復(fù)合粉膠凝材料在混凝土中的應(yīng)用研究

張麗，董昕，周濤，袁棕

(華新混凝土骨料事業(yè)部，武漢 430073)

摘要：試驗(yàn)將“礦渣粉+石灰石粉”、“礦渣粉+鋼渣粉+石灰石粉”按照不同比例進(jìn)行粉磨加工，形成兩種具有較高活性、可取代礦粉作為礦物摻合料的新型復(fù)合粉。該文通過(guò)對(duì)兩種試驗(yàn)結(jié)果顯示，Ⅰ、Ⅱ型復(fù)合粉材料用于配制混凝土將不同程度地提高減水劑摻量，然而其強(qiáng)度均優(yōu)于以礦粉配制的基準(zhǔn)組混凝土，其中使用Ⅱ型復(fù)合粉的混凝土強(qiáng)度最高，且混凝土保坍性能較好，新型復(fù)合粉膠凝材料取代礦粉具有良好的可行性。

關(guān)鍵詞：復(fù)合粉；石灰石粉；鋼渣粉；工作性能；力學(xué)性能

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.007

Abstract:The test blended "slag and limestone powder","slag and steel slag powder and limestone powder" with the different ratio of grinding process to produce two kinds of high activity new composite powder that can replace the slag as mineral admixture. Through the display of the two kinds of test results, type Ⅰ and Ⅱ composite powder material for the preparation of concrete will be different to improve the degree of the water reducing agent dosage, however, the strength of concrete with mineral powder is better than the reference group with concrete strength, the use of type Ⅱ composite powder is the highest, and the concrete slump retains good performance.The new composite cementitious material to replace mineral powder has good feasibility.

收稿日期：2015-04-24.

作者簡(jiǎn)介：張麗(1981-)，工程師.E-mail:zhangli_hnt@huaxincem.com

Application of Composite Cementitious Material in Concrete

ZHANGLi,DONGXin,ZHOUTao,YUANZong

(Huaxin Concrete and Aggregate Business Department, Wuhan 430073, China)

Key words:composite powder;limestone powder;slag powder;work performance;mechanical properties

隨著混凝土工程的發(fā)展，對(duì)于礦渣粉及粉煤灰等傳統(tǒng)礦物摻合料的需求量日益高漲，已出現(xiàn)供不應(yīng)求的趨勢(shì)，如何在現(xiàn)有形勢(shì)下尋找合格的替代性摻合料已成為當(dāng)務(wù)之急[1]。該文就新型復(fù)合粉的制備及其替代傳統(tǒng)礦物摻合料(礦粉、粉煤灰)應(yīng)用于不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的各項(xiàng)性能影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，以對(duì)新型復(fù)合粉生產(chǎn)工藝提出優(yōu)選方案，同時(shí)探討新型復(fù)合粉應(yīng)用于混凝土的可行性。

1試驗(yàn)

1.1　原材料

1)水泥：黃石華新PO 42.5水泥，3 d抗壓強(qiáng)度30.2 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度61.2 MPa；

2)粉煤灰：陽(yáng)邏Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度15.0%，需水量比102%，燒失量2.1%，28 d活性71%；

3)礦粉：湘鋼S95礦粉，7 d活性77%，28 d活性106%；

4)碎石：陽(yáng)新骨料5～25 mm連續(xù)級(jí)配；

5)河砂：巴河河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.7%；

6)減水劑：西卡聚羧酸減水劑，含固量22.6%。

1.2　方法及試驗(yàn)設(shè)備

1)國(guó)標(biāo)中尚未有復(fù)合粉類材料的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，故文中對(duì)于復(fù)合粉的活性檢測(cè)參考《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》GB/T 18046—2008進(jìn)行；

2)混凝土的制備、坍落度與擴(kuò)展度測(cè)定方法，均按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080—2002)進(jìn)行。成型試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，分別測(cè)定其3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度；

3)混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)采用英國(guó)ELE ADRAuto-3000全自動(dòng)多功能混凝土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)。

2新型復(fù)合粉配料方案優(yōu)選

普通粉煤灰材料的自身活性有限，其與其他惰性粉體材料復(fù)合粉磨后亦無(wú)法得到較高的水化活性，該文選取礦粉與石灰石粉、鋼渣粉按照不同比例摻配后進(jìn)行粉磨[2，3]，來(lái)實(shí)現(xiàn)新型膠凝材料具有較高的活性以取代礦粉在混凝土中的應(yīng)用，同時(shí)降低混凝土生產(chǎn)成本。

2.1?、裥蛷?fù)合粉—“礦粉+石灰石粉”試驗(yàn)研究

在“礦粉+石灰石粉”制備Ⅰ型復(fù)合粉試驗(yàn)中，采用水渣與石灰石粉混合后進(jìn)行粉磨，石粉摻量從5%逐漸增至12.5%。

表1中試驗(yàn)結(jié)果可知，石粉摻量低于12.5%時(shí)，隨著石粉的摻入對(duì)于Ⅰ型復(fù)合粉的7 d活性均有改善作用，而就Ⅰ型復(fù)合粉28 d活性而言，隨著石粉摻量的提高，28 d活性呈現(xiàn)出逐步降低的趨勢(shì)，這主要由于石灰石粉顆粒較小，具有一定的微集料效應(yīng)，在水化初期填補(bǔ)了水泥與礦粉水化產(chǎn)物間的空隙，使得早期強(qiáng)度均有不同程度改善，然而石灰石粉自身并無(wú)水化活性，故對(duì)于膠凝材料體系28 d的強(qiáng)度增長(zhǎng)并無(wú)直接貢獻(xiàn)[4]。

表1?、裥蛷?fù)合粉制備試驗(yàn)

通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果，1-3配比方案在石粉摻量為10%情況下，Ⅰ型復(fù)合粉7 d活性及28 d活性均滿足S95級(jí)礦粉的活性要求，故優(yōu)選其進(jìn)行后續(xù)應(yīng)用與混凝土的性能研究。

2.2?、蛐蛷?fù)合粉—“礦粉+鋼渣粉+石灰石粉”試驗(yàn)研究

由于鋼渣本身易磨性較差，為使復(fù)合粉的整體顆粒粒度分布較為均一，宜添加部分石灰石粉進(jìn)行改善，在“礦粉+鋼渣粉”制備Ⅱ型復(fù)合粉試驗(yàn)中，采用水渣、鋼渣粉及石灰石粉混合后進(jìn)行粉磨，石粉摻量固定為5%，鋼渣粉摻量由5%逐漸增至12.5%。

表2中試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)比0、2-1及2-2配比方案，在固定鋼渣粉摻量為5%情況下，配合2-1未摻入石灰石粉的情況下對(duì)于Ⅱ型復(fù)合粉早期的活性并無(wú)改善作用(低于基準(zhǔn)配合比)，而隨著礦粉摻量的降低，28 d活性亦有所削弱。

表2　Ⅱ型復(fù)合粉制備試驗(yàn)

對(duì)比2-1與1-1、2-2與1-3、2-3與1-4，在礦粉摻量相同的情況下，摻入鋼渣粉的配料方案，其28 d活性均高于僅摻加石灰石的方案，這主要由于鋼渣粉自身有一定水化活性，加上石灰石粉的填充效應(yīng)，使得礦粉摻量相同情況下的Ⅱ型復(fù)合粉活性要高于Ⅰ型復(fù)合粉[5]。

通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果，2-3配比方案在鋼渣粉摻量為7.5%，石粉摻量為5%情況下，Ⅱ型復(fù)合粉其活性均滿足S95級(jí)礦粉的活性要求，亦優(yōu)選其進(jìn)行后續(xù)應(yīng)用與混凝土的性能研究。

2.3　復(fù)合粉粒度分析

由上述粒度分析結(jié)果可知，在配合比2-3中摻入了5%鋼渣粉后，膠凝材料整體的粒度分布較配合比1-3更為均勻，根據(jù)緊密堆積理論[6,7]，各粒徑范圍的微集料顆粒互相填充，形成了密實(shí)度更高的整體結(jié)構(gòu)，提高膠凝材料體系強(qiáng)度，此與膠凝材料活性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果一致。

表3　粒度分布狀況

3新型復(fù)合粉應(yīng)用于混凝土中的性能影響研究

將優(yōu)選的“1-3” Ⅰ型復(fù)合粉及“2-3” Ⅱ型復(fù)合粉作為礦物摻合料替代混凝土中的礦粉應(yīng)用于不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土配合比，以研究該類型復(fù)合粉的適應(yīng)性。試驗(yàn)對(duì)于同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土，在其他原材料相同的情況下，配合比中僅變更不同類型復(fù)合粉產(chǎn)品，通過(guò)調(diào)整外加劑摻量使得混凝土達(dá)到基本相同的出機(jī)工作狀態(tài)，以考察不同類型復(fù)合粉對(duì)于外加劑的吸附影響[6]。

試驗(yàn)針對(duì)不同生產(chǎn)工藝礦粉對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)(C30及C50)混凝土的工作性能及力學(xué)性能影響，采取了以下對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)—。

表4　不同類型復(fù)合粉的工作性能影響試驗(yàn)

表5　強(qiáng)度結(jié)果

1)混凝土工作性能影響結(jié)果—同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土，采用“礦粉”配制的混凝土，對(duì)于外加劑需求量最小，且1 h后坍落度損失最小[8]。對(duì)于C30混凝土配合比，在外加劑摻量相同的情況下，“Ⅰ型復(fù)合粉”與“Ⅱ型復(fù)合粉”配制的混凝土初始工作性能基本一致，而采用“Ⅱ型復(fù)合粉”配制的混凝土保坍性能較好；對(duì)于C50混凝土配合比，混凝土1 h坍落度損失均較小，在采用“礦粉”情況下所需外加劑摻量最小，采用“Ⅱ型復(fù)合粉”的外加劑用量其次，而采用“Ⅰ型復(fù)合粉”情況下外加劑用量最大，經(jīng)濟(jì)性最差。

2)混凝土力學(xué)性能影響結(jié)果—對(duì)于C30混凝土而言，采用“Ⅱ型復(fù)合粉”配制的混凝土強(qiáng)度表現(xiàn)最好，其次為“Ⅰ型復(fù)合粉”，而采用傳統(tǒng)“礦渣粉”配制的混凝土強(qiáng)度表現(xiàn)則最差。

對(duì)于C50混凝土而言，由于“Ⅰ型復(fù)合粉”配合比下的外加劑摻量最高，故對(duì)于3 d強(qiáng)度的有一定影響，而采用“Ⅱ型復(fù)合粉”配合比的全齡期強(qiáng)度均高于采用傳統(tǒng)“礦渣粉”配制的混凝土，28 d強(qiáng)度從低到高排序依次為“礦粉”-“Ⅰ型復(fù)合粉”-“Ⅱ型復(fù)合粉”。

4結(jié)論

a.為保障復(fù)合粉活性以取代礦粉作為摻合料，對(duì)于Ⅰ型復(fù)合粉宜采用“礦粉(90%)+石粉(10%)”配制方案，而Ⅱ型復(fù)合粉宜采用“礦粉(87.5%)+鋼渣粉(7.5%)+石粉(5%)”配制方案。

b.傳統(tǒng)礦渣粉配制的混凝土外加劑用量最小，坍落度損失較??；Ⅰ型復(fù)合粉配制的混凝土外加劑用量較高，保坍性能較差，后期強(qiáng)度發(fā)展優(yōu)于傳統(tǒng)礦渣粉；Ⅱ型復(fù)合粉配制的混凝土外加劑用量亦高于傳統(tǒng)礦粉，而保坍性能要優(yōu)于Ⅰ型復(fù)合粉。

c.采用Ⅱ型復(fù)合粉配制的混凝土各齡期下的強(qiáng)度均最優(yōu)且具有較大的富裕系數(shù)，其次為Ⅰ型復(fù)合粉，而采用礦粉條件下的混凝土強(qiáng)度最低，在相同強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)要求下，采用復(fù)合粉有較大的膠凝材料優(yōu)化調(diào)整空間，可適當(dāng)降低材料用量、節(jié)約生產(chǎn)成本。

d.從以上試驗(yàn)研究結(jié)果可初步判定兩種復(fù)合粉均可用于混凝土的生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)配合比的適當(dāng)調(diào)整可以滿足工作性能及強(qiáng)度的要求，其中Ⅱ型復(fù)合粉整體性能更優(yōu)，至于新型復(fù)合粉取代傳統(tǒng)礦渣粉是否能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，則需要根據(jù)各地的資源情況、材料價(jià)格進(jìn)行核算。

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