大掺量掺合料对混凝土强度及使用性能的影响

1、摘 要:本文通过在混凝土中用较大掺量的粉煤灰、 矿渣粉取代水泥后对其强度及使用性能的 影响进行研究,结果表明大掺量掺合料的使用会明显改善混凝土的工作性能,水胶比较小时 7天强度不会降低,反而略有提高。通过对胶凝材料的水化热进行检测也支持以上结论。大 掺量粉煤灰、 矿渣粉等工业废料在混凝土中应用具有广阔前景, 可促进节能降耗、 保护环境。 关键词:掺合料;矿粉;粉煤灰;抗压强度;混凝土中图分类号:tu528.041文献标识码:b文章编号:1008-0422(2013 08-0142-021 前言混凝土是当前用量最大的建筑材料,一直以来给人们的印象都是重污染、高能耗。据统 计, 2012年我国水泥

2、产量达到 21.84亿吨, 2012年商品混凝土总产量达到 88817万 m3。因 此提高混凝土中掺合料比例、降低水泥用量对节能降耗、保护环境、促进社会的可持续发展 等具有重要意义。追求节能减排和耐久性上升为混凝土技术追求的主要目标 1。较低水胶比时,大掺量掺合料对混凝土的耐久性明显改善已经得到许多研究的证实,混 凝土中掺入 20%粉煤灰和 30%矿渣粉对提高混凝土的抗氯离子渗透性有明显效果 2, 3, 矿物 掺合料复元组合能降低早期 (3d 强度及提高混凝土后期强度增进率 4。 但在实际工程应用 时,很多技术人员都认为大掺量掺合料对混凝土强度是有较大影响的,这种观念也限制了掺 合料在混凝土中

3、的大规模使用。针对大掺量掺合料对混凝土强度和使用性能的影响,进行了 一些研究,以期促进大掺量掺合料混凝土的应用。2 实验原材料选用说明目前应用最广泛的掺合料是粒化高炉矿渣粉和粉煤灰。粒化高炉矿渣粉(以下简称矿渣 粉 一般分为 s105、 s95、 s75三个等级, 本实验采用其中产量及使用量最大的 s95级矿渣粉。 粉煤灰分为 i 级、 ii 级、 iii 级, 其中 i 级粉煤灰活性高, 质量好, 对混凝土的强度影响小, 是可以真正实现大掺量的粉煤灰。但目前 i 级粉煤灰的供应量小,实际应用少,研究的指导 意义较小, 因此选用目前可大量供应的 ii 级粉煤灰。 为了更好地研究大掺量掺合料对混

4、凝土 的工作性能的改善效果,进一步扩大低品质原材料的应用范围,本实验采用细度模数较小、 含泥量较高的砂和含泥量较高的卵石。3 原材料检测情况骨料:细骨料选用湘江产中砂,细度模数 2.3,含泥量 1.8%,泥块含量 0.2%,堆积密度 1540 kg/m3。粗骨料选用湘江产 5mm 31.5mm 连续级配卵石,含泥量 0.8%,泥块含量 0.2%, 堆积密度 1670kg/m3,针片状含量 1%,压碎值 9%。水泥:湖南双峰海螺水泥有限公司生产的 p.o 42.5普通硅酸盐水泥(见表 1掺合料:矿渣粉选用湖南泰基建材有限公司生产的 s95级粒化高炉矿渣粉,比表面积 425m2/kg,密度 2.8

5、6g/cm3,流动度比 100%, 7d 活性指数 83%, 28d 活性指数 103%。粉煤灰 选用益阳电厂的 ii 级粉煤灰,细度 18%,烧失量 6.8%,需水量比 97%,含水率 1.0%。减水剂:石家庄克罗曼建材有限公司生产的 klm-j 聚羧酸高性能减水剂, 减水率为 26.8%。 4 试验方法粉煤灰应用已经很成熟,但因其对混凝土的早期强度及碳化速度影响较大,一般推荐掺 量控制在 20%以内;矿渣粉具有较高的潜在活性,掺量范围较大。采用矿渣粉、粉煤灰双掺 技术,两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加,充分发挥二者的优势互补 效应,使混凝土的坍落度增加,和易性变好,粘聚性

6、变好,泌水得到改善。在水化过程中, 改变混凝土中水化产物的组成,可改善水泥石的界面结构和截面区的性能,并提高后期强度 的增长率。 本实验采用矿渣粉 30%, 粉煤灰 15%的掺量对配合比进行设计, 该掺量也符合 jgj55普通混凝土配合比设计规程中对复合掺合料最大掺量的规定。从 c25至 c50按正常配合比(16%矿渣粉, 12%粉煤灰及大掺量掺合料配合比(矿渣粉 30%,粉煤灰 15%进行试配, 控制两者的胶凝材料总量及砂石用量一致,减水剂掺量一致,通过调整混凝土的用水量,在 保证每组混凝土的坍落度初始值为 210mm±10mm的条件下,对比两组配合比的性能。 5 试验结果及分析大

7、掺量掺合料配合比的实际水胶比都低于标准配合比,因为无论是粉煤灰还是矿渣粉, 都具有一定的减水效果,提高掺量可适当降低混凝土的用水量。大掺量掺合料配合比混凝土的 3d 强度基本上都低于标准配合比的混凝土 3d 强度。因为 掺合料取代水泥引起水化反应速度下降,所以掺入较高掺合料的混凝土在水胶比接近的情况 下, 早期强度会有所偏低, 但因掺合料的适当减水效果, 降低的幅度并不是很大, 特别是 c35、 c40混凝土 3d 强度降低很少。大掺量掺合料混凝土的 7d 强度, 基本等同于标准配合比的混凝土, 甚至在水胶比较小的 情况下还有所提高,是因大掺量掺合料配合比中矿渣粉的用量较高,矿渣粉反应速度较快

8、, 对混凝土 7天强度影响较大所致。水胶比低于 0.45时,大掺量掺合料混凝土的 28天强度反而高于标准配合比。该区间正 是混凝土强度为 c30以上等级的区间,也是应用数量最多的混凝土的强度区间。因此大掺量 掺合料混凝土的应用前景和社会效益是十分明显的。所有强度等级的混凝土提高掺合料的掺量,混凝土的坍落度损失都明显减小,工作性能 明显改善。随着商品混凝土的推广,混凝土运输时间加长,施工时间也延长。如何在越来越 劣质化的原材料条件下保证混凝土的良好工作性能是摆在混凝土技术人员面前的大难题。通 过增加混凝土中掺合料的用量既可改善了混凝土的工作性能,又能保证混凝土的强度符合要 求,还节约资源降低成本

9、,可以说是一举数得。值得注意的是,因矿物掺合料的性质,滞后 性水化,对工程结构的养护要求比较高。如果工程养护的时间和湿度不够,结构实体强度与 标养强度相差较大。因此搅拌站在使用大掺量矿物掺合料配比时,必须和工地进行很好的沟 通,指导工地做好混凝土早期以及后期的养护工作 5。对胶凝材料水化热分析的结果也支持以上实验结论。采用美国 tam air型号微量热仪进 行热量跟踪检测, 在水胶比为 0.45, 20恒定温度下检测以下不同组成胶凝材料的 72h (3d 和 168h (7d 水化放热速率和总放热量。 (表 2、表 3对以上胶凝材料水化热检测数据进行分析,掺入掺合料的胶凝材料 3天水化速度都有不 同程度的下降, 峰值降低, 但掺入较多矿渣粉的胶凝材料 7d 水化热反而升高, 说明矿渣粉在 早期就参与水化反应, 也印证了上述实验中, 大掺量掺合料混凝土的 7d 强度和 28d 强度在水 胶比小于 0.45时就基本无下降反而升高的现象。6 结论6.1在出机坍落度相近的情况下, 提高混凝土中掺合料的比例, 混凝土 3d 强度会略有下 降;6.2在矿渣粉掺量 30%, 粉煤灰掺量 15%,