石灰石粉_粉煤灰_矿粉多元复掺对混凝土性能的影响

1、doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2014.08.019石灰石粉-粉煤灰-矿粉多元复掺对混凝土性能的影响冯庆革 1a，杨 阳 1b，乔永平 2，蒋玉柳 3，王燚 3（1. 广西大学 a. 环境学院；b. 化学化工学院，广西 南宁 530004；2. 广西建设工程质量安全监督总站，广西 南宁 530022；3. 南宁市建筑管理处，广西 南宁 530023）摘 要： 研究了石灰石粉按不同比例分别取代矿粉和粉煤灰的多元复掺方式以及 CTF 混凝土增效剂的掺入对混凝土工作性能、强度和抗氯离子渗透性的影响。试验结果表明：在适宜掺量下，石灰石粉等量替代粉煤灰或矿粉，可以有效地改善工

2、作性能，而随着替代量的增加，工作性能呈先增后减的趋势；石灰石粉取代粉煤灰或矿粉的量在 50%之内时，对混凝土各龄期强度影响不大，但完全替代时，对混凝土的后期强度发展不利；石灰石粉替代粉煤灰或矿粉对混凝土的抗氯离子渗透性不利，电通量随替代量增加而增大；CTF 混凝土增效剂的掺入可以有效地改善混凝土的和易性，提高强度以及抗氯离子渗透性。关键词： 石灰石粉；矿粉；粉煤灰；CTF 混凝土增效剂；多元复掺中图分类号： TU528.041文献标志码： A文章编号： 1002-3550（2014）08-0068-03M ult ivariat e m ixed effect of lim est one p

3、ow der-fly ash-slag pow der on t he perform ance of concret eFENG Qingge 1a，YANG Yang 1b，QIAO Yongping 2，JIANG Yuliu 3，WANG Yi 3（1a. College of Environment；b. College of Chemistry and Chemical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China；2. Guangxi construction engineering quality and safety

4、supervision central station，Nanning 530022，China；3.Nanning Architectural Administrative Office，Nanning 530023，China）Abst ract : Slag powder and fly ash were replaced with limestone powder by different quality ratios，in this way，it discussed the influ-ence of the combined use of mineral additive and

5、the CTF concrete synergist，on the workability，strength and the resistance to chlorine ion penetration of concrete.Results of the trial indicated that under the appropriate mix content limestone powder equally replacing flyash or slag，can effectively improve the working performance，the workability in

6、creased firstly and then decreased as the increment of re- placement .Limestone powder replaced the amount of fly ash or slag within substitution ratio 50%，it did not much affect the strength of concrete，but completely replacing，the later strength development of concrete developed slowly.Limestone p

7、owder instead of fly ash or slag on the resistance to chloride ion permeability of concrete，electric flux increased with increasing amount of replacement.The CTFconcrete synergist can effectively improve the workability，enhance the strength and the resistance to chloride ion permeability of concrete

8、.Key w ords: limestone powder；slag powder；fly ash；CTF concrete synergist；multivariate mixed混凝土和易性的同时提高密实性，保持甚至提升其强度，减少混凝土开裂及提高可泵性，同等条件下达到低标高 能的效应5-6，符合水泥混凝土行业低碳化、可持续发展的 要求7-9。现今粉煤灰和矿粉的单掺或复掺技术已得到广泛应 用10，石灰石粉、粉煤灰和矿粉三者不同组合的多元复掺研究还少见于文献资料中，本试验在粉煤灰和矿粉双掺技 术的基础上，采用石灰石粉按不同比例分别等量替代粉煤灰和矿粉的方式，另外各组别添加一组掺入 CTF 的

9、作为 对比，探讨掺合料的多元复掺以及 CTF 的掺入对混凝土工作性能、强度和耐久性能的影响。0引言石灰石粉随着人们大量试验研究证明1-4，作为一种惰性材料在水泥基材料中起到的功能协同效应逐渐改变人们对其惰性观点的认识，科学合理地利用石灰石粉，部分 取代或全部取代传统的矿物掺合料，可以缓解现有矿物掺合料供应紧张的局面，为降低混凝土生产成本提供一条有效途径。CTF 混凝土增效剂（下面简称 CTF）是近几年出现的 一种新型外加剂，该外加剂与减水剂复合使用能够减少8%15%左右的基准水泥用量，充分激发富余水泥水化，使 胶凝材料的分散性明显提高，表观浆体增多，能够在改善收稿日期：2014-02-07基金

10、项目：国家自然科学基金项目（51362003）；广西自然科学基金重大项目（2012GXNSFEA053002）；广西科学研究与技术开发项目（桂科 攻12118014-1B，12118014-3A，12118023-2）·68·表 1 水泥和掺合料的主要化学组成%1试验材料与方法试样组分SiOCaOAl OFe OMgOSO22 32 33水泥粉煤灰 矿粉 石灰石粉1.1 试验材料1.1.1 水泥采用 P·O 42.5 R 级水泥。其主要化学组成和物理性能 数据分别见表 1、2。20.7050.2437.281.3862.337.6840.0255.406.1425

11、.1213.330.753.4310.881.270.421.311.984.200.572.310.870.06-表 2水泥的物理及力学性能力学性能安定性（煮沸法）比表面积/(m2/kg)标准稠度用水量/%细度（45 m 筛余）/%初凝时间/min终凝时间/min抗折强度 /MPa抗压强度 /MPa3 d28 d3 d28 d合格5.39.230.150.437827.31.11352451.1.2 掺合料采用 S95 级矿粉，比表面积 480 m2/kg；采用 II 级粉煤 灰，比表面积 405 m2/kg；石灰石粉，比表面积 445 m2/kg；它 们的主要化学组成见表 1。1.1.3

12、细骨料采用河砂，细度模数 2.7，表观密度 2 680 kg/m3。1.1.4 粗骨料采用粒径 531.5 mm 碎石，连续级配，表观密度 2 730 kg/m3。1.1.5 减水剂采用聚羧酸系高效减水剂，固含量 23.4%。1.1.6 增效剂采用广州市三骏建材科技有限公司生产的混凝土增 效剂，半透明液体，pH 值为 10.5，减水率在 3%左右，推荐 掺量为胶材的 0.5%0.8%。1.1.7 水 采用饮用自来水。1.2 试验方法本试验混凝土配制固定水胶比和砂率不变，水泥和掺 合料总量为 460 kg/m3，粉煤灰和矿粉分别占总胶材的20%，石灰石粉按 25%、50%、100%的比例分别等量

13、替代粉煤灰 和矿粉，另外各组对应添加一组掺入 CTF 的作为对比，混凝 土 试 配 的 具 体 配 合 比 见 表 3，其 中 L1L7 为 空 白 组 ，C1C7 为在空白组基础上掺加 CTF 的对比组。表 3 不同掺合料组合的混凝土配合比2 结果与分析2.1 混凝土的工作性能由表 4 可以看出，在固定水胶比和砂率不变的情况下， 石灰石粉按不同比例等量替代粉煤灰时，掺石灰石粉组工作性能均优于不掺的，其中替代量为 25%时的工作性能最 好，随着替代量的增加，工作性能呈先增后减的趋势。其原 因在于细度较细石灰石粉的填充效应以及表面光滑的石 灰石粉颗粒有一定的解絮作用，在一定程度上释放了一些自由水

14、，从而改善了流动性能，而随着替代量的增加（如石灰石粉等量替代矿粉超过 50%），比表面积较大的石灰石粉 需要更多的水去润湿，流动性能出现了明显的下降，需要 提高一定的减水剂掺量。同时在试配过程中观察到，新拌 混凝土由于密度较小的石灰石粉等量取代掺入，表观浆体增多，黏度大大降低，但替代量超过 50%时，黏聚性和包裹性变差，稍有跑浆的现象。表 4 不同组合掺合料对混凝土工作性能和强度的影响坍落度/mm扩展度/mm抗压强度 /MPa编号3 d7 d28 d56 d90 dL1L2L3L4L5L6L7C1C2C3C4C5C6200195195200200195200210205205215215205

15、490×460540×530500×500500×480510×510400×380400×400490×470490×490510×490500×500500×490540×51036.734.334.134.533.133.729.549.449.447.745.944.345.338.565.564.862.960.963.162.559.370.572.068.065.170.868.264.174.873.874.065.776.673.469.476.8

16、76.980.968.478.381.8石灰石粉材料用量 （/ kg/m3）编号替代率 /% 水泥 粉煤灰 石灰石粉 矿粉 砂石水35.434.434.233.735.134.650.549.950.945.150.348.069.869.970.261.971.666.673.976.376.866.175.270.1L1（C1）L2（C2） L3（C3） L4（C4） L5（C5）L6（C6） L7（C7）0255010025502762762762762762769269460929202346922346929292926946725 1 055 157725 1 055 157725

17、 1 055 157725 1 055 157725 1 055 157725 1 055 157 C7 220 530×530 31.7 40.5 60.6 67.3 70.7 100 276 92 92 0 725 1 055 157在掺入 CTF 的对比组中，各组的工作性能随石灰石粉替代量的增加而增大，而且在试配过程中并没有出现黏聚性 较差或跑浆的现象，说明 CTF 与这几种掺合料共同使用，相容性良好，在改善掺合料混凝土和易性方面有一定的作用。2.2混凝土的抗压强度通过表 4 可以看出，掺石灰石粉的各组比不掺石灰石·69·参考 GB/T 500802002

18、和 GB/T 500812002 对混凝土的坍落度、扩展度以及混凝土 3、7、28、56、90 d 的抗压强度进行测定。参考美国建筑协会 ASTM C1202 标准方法对养护 28 d混凝土试块进行 6 h 电通量测定。粉组的 28 d 强度都要稍低一些，但是石灰石粉的替代量在50%之内时，对混凝土各个龄期强度的影响并不是特别大； 石粉 100%替代粉煤灰（即石灰石粉与矿粉双掺）时，后期强 度发展缓慢，90 d 时与不掺石灰石粉组相比降低了 9.1 MPa； 石灰石粉 100%替代矿粉（即石粉与粉煤灰双掺）时，各龄 期的强度都有不同程度的降低。图 1 是以不掺石灰石粉 L1 组的 28 d 强

19、度作基准强度所作的强度增长率对比图。从图中可以看出，除了 L4 组早 期强度发展缓慢外，石灰石粉的掺入对于混凝土早期强度 的增长率影响不大，各组别从 3 d 到 28 d 的增长率基本保 持在 44%48%之间；石灰石粉等量替代粉煤灰时，随替代量的增加，后期强度增长率呈先增后减的趋势，当完全取代粉煤灰时，L4 组从 56 d 到 90 d 的强度几乎没有增长；石 灰石粉等量替代矿粉时，随着替代量的增加，28 d 后强度的 增长率逐渐降低，28 d 到 90 d 的增长率从 20.6%降到12.4%。 这与石灰石粉的低火山灰活性有极大关系，随着替代量的增加，粉煤灰或矿粉的量减少，后期强度发展自然

20、受到影响。图 2 不同掺合料组合混凝土的抗氯离子渗透性情况下，CTF 的掺入，可以有效地提高混凝土的抗氯离子 渗透性能。3结论（1）石灰石粉按不同比例等量替代粉煤灰可以有效地 改善工作性能，替代量在 50%之内时，对混凝土各个龄期 强度影响不大；石灰石粉完全替代粉煤灰时，不利于混凝 土后期强度的发展；石灰石粉等量替代矿粉超过 50%时， 流动性能出现了明显的下降；石灰石粉完全替代矿粉时，混 凝土各个龄期的强度都有一定程度的降低。（2）石灰石粉替代粉煤灰或矿粉对混凝土的抗氯离子 渗透性能不利，电通量随替代量增加而增大。（3）从工作性能、强度、抗氯离子渗透性能来看，石灰 石粉等量替代粉煤灰对于混凝

21、土性能影响的波动要小于石灰石粉等量替代矿粉。（4）CTF 混凝土增效剂与几种掺合料共同使用，相容性良好，有效地改善了混凝土的和易性，提高了混凝土的强 度和抗氯离子渗透性。图 1 不同掺合料组合混凝土的力学性能同时从表 4 还可以知道，掺 CTF 对比组中，对应各组 别强度随石灰石粉替代量变化的规律跟空白组大体一致， 但各龄期强度都要高于不掺 CTF 组的。2.3混凝土的抗氯离子渗透性能由表 5 的电通量测试结果可以看出，除了 L7 和 C7 石 灰石粉完全替代矿粉组外，其余各组的氯离子渗透性都处于较低水平。表 5 养护 28 d 时的电通量参考文献：1 熊远柱，万惠文.石灰石粉对混凝土性能的影

22、响J.混凝土，2010（9）：89-91.2 孙庆巍，朱涵，崔正龙.石灰石粉对水泥-粉煤灰胶凝体系与减 水剂相容性的研究J.混凝土，2012（5）：94-99.3 KAKALI G，TSIVILIS S，AGGELI E，et al.Hydration products of C3A，C3S and Portland cement in the presence of CaCO3 J.Ce ment and Concrete Research，2000，30：1037-1077.4 马烨红，吴笑梅，樊粤明.石灰石粉作掺合料对混凝土工作性能 的影响J.混凝土，2007（6）：56-59.5 许富.增效剂 CTF 对水泥基材料性能的影响 D.湖南：中