摘 要:采用当地常规原材料,通过试验分析了粉煤灰、矿渣微粉对水泥净浆流动度、混凝土拌和物性能、混凝土力学性能的影响,试验结果表明,混凝土中掺加一定量粉煤灰、矿渣微粉,可改善混凝土的和易性,减少混凝土坍落度损失,提高混凝土的后期强度,粉煤灰、矿渣微粉的复合使用,可进一步发挥二者的优势互补效应,改善混凝土的和易性,提高混凝土的中、后期强度。
关键词:粉煤灰,矿渣微粉,流动度,坍落度,坍落度损失,强度
中图分类号: TU528.062 文献标识码: A 文章编号: 1003 - 1324 (2005) 01 - 0039 - 05
粉煤灰是一种火山灰质材料,粒径较小,大多数颗粒呈球形,与水泥的水化产物可发生二次水化,具有一定的活性,是一种理想的混凝土微粉填充材料。矿渣是炼铁过程中排出的工业废料,其主要成份是SiO2 、AL2O3 、CaO、MgO 等,经水淬急冷的矿渣,其中玻璃体含量高,结构处在高能量状态,不稳定,潜在活性大,矿渣中添加少量石膏或助磨剂共同粉磨到一定细度形成矿渣微粉。矿渣微粉这种潜在活性的发挥以碱性激发剂或硫酸盐激发剂的存在为必要条件。资料表明,在混凝土中掺入超细矿物掺和料,可以降低水泥用量,提高混凝土后期强度。但是,由于矿渣粉磨受到技术条件、设备条件的限制,比表面积大于400m2/ kg 的超细矿粉的来源受到限制, Ⅰ级粉煤灰受到产量限制,往往不能满足生产供应要求,本文以当地产矿渣微粉、Ⅱ级粉煤灰为原料,试验研究粉煤灰、矿渣微粉对水泥净浆流动度的影响,粉煤灰、矿渣微粉以及二者复配对混凝土物理性能的影响,以期得出最佳的混凝土配合比,指导应用于生产。
1 原材料及基本性能
(1) 水泥: 山水32. 5R 普硅水泥,品质指标见表1 。
(2) 粉煤灰,济南黄台电厂产Ⅱ级粉煤灰,技术指标见表2 。
(3) 矿渣微粉,济南某粉磨站产S95 矿渣微粉,技术指标见表3 。
(4) 砂子: 泰安中砂, Mx = 2. 8 ,含泥量为1.7 % ,泥块含量为0. 3 %。
(5) 石子:本地产5～25mm 连续级碎石,针片状含量为5. 7 % ,含泥量为0. 5 % ,泥块含量为0 。
(6) 外加剂:莱芜DL 萘系高效减水剂,掺量1.2～2. 5 %。
2 试验内容
试验研究粉煤灰、矿粉对水泥净浆流动度的影响,粉煤灰、矿粉、粉煤灰与矿粉复配对混凝土物理性能的影响。
2. 1 矿粉、粉煤灰对水泥净浆流动度的影响
试验方法采用GB8077 - 87《, 混凝土外加剂均质性试验方法》, 粉煤灰掺量10 %～40 % ,矿渣微粉掺量10 %～40 % ,等量取代水泥,做不同条件下水泥净浆流动度试验,试验结果见表4 。
2. 2 粉煤灰、矿粉以及粉煤灰与矿粉复配对混凝土物理性能影响
试验选取生产中最常用的C30 配合比做为试验用配合比。基准配合比选取材料用量见表5 ,试验结果见表6 。
2. 2. 1 单掺矿渣微粉配合比试验
矿渣微粉掺量分别10 %、20 %、30 %、40 % ,等量取代水泥,配合比材料用量见表7 ,试验结果见表8 。
2. 2. 2 掺粉煤灰混凝土配合比试验
分别掺10 %、20 %、30 %的粉煤灰,等量取代水泥、超量取代水泥,超量系数为1. 3 ,配合比材料用量见表9 ,试验结果见表10 。
2. 2. 3 矿粉、粉煤灰双掺配合比试验,总取代量为20 %、30 %、40 % ,其中,矿粉、粉煤灰所占比例分别为3 Ø7 ,5 Ø5 ,7 Ø3 ,配合比材料用量见表11 ,试验结果见表12 。
3 试验结果分析
3. 1 对水泥净浆流动度的影响
由表4 可知,单掺粉煤灰,减水率为负值,随着粉煤灰掺量的增大,需水量增加,说明粉煤灰改善浆体流动性的效果较差,这是由于粉煤灰较大的比表面积需水量较高的原因;单掺矿渣微粉,掺量10 %、20 %时,减水率为正值,是因为矿渣微粉的微颗粒效应,增加了水泥颗粒之间的润滑作用,增大了浆体的流动性,随着矿渣微粉掺量的增大,减水率为负值,是因为矿渣微粉比表面积较大,表面润湿需水量较高的缘故;粉煤灰、矿渣微粉与高效减水剂双掺,由图1 可知,在一定的掺量范围内(粉煤灰20 %、矿粉30 %) ,粉煤灰、矿渣微粉对水泥净浆流动性的影响不大,掺量增大,减水率明显减少,说明粉煤灰、矿渣微粉的掺加有一个限量。
3. 2 对混凝土物理性能的影响
(1) 对混凝土坍落度及坍落度损失的影响由试验结果可知,不论单掺粉煤灰、矿渣微粉,还是粉煤灰、矿渣微粉复合使用,混凝土的坍落度得到提高,和易性得到改善,坍落度损失减少,混凝土可泵性得到提高,但是,单掺矿渣微粉,混凝土表面存在轻微泌水现象,常压泌水率有所增加,单掺粉煤灰,超量取代,混凝土的粘度增大,粉煤灰、矿渣微粉复合使用,混凝土的和易性明显得到提高。
粉煤灰、矿渣微粉可改善混凝土的和易性,是因为粉煤灰、矿渣微粉的“形态效应”,粉煤灰、矿渣微粉的颗粒直径显著小于水泥颗粒直径,它在新拌混凝土浆体中起到润滑作用,因此,提高了混凝土的流动性;粉煤灰、矿渣微粉可减小混凝土坍落度损失,是因为: ①粉煤灰、矿渣微粉的掺入有延长混凝土凝结时间的作用,从而使混凝土坍落度经时损失减少;②掺粉煤灰、矿渣微粉的新拌混凝土具有良好的黏聚性,且泌水性小,其大比表面积对水份的吸附作用,起到保水作用,减缓水份的蒸发速率,因此有效的抑制混凝土坍落度损失。③粉煤灰、矿渣微粉可取代部分水泥,因此降低了混凝土中单位体积水泥用量,减缓了水泥水化物的产生,减缓胶凝体系的凝聚速率,从而使新拌混凝土的坍落度损失获得抑制。
(2) 对混凝土强度的影响
由试验结果可知,单掺粉煤灰,等量、超量代水泥,混凝土的3 天、7 天、28 天明显低于基准混凝土;单掺矿渣微粉,在一定掺量范围内,混凝土的早期强度有所降低,28 天强度接近基准混凝土;粉煤灰、矿渣微粉复合使用,28 天抗压强度分析见图2 。
由图2 可知,1 、粉煤灰、矿粉按不同比例复合,水泥取代率在小于30 %时,28 天抗压强度接近基准混凝土,掺量40 %时,28 天抗压强度明显降低,不能满足配合比要求;2 、水泥取代率30 %时,粉煤灰、矿粉以7 :3 的复合比例,等量取代水泥,混凝土28 天抗压强度达到最大值,基本接近基准混凝土。
粉煤灰、矿渣微粉均为活性矿物掺和料,二者的填充效应、微集料效应、在碱性激发剂作用下的火山灰效应,均可增加混凝土的密实性,提高混凝土的后期强度,由于粉煤灰的活性较低,活性物质含量较少,火山灰效应较迟缓,因此,掺粉煤灰混凝土的强度发展较慢,早期强度较低,矿渣微粉具有比粉煤灰更大的化学内能和化学活性,因此,矿渣微粉混凝土的中后期强度高于粉煤灰混凝土。粉煤灰、矿渣微粉复合使用,可发挥二者的强度互补效应,对硬化混凝土,早期发挥矿渣微粉活性高、火山灰效应较快,后期发挥粉煤灰的缓慢火山灰效应,改善浆体和集料的界面结构,使混凝土结构密实,强度持续提高。
4 结论
(1) 用P. O32. 5R 水泥,掺加本地产Ⅱ级粉煤灰、矿渣微粉,掺量不大于30 %、等量取代水泥,配制C30 混凝土从技术、经济角度上是可行的。
(2) 单掺粉煤灰,混凝土的早、中期强度增长较慢,单掺矿渣微粉,混凝土泌水现象增大,黏度提高,不利于混凝土泵送施工。
(3) 粉煤灰、矿渣微粉复合使用,等量取代水泥,在一定掺量范围内,可充分发挥二者的优势互补效应,提高混凝土的和易性及中、后期强度,并且存在一个最佳复合比例。
参考文献:
[1] 吴中伟,廉慧珍. 高性能混凝土[ M] . 北京: 中国铁道出版社,1999.
[2] 张雄. 矿渣微粉对减水剂效果影响及其作用机理[J ] . 混凝土,1999 , (6) :34～36.
