升高而后降低, 以20%或者30%为拐点, 石灰石粉会显著提高砂浆的保水性, 但对砂浆强度有不利影响。
3) 矿渣与石灰石粉复合制备的砂浆, 其稠度、保水性和强度满足工程实际对砂浆的要求, 且优于粉煤灰与石灰石粉复合制备的砂浆。
摘要：研究了磨细石灰石粉、粉煤灰和矿渣掺合料对机制砂砂浆物理力学性能的影响。当矿物掺量由10%向40%递增, 结果表明:矿渣试件7d强度下降, 28d强度高于基准试件;砂浆流动性提高但保水性降低。粉煤灰试件、石灰石粉试件的7d和28d强度低于基准试件, 石灰石粉试件强度降低尤甚;粉煤灰砂浆流动性先升高而后降低, 以20%或者30%为拐点, 石灰石粉会显著提高砂浆的保水性, 但对砂浆强度有不利影响。矿渣与石灰石粉复合制备的砂浆, 其稠度、保水性和强度满足工程实际对砂浆的要求, 且优于粉煤灰与石灰石粉复合制备的砂浆。
关键词：矿物掺合料,机制砂,砂浆,物理力学性能
参考文献
[1]Cai Jiwei (蔡基伟) .Research of Effects and Mechanism of Micro Fines on Manufactured Fine Aggregate Concretes (石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究) [D].Wuhan University of Technology (武汉理工大学) , 2006-11-09
[2]Chen Jialong (陈家珑) .Manufactured sand-A new building sand (人工砂-新型建筑用砂) [J].Gypsum and Cement for Building (建筑石膏与胶凝材料) , 2002
[3]Li Beixing (李北星) , Zhou Mingkai (周明凯) , Tian Jianping (田建平) , Hu Xiaoman (胡晓曼) .Effect of Stone Dust and Fly Ash on Properties of C60High Performance Concrete Containing Manufactured Sand (石粉与粉煤灰对C60机制砂高性能混凝土性能的影响) [J].Journal of Building Materials (建筑材料学报) , 2006 (9) :381-388.
[4]Violeta Bokan Bosiljkov.SCC mixes with poorly graded aggregate and high volume of limestone filler[J].Cement and Concrete Research, 2003, 33 (3) :1279-1286.
[5]Xu Jian (徐健) , Cai Jiwei (蔡基伟) , Wang Jiliang (王稷良) , Zhou Mingkai (周明凯) .Artificial sand and artificial sand concrete research status (人工砂与人工砂混凝土研究现状) [J].Science and Technology of Overseas Building Materials (国外建材科技) , 2004, 25 (3) :20~24.
[6]Li Xinggui (李兴贵) .Use of Man-made Sand with High Content Stone Powder in Concerte (高石粉含量人工砂在混凝土中的应用研究) [J].Journal of Building Materials (建筑材料学报) , 2004, 7 (1) :66-71.
[7]Jiang Jiafen (蒋家奋) .An Introduction to Application of Micro-powder of Granulated Blast Furnace Slag in Concrete (矿物微粉在水泥混凝土中的应用概述) [J].China Concrete and Cement Products (混凝土与水泥制品) , 2002 (3) :3-6.
掺合料混凝土的毛细吸水现象 篇6
对于多孔材料而言,水在材料中的传输,是造成材料性能劣化的主要原因之一。水渗入混凝土中将导致混凝土在冻融循环条件下产生裂缝;随着水分的迁移,水中的某些组分,例如氯离子和硫酸根离子将与水一同进入混凝土中,发生氯盐和硫酸盐腐蚀,使混凝土材料的性能下降[1~2]。
水在材料中的迁移有三种方式:毛细作用,扩散作用及在压力梯度下的渗透。而在非压力作用下,水在混凝土中的扩散是一个相当缓慢的过程,因此毛细作用在混凝中(尤其在未水饱和的混凝土表面附近)是水渗透的主要方式,越来越受到各国学者的关注[3~8]。研究混凝土的毛细作用对研究混凝土的防水性能有重要的意义,然而现阶段对混凝土毛细吮吸作用的试验研究较少,方法也不完善,尤其是还没有建立水渗透深度与时间、单位面积吸水量的关系。且现今多数对毛细吮吸作用的研究局限于多孔混凝土或轻质混凝土,而对高性能混凝土(其内部混凝土毛细管孔径较小)的毛细吮吸作用则研究得不多。
1 毛细作用
一般情况下液体表面是水平的,而液滴、水中气泡的液体表面则是弯曲的。液面可以是凸的,也可以是凹的。在一定外压下,水平液面下的液体所承受的压力就等于外界压力。但弯曲液面下的液体,不仅要承受外界的压力,还有承受因液面弯曲而产生的附加压力。将任何弯曲液面凹面一侧的压力以P外表示,凸面一侧的压力以P内表示,则可将弯曲液面内外的压力差△P称为附加压力,如图1所示。
弯曲液面的附加压力可产生毛细现象。将毛细管垂直的插入某液体中,一般来说毛细管内液面的高度与管外液面的高度不同。由于附加压力△P指向大气,而使凹液面下的液体所承受的压力小于管外水平液面下的压力。在这种情况下,液体将被压入管内,直至上升液柱所产生的静压力ρgh与附加压力△P在数值上相等时,才可以达到力的平衡状态,即:
式中,γ为表面张力,ρ为液体的密度,θ为接触角,r为毛细管半径,h为液体在毛细管中的上升高度。由上式可知在一定温度下,毛细管越细,液体的密度越小,液体对管壁润湿得越好,则液体在毛细管中上升得越高。
2 混凝土毛细吸水试验方案
2.1 试样的制备
成型尺寸为100mm×100mm×100mm的混凝土试件6组,在室温下养护24h后拆模,然后放入标准养护室中,养护到28d取出。用切割机将试样切割成尺寸为100mm×100mm×50mm的试件(共计12块),真空饱水6h后,放入温度为70℃的烘箱中烘干,然后称重,再进行毛细吸水试验,每隔一定的时间间隔测量毛细吸水量和毛细吸水高度。
2.2 测试方法
(1)单位面积吸水量法
已切割的试件烘干后称净重,然后在试件的侧面涂上环氧树脂,再将试件搁放在支棒上,使试件的内表面(切割面)与水接触,水面高出试样不超过5mm,如图2所示。经不同的时间间隔,取出试件,用湿布将试件与水接触面上的多余水分擦去,然后称重,整个过程在30s内完成。
(2)水渗透高度法
试件的处理及浸水与(1)完全相同(图2),但经不同的时间间隔测量的是试件内的渗水高度,测量点数至少5个。其中测量渗水高度的方法可采用:(1)将试样破开测量各点透水高度;(2)埋入电极测电阻的变化,从而确定渗水高度;(3)核磁共振法(主要用于粘土和砂石分析);(4)伽玛射线分析法(吸水量小于5g时使用较好);(5)中子射线分析法。考虑到混凝土材料本身的性能及其吸水性能的特点,采用剖开法测量吸水高度的方法较为简单与合理。
3 试验过程
3.1 原材料
试验原材料包括:P·O42.5水泥(其性能如表1所示)、Ⅱ级粉煤灰(其性能如表2所示)和S95矿粉(28d活性指数98.6%)。
3.2 配合比
试验包括掺入不同比例粉煤灰和矿粉的混凝土,其配合比和28d抗压强度值如表3所示。
4 试验结果
4.1 粉煤灰对混凝土毛细作用的影响
试件经28d养护后进行吸水试验,其毛细吸水量与时间的关系如图3所示,毛细吸水高度与时间的关系如图4所示。
4.2 矿粉对混凝土毛细作用的影响
掺矿粉的混凝土试件养护28d后,进行毛细吸水试验,其毛细吸水量与时间的关系如图5所示,毛细吸水高度与时间的关系如图6所示。
注:1~4表示混凝土编号(见表3)。
注:1~4表示混凝土编号(见表3)。
5 结果分析
从上述试验结果可以看出,混凝土在毛细作用下的吸水过程并不是一个线性的过程,而是一个先增长较快,后趋于平缓直至平衡的过程。从图形上看,毛细吸水过程在前期曲线呈线性增长,后期曲线趋于平缓。
掺加矿物掺合料的混凝土,其毛细吸水量与毛细吸水高度都较不加矿物掺合料的混凝土小。从表3来看,掺加矿物掺合料(等量取代水泥)后,28d强度均有不同程度的降低,表明28d时,矿物掺合料的火山灰反应尚未充分发挥,导致孔隙率增加,孔径变粗,从而强度下降并使毛细吸水高度减小。由于矿物掺合料反应时间延长,毛细吸水过程中的继续火山灰反应需要消耗一定水分,这也可能是导致毛细吸水高度降低的原因。而对毛细吸水量和吸水高度随矿物掺合料的增加而减小,可以解释为:由于矿物掺合料是等量取代水泥,因此,掺合料增加,水泥含量便相应减少,其早期水化时水灰比相应变大,水化产物结构松疏,空隙率及孔隙尺寸变大。因此,在使强度随掺合料增加而下降的同时,也使其吸水高度及吸水量随之下降。
6 结论
(1)混凝土中毛细吸水过程是一个早期吸水速度较快、吸水量较大、曲线呈线性增长,而后期吸水速度降低、吸水量减少、曲线较为平缓的过程。
(2)矿物掺合料的加入,可以改善混凝土内部孔结构,从而有效的降低毛细吸水量和毛细吸水高度。
(3)虽然矿物掺合料的加入可以改善混凝土中的毛细作用,但从毛细吸水高度试验中可以看出,在较短时间内水仍可以渗透到混凝土内相当的深度,说明毛细作用对混凝土自身的防潮性能有很大影响。
(4)试验中,矿物掺合料的火山灰活性并没有充分发挥,当后期火山灰反应深入发展后,混凝土中的孔径分布有何变化?是否会对毛细管吸水现象有所影响,还有待深入研究。
摘要：毛细管吸水是混凝土中水迁移的重要形式之一。本文主要介绍毛细作用的定义,测量毛细吸水的试验方法及矿物掺合料对混凝土毛细作用的影响,并在此基础上提出了提高混凝土防水、防潮性能的方法。试验结果表明粉煤灰和矿粉均对混凝土的毛细效应有改善作用。
关键词：混凝土,毛细作用,水迁移
参考文献
[1]Martys N S,Ferraris C E.Capillary Transport in Mortars andConcrete[J].Cement and Concrete Research,1997,27(5):747-760.
[2]Canan Tasdemir.Combined effects of mineral admixtures and curingcondintions on the sorptivity coefficient of concrete[J].Cement andConcrete Research,2003(33):1637-1642.
[3]M.S.Goual,F.de Barquin etc.Estimation of capillary transportcoefficient of Clay Aerated Concrete using a gravimetric technique[J].Cement and Concrete Research,2000(30):1559-1563.
[4]D.A.Lockington,J.Y.Parlange.Anomalous water absorption in porous materials[J].Journal of Physics,2003(36):760-767.
[5]L.Hanzic,R.Ilic.Relationship between liquid sorptivity and capillaryin concrete[J].Cement and Concrete Research,2003(33):1385-1388.
[6]E.K.Kunhanandan Nambiar,K.Ramamurthy.Sorption characteristicsof foam concrete[J].Cement and Concrete Research,2007(37):1341-1347.
[7]Lulu Basheer etc.Assessment of durability of concrete from itspermeation properties:a review[J].Construction and Building Materials,2001(15):93-103.
[8]周春英,韦江雄等.蒸压加气混凝土砌块的吸水特性研究[J].武汉理工大学学报,2007(4):22-26.
混凝土用复合掺合料及其制备方法 篇7
混凝土用复合掺合料, 其组成及重量百分比为:
焚烧飞灰10%~30%;粉煤灰20%~40%;矿渣微粉30%~50%;天然矿粉5%~15%。
混凝土用复合掺合料的制备方法如下:
按原料组成的百分配比进行称重配料, 分别称取焚烧飞灰、磨细的粉煤灰、矿渣微粉和磨细的天然矿粉, 按传统工艺方法, 将上述各原料放入混合机内, 经充分搅拌混合均匀后, 即得到混凝土用复合掺合料。
由于采用垃圾焚烧飞灰、工业废渣 (粉煤灰、矿渣微粉) 、天然矿粉为主要原料, 因此成本低, 而且生产工艺简单, 有利于工业化生产和推广应用。
在混凝土用复合掺合料中加入城市生活垃圾焚烧飞灰、工业废渣和天然矿粉, 来部分替代水泥, 配制成的高性能混凝土, 不仅能改善混凝土体系的颗粒级配, 使系统的颗粒堆积更加紧密与合理, 从而改善混凝土拌合物流动性、粘聚性、保水性等工作性能, 及硬化混凝土的结构, 确保其安全使用。并能改善混凝土的坍落度、抗硫酸盐性能、抗氯离子渗透性能、抗碳化性能, 以及混凝土的耐久性能。还能节约资源和能源, 再生利用焚烧飞灰, 节约水泥, 有利于环境保护, 改善生态环境。更能稳定固化飞灰中的重金属, 达到降低飞灰中危险成分浸出的目的, 不会对环境造成污染。为生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣的资源化利用开辟了新的途径, 具有较好的社会效益和经济效益。
联系人:杨桂俊
地址:上海市宝岖上大路99号上海大学
新型混凝土掺合料的制备及应用 篇8
随着我国经济的高速发展, 玻璃以其独特的性能广泛应用于建筑、化工、日常生活等国民经济的各个部门, 同时造成废弃玻璃逐年增加。玻璃化学性能稳定, 难以分解, 目前除了很少的一部分可被回收利用外, 更多的废弃玻璃是以废物的形态被抛掷在荒地, 对生态环境造成很大的影响。研究将废弃玻璃磨粉成玻璃粉作为混凝土的掺合料使用, 可有效减少城市固体垃圾, 具有重要的经济效益与环保效益[1,2,3]。
石灰石粉资源丰富, 价格低廉, 其主要成分为碳酸钙, 可参与水泥的水化进程, 超细的石灰石粉掺入混凝土中可以起到填充分散的作用, 可减少内部孔隙率, 提高混凝土的力学性能、抗渗性能及耐久性能。目前, 由于我国大部分混凝土企业生产工艺固定及研发力量薄弱等原因, 石灰石粉在混凝土生产中的应用率还很低。因此, 寻求一种石灰石粉的合理应用方法, 一方面, 可有助于提高混凝土企业的产品质量, 降低原材料单方成本;另一方面, 可减少石灰石粉带来的环境污染, 提高工业废弃物循环利用率, 对促进我国资源的可持续发展具有重要意义[4,5]。
本文以制备一种低需水量、高性能、低成本的环保型新型掺合料为目的, 以替代目前常用的粉煤灰及矿粉材料, 从而显著降低普通混凝土的单方成本, 改善混凝土的和易性, 提高工业废弃物的循环利用率, 具有重要的经济效益与环保效益。
2 原材料
2.1 水泥
本实验所用水泥为湖州南方水泥P.O42.5型, 其标准稠度需水量为25.8%, 28d抗压强度为50.2MPa。
2.2 石灰石粉
本实验所用石灰石粉45μm筛余为0.4%, 其化学成分如表1所示。
2.3 玻璃粉
本实验所用玻璃粉为玻璃瓶废料经研磨充分混匀后, 粉磨至比表面积不小于550m2/kg, 其化学成分如表2所示。
2.4 粉煤灰
本实验用粉煤灰为Ⅱ级灰, 45μm细度为15%、需水比为97%、烧失量为3.8%。
2.5 细集料
细度模数2.7, 表观密度2695kg/m3, 0.15mm以下筛余14.15%。
2.6 粗集料
粒径为5~31.5mm。其他指标符合现行国家标准GB/T14685的要求。
2.7 外加剂
实验用外加剂为浙江五龙新材股份有限公司生产的复合型外加剂, 固含量为21%, 减水率为20%。
3 实验结果与讨论
将玻璃粉、石灰石粉、粉煤灰按40:30:30比例混合均匀, 作为混凝土掺合料取代原有的掺合料进行试配实验, 实验结果如表3、表4所示。
表3及表4的数据显示, 较原有掺合料相比, 在相同用水量的前提下新型掺合料的掺加可以显著增加混凝土初始坍落度, 改善混凝土的和易性能, 提高混凝土后期强度及耐久性能。在初始坍落度相同的情况下, 新型掺合料有助于降低混凝土单方需水量, 从而减少水泥的用量, 节约单方成本。
4 结论
开发利用废弃玻璃、石灰石等工业废料制备新型矿物掺合料, 具有很大的经济价傎及环保效益, 可节能、增产、降低成本。用玻璃粉跟石灰石粉代替部份普通掺合料, 可降低单方混凝土的需水量、增加流动度, 有助于提高混凝土的后期强度及耐久性能, 可降低混凝土单方原材成本。
摘要：掺合料通常具有降低混凝土成本、改善混凝土工作性、提高混凝土物理性能的特点, 本文以制备一种低需水量、高性能、低成本的环保型新型掺合料为目的, 以替代目前常用的粉煤灰及矿粉材料, 具有需水量低、活性高的优点, 可大幅降低混凝土单方原材成本, 提高工业废弃物的循环利用率, 具有重要的经济效益与环保效益。
关键词：玻璃粉,石灰石粉,混凝土,掺合料
参考文献
[1]刘光焰, 秦荣, 王晓峰.废弃玻璃作为混凝土骨料的研究与应用[J].混凝土, 2010 (10) :65-67.
[2]柯国军, 柏纪平, 谭大维.废玻璃用于水泥混凝土的研究进展[J].南华大学学报 (自然科学版) , 2010 (03) :96-97.
[3]赵苏, 李连君, 杨合.废玻璃的再利用研究[J].中国资源综合利用, 2004 (3) :22-24.
[4]陈剑雄, 崔洪涛.掺入超细石灰石粉的混凝土性能研究[J].施工技术, 2004 (4) :39-41.
掺合料 篇9
关键词：复合矿物掺合料,活性指数,检测方法,等体积替代
0 引言
随着高性能混凝土技术在我国大范围地推广, 人们已经逐渐意识到混凝土矿物掺合料的使用已经不仅仅是取代部分水泥、节约能源以及减少工业废渣对环境影响的问题, 它已经成为现代混凝土的重要组成部分, 是提高混凝土耐久性不可或缺的技术手段之一。为此我国相继出台了GBJ 148—1990《粉煤灰混凝土应用技术规范》、JG/T 3048—1998《混凝土和砂浆用天然沸石粉》、GB/T 18046—2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》、GB/T 18736—2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》、CECS 207:2006《高性能混凝土应用技术规程》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》等一系列规范及标准, 对矿物掺合料的生产、使用起到了积极的促进作用。因不同矿物掺合料复合掺配使用会产生相互补充促进的作用, 更能有效地提高混凝土的性能以及经济效益。所谓的复合矿物掺合料是指由2种或2种以上矿物掺合料按一定比例复合后的粉体材料, 由此产生了胶凝材料的复合效应, 如诱导激活效应、表面微晶化效应和界面耦合效应等, 克服了单一矿物掺合料的诸多不足, 大量实验证实, 由粉煤灰和矿渣等矿物构成的复合矿物掺合料替代一定数量水泥时, 水泥胶砂抗压强度甚至可以比其中任何一种单独使用还能提高15%以上, 利用不同性能掺合料配制具有不同功能的复合矿物掺合料, 拌制不同性能要求的混凝土, 如抗渗混凝土、抗裂混凝土等。所以, 矿物掺合料复合使用必将会成为混凝土掺合料技术今后的发展方向, 为此, 如何生产和合理使用复合矿物掺合料提出了更高的技术要求。
可以预期, 未来混凝土生产要充分有效地运用复合矿物掺合料技术, 解决提高混凝土性能与生产效益的矛盾, 但在推广和使用复合矿物掺合料时, 存在一个长期困扰混凝土技术工作者的问题, 即如何合理评定复合矿物掺合料的活性指数, 目前世界各国普遍采用单一矿物掺合料的活性指数检测方法来检测复合矿物掺合料活性指数, 常用的做法是将符合ISO的胶砂强度试件与掺有一定复合矿物掺合料以等质量取代水泥的胶砂试件的抗压强度相比, 以这2个强度的比值定义为复合矿物掺合料活性指数, 因为复合掺合料的密度波动幅度很大, 所以按规定质量的矿物掺合料掺入水泥评定复合掺合料活性不够合理, 特别是密度变化幅度很大的掺合料如粉煤灰, 在日本标准中, 活性试验胶浆是粉煤灰等质量取代25%水泥。在英国标准中试验方法要求粉煤灰等质量取代30%水泥。美国标准ASTM C 311要求等体积取代35%的水泥 (如果粉煤灰密度在2.2~2.3 g/cm3, 等量取代25%) , 在法国标准中试验方法要求火山灰等质量取代25%。美国粉煤灰掺合料活性检测标准中, 考虑了因粉煤灰密度的不同代替水泥而采用规定体积是合理的。至于复合矿物掺合料因其密度变化更具有不确定性, 所以至今未见复合矿物掺合料活性指数的检测方法的相关报道。
1 等体积替代水泥检测复合矿物掺合料活性指数的可行性
目前我国矿物掺合料规范介绍活性指数的检测方法具体为:粉煤灰等质量取代30%水泥, 矿渣等质量取代50%水泥制备胶砂试件, 与不掺矿物掺合料的水泥胶砂试件的标准抗压强度进行比较得到。目前我国还没有出台复合矿物掺合料活性指数的检测方法, 这主要是因为采用等质量取代水泥检测复合矿物掺合料活性指数的做法不符合实际, 复合矿物掺合料的表观密度变化幅度较大, 在掺入相同质量矿物掺合料时胶浆体积却大不相同, 故不能客观地评定出复合矿物掺合料的活性指数, 进而影响复合矿物掺合料相关规范的制定和推广, 如电厂粉煤灰的密度可以在很大范围内 (2.0~2.6 g/cm3) 波动, 在掺入相同质量粉煤灰135 g (即等质量取代30%水泥) 时, 因粉煤灰密度的不同掺入的粉煤灰体积分别为67.5 cm3和52.0 cm3, 若以52.0 cm3为基准两者相差29.8%, 以67.5 cm3为基准两者相差23.0%, 所以评定掺有粉煤灰等的复合矿物掺合料的活性指数, 采用掺入规定质量复合矿物掺合料检测其活性指数的方法不够合理, 由于矿物复合掺合料代替水泥的本质主要是利用矿物掺合料的活性及填充效应, 由掺有矿物掺合料的水泥石扫描电镜照片里可以了解到, 水泥石中的矿物掺合料仅在矿物掺合料颗粒外表面很薄的表面层与水泥浆体中的碱性溶液发生水化反应生成一系列针状水化产物, 针状水化晶体包裹层随时间而不断增加而密实, 保证了硬化水泥石的强度不倒缩, 从而取得了替代水泥的效果。复合矿物掺合料的组成不同其密度也不同, 若复合矿物掺合料采用同样的质量替代水泥, 必然会导致胶浆体积不同, 因此用不同体积的胶浆制备胶砂试件来评定复合矿物掺合料的活性指数不够合理, 这也可能是我国至今还没有出台关于复合矿物掺合料应用技术规范的原因之一。
为了说明等体积法和等质量法检测复合矿物掺合料活性指数的不同, 可以假设复合矿物掺合料A由90%的粉煤灰和10%的矿渣组成, 复合矿物掺合料B由10%的粉煤灰和90%的矿渣组成, 这2种复合矿物掺合料均符合我国目前关于复合矿物掺合料的定义。
若复合矿物掺合料均采用等质量取代50%水泥来评定这2组复合掺合料的活性指数, 实际上掺入的复合掺合料体积相差很大。假设粉煤灰的表观密度为2.2 g/cm3, 矿渣的表观密度为2.8 g/cm3, 硅酸盐水泥的表观密度为3.1 g/cm3, 水泥用量按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO) 法》规定的450 g计算。
复合矿物掺合料A的体积:450×45%÷2.2+450×5%÷2.8=100.0 cm3;复合矿物掺合料B的体积:450×45%÷2.8+450×5%÷2.2=82.5 cm3。这2组复合掺合料产生17.5 cm3的体积差别, 若以实际替代的水泥体积:450×50%÷3.1=72.5 cm3, 则造成的相对体积差异可达24.1%, 存在这样大的体积差异依然采用等质量取代水泥评定复合掺合料活性指数显然不够合理。若复合矿物掺合料采用等体积替代水泥来评定复合掺合料的活性指数则可以很好地解决上述问题。
按目前规范要求的粉煤灰活性指数检测时, 粉煤灰按水泥质量的30%替代水泥评定掺合料活性指数, 细磨矿渣活性指数检测时, 细磨矿渣按水泥质量的50%替代水泥评定掺合料活性指数, 一般会认为矿渣的活性指数相对较高, 但如果换成等体积替代水泥计算, 则两者的体积相差就不那样大了, 这里也假定粉煤灰的表观密度为2.2 g/cm3, 矿渣的表观密度为2.8 g/cm3, 掺入水泥50%质量的矿渣225 g, 掺入水泥50%质量的矿渣体积225/2.8=83.3 cm3, 掺入水泥30%质量的粉煤灰135 g, 掺入水泥30%质量粉煤灰的体积135/2.2=61.3 cm3。两者的质量差相差40%, 体积差相差26%, 所以能进一步说明按等体积替代水泥检测掺合料活性指数更符合客观实际情况。
2 矿物掺合料活性指数检测的具体方法
检测混凝土复合矿物掺合料活性指数, 可以具体通过以下技术方法实现。首先制备对比胶砂试件和受检胶砂试件。对比胶砂试件按GB/T 17671—1999制备, 将胶砂试件放在标准养护箱内养护28 d后测试胶砂强度。受检胶砂试件首先按GB/T 208—1994《水泥密度测定方法》测试所用水泥的密度dC (g/cm3) 及复合矿物掺合料的密度dF (g/cm3) 。设复合矿物掺合料替代水泥体积为X%时, X的取值范围为水泥体积的30%~50%, 则受检胶砂试件的水泥用量为450× (1-X) %, 复合矿物掺合料用量为450g×X%×dF/dC。按GB/T 17671—1999制备受检胶砂试件, 按GBT 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试胶砂流动度, 控制拌合用水量使胶砂流动度在 (180±2) mm, 采用符合此流动度范围的胶砂用水量为受检胶砂试件拌合用水。在标准养护箱内养护28 d, 分别测试对比胶砂试件抗压强度R0及受检胶砂试件抗压强度R1, 复合矿物掺合料活性指数K=R1/R0。
以复合矿物掺合料代替水泥体积40%为例, 介绍等体积法检测混凝土复合矿物掺合料活性指数的方法。按上述方法, 测得硅酸盐水泥的密度dC=3.15 g/cm3, 复合矿物掺合料的密度dF=2.47 g/cm3。称量450× (1-40%) =270 g硅酸盐水泥及复合矿物掺合料450 g×40%×2.47/3.15=141 g, 加入235g水, 搅拌成型制得胶砂试件。标准养护28 d后, 对比胶砂试件实测抗压强度R0为47.7 MPa, 受检胶砂试件的实测抗压强度R1为45.3 MPa, 所以, 复合矿物掺合料的活性指数K=R1/R0=0.95。
3 实验检验及分析
为比较复合矿物掺合料活性指数检测采用等质量代替水泥与等体积代替水泥方法的不同, 用粉煤灰和矿渣粉按不同比例配制出不同性质的复合矿物掺合料, 按水泥质量50%替代水泥以及按水泥体积50%替代水泥, 进行验证实验。
实验材料:试验用硅酸盐水泥28 d抗压强度42.5 MPa, 抗折强度8.1 MPa, 密度3.1 g/cm3;矿渣粉密度2.8 g/cm3;粉煤灰密度2.33 g/cm3。制备复合矿物掺合料所需的粉煤灰和矿渣比例分别为1∶1、4∶1、1∶4、3∶7、6∶4、4∶6。试验时调整用水量使流动度基本不变的前提下成型, 经标准条件养护到28 d时测试强度, 计算活性指数, 结果分别见表1、表2。
从表1、表2可以看出, 采用不同比例配制的复合掺合料活性指数多大于其单掺时的活性指数, 具有明显的超叠加效应。
随复合掺合料配制比例的不同, 采用等质量和等体积替代水泥测试复合掺合料的活性指数也有波动, 但采用等体积代替水泥测得的活性指数波动幅度较小, 计算其标准差为0.0864, 小于等质量代替水泥测得的活性指数标准差0.123。以等质量代替水泥测得的活性指数为基准, 两者相差30%, 从而证明了采用等体积代替水泥测定复合掺合料的活性指数更稳定、更具合理性。
4 结语
采用等体积替代水泥检测复合矿物掺合料活性指数的方法, 可以解决多年来困扰人们如何合理评定混凝土复合矿物掺合料活性指数的问题, 解决了复合矿物掺合料因其密度波动的不确定性至今没有适合复合矿物掺合料活性指数的检测方法, 解决了等质量替代水泥检测复合矿物掺合料活性指数不符合实际的问题, 有利于复合矿物掺合料相关规范的制定和复合矿物掺合料的推广应用, 克服了单一矿物掺合料检测方法的诸多不足, 方便了混凝土配合比的计算与调整, 为复合矿物掺合料应用技术规范的制定奠定了技术基础。
综合等体积替代水泥检测复合矿物掺合料活性指数方法的优点有:
(1) 采用等体积替代法检测复合矿物掺合料活性指数有利于复合矿物掺合料产品标准的建立, 有利于促进复合矿物掺合料工业化生产和推广应用。有利于配制不同性能要求的混凝土专用复合矿物掺合料。
(2) 因可利用的矿物掺合料种类太多, 不便一一建立标准, 但有了复合矿物掺合料标准则可以充分利用各类资源, 包括那些低活性掺合料如煤矸石、油页岩渣、硅藻土、沸腾炉渣等, 甚至可以是基本没有活性的石英砂、硅灰石、各种工业尾矿等都有可能被综合利用。
(3) 采用等体积替代法检测复合矿物掺合料活性指数方法, 可以统一目前各种矿物掺合料活性指数的检测方法, 使各种矿物掺合料的活性具有可比性。
参考文献
[1]DBJ/T 01-64—2001, 矿物掺合料应用技术规范[S].
[2]孙梨, 钱太行, 张晔.矿渣微粉基复合掺合料的试验研究[J].混凝土, 2009 (6) :77-79.
[3]阮炯正.混凝土掺合料应用和生产技术研究[J].建筑技术, 2012 (1) :12-14.