矿渣掺合料对阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土性能的影响

矿渣掺合料对阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土性能的影响

0矿渣掺合料对混凝土力学和抗冲强的影响阿利泰硫酸钠是一种新型水泥，通过将硫酸钠碱性材料引入传统的硅酸盐水泥原料体系而成。本文就目前常用的矿物掺合料——矿渣,对阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土力学、抗渗和抗冻性能的影响进行了较详细的研究,探讨了矿渣掺合料对混凝土性能的影响规律以及作用机理,并将其与普通硅酸盐水泥混凝土的性能进行了对比分析,为阿利特-硫铝酸钡钙水泥的推广应用提供理论依据。1测试1.1水泥熟料的制备水泥:P·O52.5R级水泥(下文简称P水泥)产自山东山水集团有限公司;硫铝酸钡钙水泥为试验室自制,采用山东淄博齐银特种水泥有限公司生产的阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料,掺加5%天然二水石膏,粉磨至200目筛筛余量<6%,制得阿利特-硫铝酸钡钙水泥(下文简称L水泥)。矿渣:为济南钢铁集团公司鲍德炉料有限公司产的高炉矿渣微粉,比表面积约为400m砂子:中粗河砂,细度模数为2.6~2.7,含泥量小于1%,II区级配,有机物含量合格。石子:碎石,5~25mm连续级配。拌和及养护用水:普通自来水。两种水泥和矿渣的物理性能测试结果见表1。1.2联合竞争与试验方法的设计和方法1.2.1《配合比设计》参照JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》进行配合比设计。参照基准配合比,按表2所示各材料用量,分别配制3组普通硅酸盐水泥混凝土(P系列)和阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土(L系列)试样。1.2.2试件与测试方法参照DL/T5150—2001《水工混凝土试验规程》、GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行。抗压强度试验用试件尺寸为100mm×100mm×100mm;抗渗试验采用顶面直径175mm、底面直径185mm、高150mm的截头圆锥体试件。试件采用标准养护,抗冻试验采用快冻法。SEM测试采用日立S-2500扫描电镜,孔结构分析采用康塔Poremaster-60测孔仪。根据试拌试验,确定试验室的最佳配合比为水泥∶砂∶石子∶水=398∶630∶1223∶199,用水泥质量10%、20%、30%的矿渣进行取代,所得配合比见表3。2结果与讨论2.1矿渣混凝土早期强度按表3所列配合比成型8组混凝土试样,标准养护至规定龄期,测定其抗压强度。结果如表3所示。由表3可以看出,对于两种混凝土,掺加矿渣均降低早期强度(1、3d),而提高28d强度;对于相同配合比,阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土的抗压强度均高于普通混凝土同龄期的强度。矿渣早期水化速率较慢,混凝土的早期强度主要取决于水泥,掺加矿渣使水泥的相对含量降低,一次水化产物量较未掺矿渣的混凝土少,早期强度降低;而水化到后期,由于水泥水化产物的激发作用,矿渣的水化加速,形成了较多的二次水化产物,使后期强度提高。2.2矿渣混凝土对渗透系数的影响按表3所列配合比成型8组混凝土抗渗试样,标准养护至28d龄期,每组6个试样,测其渗水高度,取6个数据的平均值,得到的结果见表4。由表4看出,对于两种混凝土,掺加矿渣后,相对渗透系数均明显降低,混凝土的抗渗性得到明显改善;对于掺加矿渣的试样,相对渗透系数随着矿渣掺量的增加而增大,抗渗性能逐渐降低;相同配合比,阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土的抗渗性明显优于普通混凝土。矿渣加到混凝土中以后,一方面矿渣颗粒本身填充孔隙,堵塞连通孔通道,提高混凝土的密实性,另一方面,矿渣二次水化产生的C-S-H进一步密实了混凝土结构2.3强度测试按表3所列配合比成型8组100mm×100mm×100mm的混凝土试样共108块,水中标准养护至28d,进行冻融试验,25次为一个循环,每组取3块进行抗压强度测试,同组数值取平均值,得试验结果见表5。由表5看出:对于两种混凝土,矿渣的掺入可明显改善混凝土的抗冻性能;对于掺加矿渣的试样,随着矿渣掺量的增加,抗冻性能逐渐增强;冻融循环次数相同,阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土的抗冻性能优于普通混凝土。由于混凝土体系可看作是连续级配的颗粒堆积体系,粗集料间隙由细集料填充,细集料间隙由水泥颗粒填充,水泥颗粒之间的间隙,则由更细的颗粒来填充。另一方面,众所周知,水泥石中的凝胶孔孔径小(1.5nm),冰点极低,因此凝胶孔中的水实际上并不结冰2.4矿渣掺量对混凝土细度的影响为了更进一步研究矿渣的加入对两种混凝土性能的影响,对掺加矿渣水化28d的混凝土试样进行SEM和孔结构分析。结果见图1和图2。由图1可见,阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土的结构较为致密,内部孔的数量较少。掺入的矿渣可与水泥水化释放的Ca(OH)由图2可见,随矿渣掺量增加,混凝土水化样的孔结构分布的均匀性得到改善,且孔径范围多集中在无害孔区域(孔径<50nm);相同矿渣产量,阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土中有害孔的数量明显少于普通混凝土。矿渣微粉可起到填充水泥颗粒间隙的微集料作用,使混凝土形成细观层次的自紧密体系,孔径相对较小,孔径分布良好,避免形成连通的毛细孔。小直径孔越多、孔分布越均匀,则混凝土的抗压强度,耐久性能越好,这与SEM分析结果一致。3矿渣参与混凝土抗压强度掺加矿渣,阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土的1、3d强度降低,28d强度提高,对于相同配合比,阿利特-硫铝酸钡钙水泥混凝土的抗压强度均高于普通混凝土同龄期的强度。矿渣的加入可明显改善混凝土的抗渗和