复合微粉对混凝土性能的影响

复合微粉对混凝土性能的影响

随着现代水泥混凝土技术的发展，矿渣作为原料的混合材料已成为混凝土中不可或缺的一部分。矿渣和粉煤灰作为辅助原料广泛应用于水泥混凝土。钢渣与硅酸盐水泥熟料具有相似的矿物组成,也具有水硬活性,可用作水泥混合材,但由于其易磨性较差,使其活性不能充分发挥出来,并且钢渣中存在大量的f-CaO和MgO,如控制不当易使水泥混凝土产生安定性不良的后果。近几年钢渣在水泥混凝土领域的利用已引起重视,对于钢渣的水硬活性及其激发和掺钢渣粉水泥混凝土的性能,不少学者在此方面做了有益的研究。但目前钢渣与其它辅助胶凝材料复合掺合料在水泥混凝土中的应用研究还很少,开展钢渣-矿渣-粉煤灰复合掺合料对水泥混凝土性能影响的研究,对于提高钢渣在水泥混凝土领域的应用有较高的实用价值。1原材料和配合比1.1矿粉、粉煤灰和钢渣的化学组成及活性指数原材料包括:水泥(C):宝山42.5普通硅酸盐水泥;细骨料:中砂,细度模数为2.7;粗骨料:碎石,5mm～25mm连续级配;复合微粉(CP):由矿粉、粉煤灰和钢渣按比例复合而成。其中矿粉(GGBS)为梅钢矿粉,密度2.90g/cm3,细度(45μm筛余)1.0%,比表面积400m2/kg;粉煤灰(FA)为梅钢公司原状灰,细度(45μm筛余)36%;钢渣粉(SS):由梅钢钢渣磨细制得,比表面积为523m2/kg。矿粉、粉煤灰和钢渣的化学成分见表1,水泥胶砂强度及矿粉、粉煤灰和钢渣的活性指数见表2。减水剂:Mighty-100萘系高效减水剂;自来水。1.2,0.65掺复合微粉混凝土试验的水胶比分别为0.35,0.45,0.55,0.65。复合微粉等量替代水泥,采用25%～60%不同的替代率配制C25～C60混凝土,混凝土的配比见表3,其中B0,B-3,B-4用于测试混凝土的干燥收缩及氯离子渗透性能。2土长期性能和耐久性能测试粉煤灰、矿粉、钢渣及复合微粉的活性指数按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005标准中活性指数测试方法测定,混凝土抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002进行测试,干燥收缩试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GBJ82-85进行测试。氯离子渗透系数参照《混凝土耐久性设计与施工指南》CCES01-2004中NEL法进行测试。Cl-渗透深度采用色差显示法测定。步骤如下:尺寸为100mm×100mm×400mm的混凝土试件,标准养护28d后,表面风干,除留有一面外,其余各面用石蜡密封然后放入浓度为10%的NaCl溶液中浸泡,未封腊的一面朝上,至不同龄期取出试块,破型以测定Cl-渗透深度。每次切除的厚度约50mm,破型后剩余试块用石蜡将切断面封好,放入NaCl溶液内直到下一个试验龄期。将劈开的试块置于烘箱,105℃烘干30min后取出,立即喷涂荧光剂,然后喷涂Ag(NO3)2溶液,在渗透界面描出界线。在中间位置平均取10个点量取Cl-渗透深度d。计算各试验龄期的平均Cl-渗透深度dt=∑d/10。3试验结果及分析3.1复合胶凝材料图1为掺复合微粉混凝土抗压强度随龄期的变化规律,结果表明,不论何种水胶比和掺量下,混凝土的强度均随龄期增长而显著提高。从图1可看出,掺复合微粉混凝土的后期强度增长幅度或发展潜力明显高于普通混凝土,且混凝土强度等级和掺量愈高,这种发展潜力愈大。这种增强效应随养护龄期和强度等级的增加而明显提高。这主要是因为掺合料的火山灰反应将吸收水泥熟料水化产生的Ca(OH)2,减少了混凝土中因Ca(OH)2存在而产生的薄弱环节。另外,在混凝土中复掺矿渣、粉煤灰及钢渣微粉,可使钢渣和粉煤灰、矿渣粉的活性得到相互激发,发挥出这几种潜在活性的辅助性胶凝材料的活性,提高混凝土的强度。图2显示了各龄期下混凝土强度随复合微粉掺量的变化规律,从图2可看到,在龄期7d时,除水胶比为0.35,掺量为30%的混凝土强度比基准混凝土稍高外,掺复合微粉混凝土的强度均随复合微粉掺量的增加而明显降低。当龄期为28d和90d时,不论何种水胶比下,均存在一个最佳掺量值,其混凝土强度最大,且该值有随水胶比增大而提高的趋势。水胶比为0.65、0.55、0.45和0.35的混凝土,当复合微粉掺量分别在65%、60%、55%和50%内,掺复合微粉混凝土的90d强度均高于基准混凝土;当复合微粉掺量分别在65%、60%、45%和40%内,掺复合微粉混凝土的28d强度均高于基准混凝土。这表明,为了配制相同强度等级的混凝土,其强度等级愈低,复合微粉的掺量可愈大。3.2复合微粉对混凝土早期收缩的影响图3为复合微粉对混凝土干燥收缩的影响。可看到掺加复合微粉可有效减小混凝土的干燥收缩,掺加25%和50%复合微粉混凝土60d的收缩分别为基准混凝土的83%和86%,而1d的收缩率分别仅为基准混凝土的25%和40%,这对提高混凝土的早期抗裂性能是十分有利的。复合微粉可以降低混凝土早期收缩的最主要原因是掺合料中含有钢渣,钢渣中的f-CaO遇水将水解形成Ca(OH)2,并产生一定的体积膨胀,从而对混凝土早期干缩起到一定的补偿作用。同时,在混凝土中掺加钢渣复合掺合料并不会引起混凝土的安定性问题,这是因为在复合钢渣掺合料中磨细钢渣粉占掺合料总量的比例不大,在混凝土中带入的f-CaO量较小,复合微粉中粉煤灰可以改善钢渣水泥的安定性,已有研究表明低钙粉煤灰可以明显的抑制由于掺入钢渣而引起的硬化水泥浆体的膨胀。3.3复合微粉混凝土的碱离子扩散能力图4为同水胶比条件下掺复合微粉混凝土的氯离子渗透深度随时间的变化规律。从图4可看到,掺加复合微粉后混凝土的抗氯离子渗透性能显著提高,在NaCl溶液中浸泡56d后,掺加25%和50%复合微粉混凝土的抗氯离子渗透性分别为基准混凝土的75%和67%,浸泡180d后,分别达到了71%和72%。这与复合微粉的活性效应有关,随龄期的增长,矿粉、粉煤灰及钢渣粉与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次反应,反应产物填充孔隙并堵塞贯通的毛细孔通道,使水泥粉煤灰浆体的孔径细化、孔隙曲折度增加,连通的孔隙减少,从而使得混凝土的抗渗性得到提高也即提高混凝土阻碍Cl-渗透扩散的能力;此外由于矿粉、粉煤灰的物理吸附和二次水化产物的物理化学吸附作用也使混凝土对Cl-有较大的固结能力。图5为同水胶比时,用NEL测得的掺复合微粉混凝土的氯离子扩散系数。可看到,掺复合微粉后混凝土的氯离子扩散系数均有所降低,养护龄期为28d的掺25%和50%复合微粉的混凝土氯离子扩散系数分别为基准混凝土的78.4%和73.8%,这与显色法测得的氯离子渗透深度的结果是一致的。4复合微粉混凝土应符合以下条件(1)在同水胶比下,钢渣-矿粉-粉煤灰复合微粉等量取代水泥后,混凝土7d强度低于普通混凝土的强度,但后期强度发展高于普通混凝土,当复合微粉掺量不大于45%时,其2