矿渣_粉煤灰及减水剂对混凝土抗压强度的影响

1、第26卷第6期 2006年11月孝感学院学报JOURNAL OF XIAOGAN UNIVERSITY矿渣、粉煤灰及减水剂对混凝土抗压强度的影响张庆芳,谢翠珍(孝感学院土木工程系,湖北孝感432000)摘 要:利用矿渣和粉煤灰这些工业废渣及其活性特点进行试验。该试验所研究的混凝土强度等级为C30,选用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥,通过对八种方案进行试配,测试分析混凝土的性能和混凝土四个龄期的抗压强度,通过对各种配合比的矿渣粉煤灰混凝土各龄期抗压强度与基准混凝土同龄期抗压强度的对比分析,找出理想的矿渣粉煤灰混凝土的配合比。总结了每种方案中最佳配合比掺量。关键词:粉煤灰;粒化高炉矿渣;减水剂;

2、硅灰;混凝土抗压强度中图分类号:TU502 文献标识码:A 文章编号:1671 2544(2006)06 0091 04目前,在土木工程中,国内外大量使用的还是普通强度的混凝土,全国混凝土浇注量约20亿立方米,其中大约95%以上属于C20,C30,C40强度等级的普通混凝土。粉煤灰作为排放量最大的工业废料,在我国目前的排放量每年已超过亿吨,虽然利用率与国际一些发达国家相比我国已处于前列,但利用水平较低,目前我国粉煤灰的利用率只有40%左右,大部分粉煤灰仍未利用,这些粉煤灰不仅污染环境,还要占用土地堆放,因此要充分利用粉煤灰,解决粉煤灰对环境的影响。鉴于掺矿渣、粉煤灰混凝土的开发利用日益受到国内

3、外混凝土工作者的重视,特别是伴随着高效减水剂品种的不断涌现,更促进了这一研究工作的开展。另外,为了充分利用本地区的粉煤灰废料,发挥地区优势,让粉煤灰、矿渣在混凝土工程中充分发挥其作用。同时在混凝土中掺入粉煤灰,不仅可以节约水泥,更重要的是改善了混凝土的性能。概括地说,粉煤灰在混凝土中有三种效应,能减少混凝土的需水量而提高了和易性、提高混凝土的耐久性、提高抗渗能力,减少收缩、降低内部温升、提高抗拉强度、抑制混凝土中的大碱集料反应、抗硫酸盐侵蚀、减少泌水效果;由于矿渣具有比粉煤灰更高收稿日期:2006 09 08的活性,而且品质及均匀性更易保证,在混凝土中掺入矿渣,能降低混凝土的水化热,改善混凝土

4、的绝热温升,使混凝土的结构更密实,提高抗渗性及对海水、酸及硫酸盐的抗化学侵蚀能力,具有抑制碱-集料反应的效果等1。1 试验材料与方案1.1 试验原材料由中建三局新型材料厂生产的萘系FDN高效减水剂,采用外加入法。本试验所用水泥系黄石华新水泥厂生产的42.5强度等级的普通硅酸盐水泥,根据国家标准 水泥胶砂强度检验方法 (ISO法)(GB/T17671 1999)规定,配制一组胶砂强度试件,在标准条件下养护至龄期,测定其力学性能都符合标准。粗骨料采用黄石铁山生产的级配良好的碎g=1383kg/m,视密度 og石,碎石的堆积密度3=2.70g/cm采用武汉下巴河的河沙,该砂为洁净、级配良3好的中砂,

5、表观密度 os=2.65g/cm,堆积密度3作者简介:张庆芳(1966 ),女,湖北广水人,孝感学院土木工程系教师,硕士。91张庆芳,谢翠珍s=1440kg/m,其细度模数为2.77,符合 区级配要求。3%的三乙醇胺磨,经球磨机磨细活化的矿渣比表3面积为:4500cm2/g,视密度 ok=2.35g/cm。本试验采用的硅灰是来自武汉钢铁公司铁合金厂生产的。1.2 试验方案本试验采用磨细粉煤灰和粒化高炉矿渣作为混凝土掺合料,并以等量代替的方式进行,试验采用41种配合比,以比较各方案的物理力学性能,得出最佳的配合比方案(见表1)。粉煤灰是来自青山热电厂干排的二级粉煤灰,经粉磨后的比表面积为:600

6、0cm2,视密度 of=2.1g/cm3。本试验所用矿渣是武汉钢铁公司冶金渣厂的粒化高炉矿渣,先把矿渣中的杂质去掉,烘干后的矿渣放入球磨机中粉磨,再加5%的石膏和0.05配比(%)水泥 矿渣 粉煤灰 90509050508055805580559050500105010401035101035020301050040101010351010503020表1 试验方案方案序号12345678硅灰掺量(外掺)(%)000000010减水剂(%)00000111水灰比(W/C)砂率(%)35353535353535352 试验结果2.1 试件制作本试验采用以上原材料,用42.5强度等级的普通硅酸盐水

7、泥,配制强度等级为C30的混凝土,其水灰比为W/C=0.53(或0.42)采用多种方案配制出7d、14d、28d、60d等不同龄期的混凝土进行对比试验。2.2 混凝土强度的测定为便于观察分析,将八种方案的混凝土计算配合比每立方米混凝土拌合料、各龄期的抗压强度、八种方案每种方案中的最佳配合比汇总成列入表2和表3。从试验的八个试验方案结果比较,表6的四个方案:粉煤灰10%+矿粉35%;粉煤灰10%+矿粉35%减水剂;单掺粉煤灰30%+减水剂;矿粉20%+粉煤灰30%+减水剂+硅灰(外掺)10%,其14d、28d、60d龄期的抗压强度均超过基准混凝土的强度。92用方案4所配制的混凝土,其7d、14d

8、、28d、60d共4个龄期的抗压强度分别为27.4MPa、38.6MPa、40.6MPa、45.1MPa,除7d龄期强度低于基准混凝土外,其他3个龄期均超过基准混凝土。用方案6所配制的混凝土,其7d、14d、28d、60d四个龄期的抗压强度分别为42.3MPa、43.8MPa、46.3MPa、47.0MPa,4个龄期均超过基准混凝土。用方案7所配制的混凝土,其7d、14d、28d、60d4个龄期的抗压强度分别为35.5MPa、39.0MPa、39.8MPa、42.5MPa,除7d龄期强度低于基准混凝土外,其他3个龄期均超过基准混凝土。用方案8所配制的混凝土,其7d、14d、28d、60d4个龄

9、期的抗压强度分别为37.2MPa、38.7MPa、40.0MPa、44.4MPa,4个龄期均超过基准混凝土。采用这几个方案,既可节约水泥,保护环境,又可提高强度,增加流动性,因此可广泛适用。矿渣粉煤灰及减水剂的作用机理分析:混凝土强度的提高,关键在于提高混凝土的密实性及生成物的强度,而掺粉煤灰及矿渣具有以下特点。活性效应,由于双掺矿渣及粉煤灰,矿渣和粉煤灰的化学成分不同,活性成分含量的差异,同时矿渣和粉煤灰中活性SiO2在水化过程中与水泥矿渣、粉煤灰及减水剂对混凝土抗压强度的影响表2 混凝土试验抗压强度汇总表编号A 0A 1B 1B 2B 3B 4B 5C 1C 2C 3C 4C 5D 1D

10、2D 3E 1E 2E 3E 4E 5E 6F 1F 2F 3F 4F 5G 1G 2G 3G 4G 5G 6H 1H 2H 3H 4I 1I 2I 3配比(%)硅灰掺量(%)000000000000000000000000000000000000101010砂率(%)353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535抗压强度(MPa)表2 混凝土最佳配合比方案方案序号A 04678掺量名称及百分比粉煤灰10%+矿粉35%粉煤灰10%+矿粉35%+减水剂单掺粉煤灰30%+减水剂矿粉20%+

11、粉煤灰30%+减水剂+硅灰(外掺)10%5435201054水化释放出的Ca(OH)2反应,这一反应的主要生成物是硅酸钙类水化物;矿渣和粉煤灰中活性Al2O3与水泥中与Ca(OH)2、SO3生高强的成钙钒石,钙钒石具有一定的微膨胀作用,可以补偿制品的化学干缩,从而提高密实度和抗渗性。微集料效应2,由于混凝土中粗细骨料间有大量空隙是由水泥颗粒来填充的,粉煤灰和矿渣的粒径比水泥小,因而进一步填充水泥颗粒间的空隙,使其密实,因而能提高混凝土的强度。同时可使在水泥颗粒间的水分得以释放,成为自由水,从而提高混凝土的流动性。形态效应3,粉煤灰颗粒中有80%以上是玻璃微珠和多孔玻璃体,在拌合时起到独特的 滚

12、珠轴承 和 解絮 作用,因而粉煤灰在混凝土中有减水作用及密实作用,从而提高混凝土的强度。极细的粉煤灰在混凝土中具有良好的和易性。93张庆芳,谢翠珍减水剂的作用机理分析:由于减水剂的减水作用,降低了水胶比,减少了混凝土水分蒸发后给混凝土留下孔隙,同时能改善水泥的分散度,从而可以提高其水化程度、增进其微观结构的密实性,也就提高了混凝土的抗压强度。水泥与水拌合后,有强烈的絮凝趋势,即颗粒间的范德华力、带相反电荷颗粒的静电引力、水子或水化物间的强烈引力,絮凝过程使水泥颗粒形成一个开口网架,网孔中有一些水,这部分水不能掺入水泥的水化。为了使水与水泥接触良好,必须防止水泥颗粒絮凝处于高度分散状态,而减水剂

13、具有以下功能:使颗粒间产生斥力;在水泥颗粒间形成润滑膜;分散水泥颗粒,释放水泥颗粒束缚的水;抑制水泥颗粒表面的水,使更多的水用于拌合物流动;改变水化物的形态;形成空间障碍,避免颗粒间接触。因此加减水剂增大混凝土的强度,特别是提高了混凝土的早期强度,同时提高混凝土的和易性。为高性能混凝土下的定义是:高性能混凝土是一种新型高技术混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土,是以耐久性作为设计的主要指标。高性能混凝土不仅是对传统混凝土技术的重大突破,而且在节能、节料、工程经济、劳动保护及环境等方面具有重要意义,是一种环保型、集约型的新型材料,并为建筑工程自动化准备条件。

14、此外,有人预言未来混凝土的发展方向是聚合物混凝土,这是依据聚合物混凝土在近期内研究和应用情况以及其本身所具有的特性而言的。粉煤灰、矿渣及减水剂势必会渗透到高性能混凝土、聚合物混凝土中来。参 考 文 献1 董维佳,覃理利.矿渣微粉粉煤灰微观分析比较研究.粉煤灰,2001,(5):17 19.2 蒋家奋.矿渣微粉在水泥混凝土中的应用的概述.混凝土与水泥制品,2002,(3):3 6.境保护,2000,(3):49 51.3 应用进入21世纪后,根据有关学者预言近期混凝土发展的主要方向是高性能混凝土。吴中伟院士InfluenceofFlyAsh,SlagandWater reducingAgentontheCompressionStrengthofConcreteZHANGQing fang,XIECui zhen(DepartmentofCivilEngineering,XiaoganUniversity,Xiaogan,Hubei432000,China)Abstract:Inthispaper,industrywasteresiduessuchasslagandf