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磨細石粉在混凝土中的應用

發布日期:2017/4/26 10:56:07瀏覽次數:456

                                                                                       磨細石粉在混凝土中的應用

[摘   要]本文著重研究了磨細石粉作為摻合料在混凝土中的應用,結果表明:磨細石粉并非一種惰性材料,其代替粉煤灰應用于混凝土中時,混凝土的工作性能、抗壓強度明顯提高,收縮和抗滲等耐久性指標也明顯改善。尤其在應用于低水膠比、高強度混凝土時,可顯著降低混凝土的粘度,提升混凝土的流動性能。

[關鍵詞]磨細石粉;混凝土;工作性;耐久性


1  前言

近年來隨著國家經濟的快速發展,基礎建設力度不斷加大,作為混凝土優質摻合料的粉煤灰和礦粉日益短缺。由于市場需求大、利潤豐厚,許多不法商家供應的粉煤灰和礦粉都存在以次充好的情況,向粉煤灰和礦粉中摻入了大量的不明來源的工業廢渣,導致粉煤灰和礦粉的質量波動大。由于粉煤灰和礦粉自身的化學體系較為復雜,難以通過便捷的方法迅速地檢定其質量,因此給混凝土的質量控制帶來了較大難度[1-2]。

磨細石粉(石粉)主要是石灰巖經機械加工后小于 0.16mm 的微細粒,在國外已經應用多年,近年來受到了國內混凝土學界的熱捧[3-8]。本公司試驗人員也對其展開了深入的研究,并嘗試找出一條便捷的快速檢測方法,為未來更好地控制混凝土的質量提供技術儲備。

2 原材料


水泥:金峰 P·O42.5 水泥,3d 水泥強度為 28.3MPa; 28d 水泥強度為49.5MPa;

礦粉:蘇州馬嘉礦粉,比表面積 403m2/kg,28d 活性指數 99%;

粉煤灰:蘇州望電 Ⅱ 級灰,45μm 方孔篩篩余 18%,燒失量 1.5%;

粗骨料:5~31.5mm 碎石,含泥量 0.5%;

細骨料:中粗砂,細度模數2.7,含泥量1.7%;

水:市政自來水;

減水劑:蘇州弗克 RX-1 型聚羧酸高性能減水劑,減水率25%。

磨細石粉:比表面積為 500 m2/kg。

影響磨細石粉的質量指標主要有兩個,其一是細度,可以方便地用負壓篩或勃氏比表面積儀測出;其二是石粉中的CaCO3 的純度。

石粉中的 CaCO3 的純度可以通過檢測的 CO2 含量間接地反映,方法亦可以有兩種:(1)可以測定其燒失量來間接反映CaCO3 的純度,(2)可以通過向磨細石粉中加入過量鹽酸,待反映完畢后,稱量鹽酸所不能溶解的物質的質量來間接反映 CaCO3的純度。這兩種方法操作簡便,對實驗室和實驗員的要求均不高,檢測迅速。雖然這兩種方法并不能區分 CaCO3 和 MgCO3,但由于CaCO3 和 MgCO3 對混凝土強度和和易性的影響差異并不明顯,所以這種快速檢測方法對于混凝土的質量控制非常實用。

表1   粉料化學成分分析    %

原料

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

石灰石

42.59

1.80

0.61

0.23

54.93

0.32

水泥

28.33

3.31

3.93

57.32

3.12

2.38

粉煤灰

1.5

47.9

9.37

6.82

6.96

0.75

礦粉

31.55

5.45

2.34

45.77

6.3


3  試驗方法


膠砂強度試驗:按 GB /T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》標準進行測試,參照GB/T1596—2005 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》檢測粉煤灰和磨細石粉的活性。

混凝土拌合物性能試驗:按 GB/T50080—2002 《普通混凝土拌合物性能試驗方法》標準進行測試。

混凝土力學性能試驗:按 GB/T50081—2002 《普通混凝土力學性能試驗方法》標準進行測試。

混凝土的干縮性能試驗:混凝土變形按 DL/ T5150—2001《 水工混凝土試驗規程》 之 4. 9  進行測試。

混凝土抗滲性能試驗:采用頂面直徑為 175mm、底面直徑為 185mm、高度為 150mm 的圓臺體試件,按照JTJ053—1994 《公路工程水泥混凝土試驗規程》進行。

4  試驗結果及分析


3.1  磨細石粉代替粉煤灰的對混凝土工作性能的影響

調整混凝土的配合比,分別檢測低、中、高強度等級(C15/C30/C50)混凝土中磨細石粉代替粉煤灰后混凝土的工作性能:測定混凝土的坍落度、擴展度,并用倒坍落度筒的方法檢測混凝土的流動性能。

表 2    混凝土配合比            kg/m3

強度
等級

水泥

礦粉

粉煤灰/石粉

細骨料

粗骨料

RX-1

C15

200

50

50

 850

1043

2.0

185

C30

240

60

60

 800

1066

3.6

170

C50

300

80

80

 750

1050

5.5

160

表 3    磨細石粉代替粉煤灰對混凝土工作性能的影響

配合比
序號

混凝土強度等級/摻合料種類

坍落度
(mm)

擴展度
(mm×mm)

倒筒時間(s)

1

C15/粉煤灰

180

300×300

2

C15/磨細石粉

190

300×350

3

C30/粉煤灰

190

400×400

4

C30/磨細石粉

190

450×500

5

C50/粉煤灰

200

550×550

27

6

C50/磨細石粉

230

650×700

12



磨細石粉代替粉煤灰后,在低、中、高強度等級混凝土中其工作性能都有一定程度的提升,尤其是高強度等級混凝土,由于膠凝材料總量較高,使用粉煤灰時其粘度較大,擴展度相對較低,倒坍落度筒時間較長,而在使用磨細石粉時,這種粘度大的情況大為改善,混凝土流動性能變得較為理想。據分析,磨細石粉的需水量比要低于粉煤灰,磨細石粉起到了減水作用,所以在未調整混凝土用水量的前提下,混凝土的工作性必然得到改善,此外圓整度較高的石粉還起到微滾珠作用,減小了砂石間的摩擦力,從而改善了混凝土的和易性。

3.2  磨細石粉代替粉煤灰對水泥和混凝土力學性能的影響

參照 GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》測定磨細石粉及粉煤灰的需水量比和活性指數,并參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學試驗方法》檢驗磨細石粉取代粉煤灰后混凝土的 7d 和 28d 強度,結果見表 4。

表 4   不同細度磨細石粉的需水量比和活性指數

序號

膠材種類

需水量比
(%)

活性指數

7d

28d

1

粉煤灰

98

61.8

68.7

2

磨細石粉

91

68.8

72.4

表5  磨細石粉代替粉煤灰對混凝土抗壓強度的影響

序號

強度等級

摻合料種類

抗壓強度(MPa)

7d

28d

1

C15

粉煤灰

12.3

20.7

2

C15

磨細石粉

12.7

21.2

3

C30

粉煤灰

24.9

38.9

4

C30

磨細石粉

26.1

39.7

5

C50

粉煤灰

40.3

60.3

6

C50

磨細石粉

48.1

63.1



結果顯示,在膠砂體系中,磨細石粉相較于粉煤灰有更低的需水量比,更高的活性指數,早期的活性指數更為明顯。在混凝土中,磨細石粉相對于粉煤灰有著更好的活性,并且早期活性的提升更為突出,強度等級越高,其相較于粉煤灰的優勢越明顯。這是因為石粉在水泥水化早期對Ca(OH)2 和 C-S-H 的形成起晶核作用,加速了熟料礦物特別是 C3S 礦物的水化,有利于早期強度的改進;而粒徑較小、顆粒圓整度較高的磨細石粉由于其良好的填隙作用導致膠砂和混凝土試塊的密實度增加,因而其28d 強度(活性指數)亦高于粉煤灰,在富膠凝體系中,這種填隙作用更為明顯,所以高強度等級混凝土中使用磨細石粉更有優勢。粉煤灰雖然具有火山灰效應,但大量的試驗證明,在硅酸鹽體系中,粉煤灰活性的發揮一般在60d 以后才變得明顯。

3.3  磨細石粉代替粉煤灰對混凝土干縮性能的影響

表 6   磨細石粉取代粉煤灰后對混凝土干縮性能的影響

序號

1

2

3

4

5

6

干縮
性能
(×10-6)

1d

23

25

34

36

48

45

3d

82

84

89

91

95

96

7d

146

148

152

154

162

162

28d

342

343

341

339

364

367

60d

438

432

415

412

426

424

90d

489

481

473

465

485

459



從表 6 混凝土干縮結果可以發現,磨細石粉取代粉煤灰后其早期干縮率相當,但長齡期干縮率在下降,原因在于石粉中許多微細粒子具有填充作用,使混凝土孔結構細化并增加了毛細孔的曲折程度,適量的石粉對混凝土的干縮起到了一定的抑制作用。雖然磨細石粉在水泥水化早期有促進熟料礦物水化的性能,這種水化的加速會導致混凝土的干縮增加,但由于其對孔結構的細化作用抵消了這部分的干縮值,因此,從整體來看,磨細石粉替代粉煤灰后有利于混凝土干縮性能的改善。

3.4  磨細石粉代替粉煤灰對混凝土抗滲性能的影響

表 7   磨細石粉代替粉煤灰對混凝土抗滲性能的影響

序號

混凝土強度等級

摻合料種類

相對滲透系數
(×10-6mm/s)

1

C15

粉煤灰

5.44

2

C15

磨細石粉

4.83

3

C30

粉煤灰

3.52

4

C30

磨細石粉

2.41

5

C50

粉煤灰

1.02

6

C50

磨細石粉

0.54



抗滲試驗結果顯示:磨細石粉取代粉煤灰后,相對滲透系數都有所降低,其主要原因也是由于粒徑較小、顆粒圓整度較高的磨細石粉由于其良好的填隙作用導致了混凝土的密實度增加,檢測試件的碳化發現磨細石粉取代粉煤灰后混凝土的碳化深度明顯降低,這也從另一方面反映了磨細石粉對混凝土抗滲性能的改善作用。

5  結論


(1)磨細石粉取代粉煤灰后混凝土的工作性能明顯改善,尤其在應用于低水膠比、高強度混凝土時,可顯著降低混凝土的粘度,提升混凝土的流動性能。

(2)磨細石粉并非一種惰性材料,相較于粉煤灰其 7d 和 28d 活性都有所提高,早期活性的提高更為明顯。

(3)磨細石粉由于其良好的填隙作用和對混凝土孔結構的細化作用,取代粉煤灰后混凝土的收縮和抗滲等耐久性指標也明顯改善。


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