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        多種礦物摻合料復(fù)合在商品混凝土的應(yīng)用研究

        2018-07-09 02:13:14李金君
        商品混凝土 2018年6期
        關(guān)鍵詞:礦粉膠凝外加劑

        李金君

        (哈爾濱長城宏業(yè)建筑材料有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000)

        0 引言

        近些年,隨著商品混凝土的日益發(fā)展,混凝土的施工性能和耐久性能越來越受到廣泛的關(guān)注。因而礦物摻合料的應(yīng)用就成為必然之趨,由于受限于礦物摻合料品質(zhì)的優(yōu)劣和本身性能,單一摻加可能無法滿足混凝土的性能要求,于是就出現(xiàn)了兩種或多種摻合料的復(fù)合使用,復(fù)合摻加在一定條件下不但提高了混凝土的各項性能指標(biāo),還對工業(yè)廢料的綜合應(yīng)用、節(jié)能減排起到了很好的作用。

        本研究通過不同水泥、多種礦物摻合料的比對試驗,探討多種礦物摻合料復(fù)合所帶來的效果。試驗環(huán)境溫度:20%,相對濕度:32%。

        1 原材料

        1.1 水泥

        (1)黑龍江冀東水泥有限公司 P·O42.5水泥,比表面積 370m2/kg,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 25%,初凝時間198min,終凝時間 258min,3d 抗壓強(qiáng)度 25.0MPa,28d抗壓強(qiáng)度 51.2MPa,脫硫石膏摻量 5%,混合材品種有礦渣、石灰石和砂巖。

        (2)遼源金剛水泥有限公司 P·O42.5 水泥,比表面積 410m2/kg,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 30%,初凝時間150min,終凝時間 258min,3d 抗壓強(qiáng)度 26.5MPa,28d抗壓強(qiáng)度 46.1MPa,氟石膏摻量 3.5%,混合材品種有礦粉、石灰石、爐渣和粉煤灰。

        1.2 摻合料

        (1)粉煤灰,產(chǎn)地浩良河,細(xì)度 18%,需水量比97%,燒失量 2.0%。

        (2)礦粉,產(chǎn)地吉林東晟,比表面積 426m2/kg,流動度比 113%,28d 活性指數(shù) 97%。

        (3)稻殼灰,產(chǎn)地佳木斯,密度 2200kg/m3,28d活性指數(shù) 115%。

        (4)沸石粉,產(chǎn)地阿城區(qū)蜚克圖鎮(zhèn),細(xì)度 6%,需水量比 117%,28d 活性指數(shù) 98%。

        1.3 砂

        (1)產(chǎn)地浩良河,Ⅱ區(qū)中砂,細(xì)度模數(shù) 2.8,含泥量 0.8%。

        (2)產(chǎn)地阿城區(qū)阿什河,Ⅱ區(qū)中砂,細(xì)度模數(shù)2.3,含泥量 2.8%。

        1.4 碎石

        產(chǎn)地國強(qiáng)采石場,5~31.5mm 連續(xù)粒級(5~16mm 60%,16~31.5mm 40%),針片狀顆粒含量 8%,壓碎值指標(biāo) 5.7%。

        1.5 減水劑

        生產(chǎn)廠家哈爾濱中交土木工程材料有限公司,TCJO1 聚羧酸減水劑,減水率 30%。

        2 材料之間的相容性

        對于“相容性”,GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中是這樣定義的:即含減水組分的混凝土外加劑與膠凝材料、骨料、其他外加劑相匹配時,拌合物的流動性及其經(jīng)時變化程度。

        這里的相容性,可以從以下幾個方面來考慮:(1)減水劑與水泥的相容性;(2)減水劑與膠凝材料的相容性;(3)減水劑與骨料之間的相容性。

        2.1 減水劑與水泥的相容性

        作為最主要的膠凝材料,水泥在整個混凝土體系內(nèi)永遠(yuǎn)承擔(dān)著最主導(dǎo)的作用,無論是礦物成分還是其物理指標(biāo)。眾所周知,硅酸鹽水泥熟料的四種礦物成分有硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)、鐵鋁酸四鈣(C4AF),它們對外加劑吸附性能依次為 C3A>C4AF>C3S>C2S ,可以看出,鋁酸三鈣的水化反應(yīng)速度最快,吸附性也最強(qiáng),對于相容性影響最為明顯,因此商品混凝土中應(yīng)盡量選用鋁酸三鈣含量較低的水泥。一般,水泥熟料中鋁酸三鈣的范圍 8% 以內(nèi)。經(jīng)檢測,金剛水泥鋁酸三鈣含量為 9.69%,冀東水泥為 7.0%。

        為了控制鋁酸三鈣的水化和凝結(jié)硬化速度,水泥中必須加入適量石膏,石膏的品種和摻量也是影響水泥與外加劑相容性的重要因素。石膏常分為天然類和工業(yè)類,二水石膏屬于天然類,氟石膏、瑩石膏、脫硫石膏屬于工業(yè)類。試驗證明,摻加二水石膏的水泥樣品各項性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn),效果最好,而工業(yè)石膏與二水石膏相比,對混凝土凝結(jié)時間和強(qiáng)度都會有不同程度的影響。而由于資源的過度開采,天然石膏日趨減少,大多數(shù)水泥廠都通過試驗,將天然石膏與工業(yè)石膏按一定比例復(fù)合使用,這樣既保證了水泥的各項性能,還可以改善與外加劑的相容性,不失為一個好的做法。表 1 是兩種水泥與減水劑相容性試驗的比對試驗。

        表 1 兩種水泥與減水劑相容性試驗的比對試驗

        試驗中,冀東水泥所加的水量和減水劑量都較金剛水泥要少,但砂漿擴(kuò)展度值確明顯更好,可以看出兩種水泥與外加劑的相容性比對,冀東水泥更好。

        2.2 減水劑與膠凝材料的相容性

        混凝土中水泥和活性礦物摻合料總稱為膠凝材料,活性礦物摻合料是以硅、鋁、鈣等一種或多種氧化物為主要成分,能與水泥水化反應(yīng)生成的氫氧化鈣[Ca(OH)2] 進(jìn)行二次水化,生成具有膠凝能力的水化產(chǎn)物,如粉煤灰、?;郀t礦渣粉、沸石粉、硅灰、稻殼灰等都屬于活性礦物摻合料。粉煤灰是應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)廢棄物,它不但作為混凝土中的摻合料,還可以作為混合材加入水泥當(dāng)中。其主要成分為 SiO2、Al2O3和Fe2O3,還伴有未燃盡的碳和其他雜質(zhì),是一種非均質(zhì)性物質(zhì),如果煤種不好,燃燒不完全,雜質(zhì)含量就會偏高,不但增加混凝土的單位用水量,還對減水劑有一定的吸附,從而使其與減水劑之間的相容性變差,影響混凝土的流變性及耐久性能。和粉煤灰相比,礦粉的主要化學(xué)成分為 SiO2、Al2O3和 CaO,具有較高的活性,所以優(yōu)質(zhì)礦粉不僅可以等量取代水泥,而且使混凝土的各項性能獲得顯著改善,如表 2。

        表 2 砂漿工作性能

        由此可見,粉煤灰的摻入一定程度改善了砂漿的擴(kuò)展度,但隨著礦粉的加入,雙摻之后與外加劑的相容性更好,對于單獨使用水泥所帶來的不利影響已經(jīng)明顯弱化了。通過圖 1 可以更加直觀的反應(yīng)出來。

        圖 1 雙摻粉煤灰和礦粉后水泥與外加劑的相容性

        對于金剛水泥,單摻粉煤灰,砂漿初始擴(kuò)展度由原來的 351mm 增加到 355mm,而 1h 后 265mm 增加到308mm;而粉煤灰和礦粉雙摻,砂漿初始擴(kuò)展度達(dá)到368mm,1h 后為 353mm。砂漿的 1h 擴(kuò)展度損失由原來的 86mm 減小到最終的 15mm,可以看出雙摻粉煤灰和礦粉使得外加劑也發(fā)揮了最大的效果。

        諸如沸石粉、稻殼灰,由于本身的化學(xué)成分和具有更大的比表面積,復(fù)合使用可與外加劑更好的融合,所以在混凝土中作用不言而喻。

        3 混凝土試驗

        3.1 膠凝材料抗壓強(qiáng)度

        對于配合比設(shè)計中最重要的參數(shù),水膠比決定著混凝土的一系列相關(guān)性能,如膠凝材料總量、拌合物性能、力學(xué)性能以及長期和耐久性能等。而在確定水膠比之前,膠凝材料的抗壓強(qiáng)度是一項關(guān)鍵指標(biāo)。表 3 是摻合料在不同摻量情況下 28d 抗壓強(qiáng)度。

        表 3 混凝土抗壓強(qiáng)度

        由表 3 可知,加入 20% 的粉煤灰 28d 活性指數(shù)為90%,粉煤灰和礦粉各摻 10% 達(dá)到 103%,可見礦粉更有利于后期強(qiáng)度的增長;而當(dāng)粉煤灰 20%、礦粉 10%比例時,活性指數(shù)也可達(dá)到 90%,對比粉煤灰 20% 的摻量可以得出,礦粉在一定條件下是可以等量取代水泥的。而隨著稻殼灰和沸石粉的再次摻入,四種礦物摻合料同時使用,雖然水泥用量再減少,但 28d 的活性指數(shù)反而略有提高,可見,活性礦物摻合料相互之間的匹配性良好,可以取長補(bǔ)短,共同作用。

        3.2 配合比試驗

        通過上述一系列試驗,確定了 6 個配合比,其中C30 為 3 組,C50 為 3 組。在水膠比和減水劑摻量相同的條件下,找出不同品種水泥、不同種類礦物摻合料對于混凝土的各種性能的影響。表 4 為實驗室配合比。

        表 4 混凝土實驗室配合比 k g/m3

        配合比中 3 組 C30 水膠比為 0.42,減水劑摻量均為1.5%;3 組 C50 水膠比為 0.32,減水劑摻量均為1.7%,分別按 20L 進(jìn)行試配,測得混凝土拌合物各項性能詳見表 5。試驗室條件:環(huán)境溫度 20%,相對濕度32%。由表 5 可知,在相同條件下,四種礦物摻合料同時摻加,混凝土拌合物在坍落度、擴(kuò)展度、粘聚性以及保水性上都有了很好的改觀,含氣量明顯減小,而密實度也相對增加,凝結(jié)時間也無異常?;炷恋牧W(xué)性能和長期耐久性見表 6。

        表 6 混凝土力學(xué)與耐久性能

        混凝土拌合物好,密實度高、體積穩(wěn)定性越好,力學(xué)性能以及長期和耐久性能就越好,尤其四種礦物摻合料復(fù)合摻加,無論是抗壓強(qiáng)度,還是抗?jié)B、抗凍和抗氯離子滲透性能都有了很大的提高。

        4 結(jié)論

        多種礦物摻合料復(fù)合摻加:

        (1)改進(jìn)了膠凝材料與外加劑之間的相容性;(2)使混凝土拌合物性能得以改善;

        (3)混凝土力學(xué)性、長期和耐久性能有了明顯的提高。

        綜上所述,活性礦物摻合料以其化學(xué)成分、本身的活性及相互之間的互補(bǔ)性,通過一定的比例加入混凝土中,最大程度的發(fā)揮了彼此的效應(yīng),不僅提高了混凝土的品質(zhì),另外對節(jié)約成本、節(jié)能減排也起到了很大的調(diào)節(jié)作用,未嘗不是一個好的出路。

        表 5 混凝土拌合物性能

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