摘 要:商品混凝土的经济效益与混凝土配合比有关,通过大量试验证明,增加粉煤灰及矿渣含量能降低商品混凝土的成本。介绍了试验过程及原理,以期在实践中推广。
关键词:商品混凝土;高掺;强度
中图分类号: TQ178 文献标识码: A
目前,我国普遍推广商品混凝土,是因为它具有环保、质量稳定等优点。为了提高商品混凝土的经济效益,作者通过试验,在不改变混凝土强度和其它性能的情况下高掺粉煤灰等掺合料降低成本,取得了一定的经济效益。本文介绍了配制C40 商品混凝土的过程并作了详细分析。
1 试验原材料
( 1 ) 水泥: 鄂州雷山P. O 42. 5R 水泥。3 d 强度30. 3MPa , 28 d 强度64. 2MPa; 标准稠度用水量P = 27. 7% ; 安定性和初凝、终凝时间合格。
( 2 ) 粉煤灰: 葛店热电厂粉煤灰公司Ⅱ级粉煤灰, 烧失量7% , 细度为过0. 045 筛, 筛余量20% ; 需水量比105%。
( 3 ) 矿渣: 鄂钢磨细高炉矿渣,细至比表面积为4 000 cm2 / g。
( 4 ) 高效缓凝减水剂: 黄石市砼辉新型建材厂TH - 02。
( 5 ) 石子: 铁山石灰石矿产碎石, 最大粒径25mm; 含泥量0. 8% ; 泥块含量0. 3% ; 针片状含量2. 1%。
( 6 ) 砂: 湖北浠水巴河产中砂, 细度模数2. 3;含泥量2. 6% ; 泥块含量0. 7%。
2 试验过程
2. 1 粉煤灰的活化
粉煤灰的活化包括物理活化和化学活化两种方法。
2. 1. 1 物理活化
物理活化指的是球磨粉煤灰。粉煤灰中玻璃颗粒是火山灰活性的主要来源, 粉煤灰中的玻璃体是以玻璃为主的多相复合颗粒, 这种玻璃质颗粒外层由一层坚硬的玻璃外壳包裹, 阻碍了粉煤灰活性的产生。通过球磨, 可改善粉煤灰表面特性,粉碎大的颗粒体, 改善粉煤灰的级配, 使更多的玻璃颗粒露出,从而提高粉煤灰的活性,一般粉煤灰的比表面积在6 000 ～7 000 cm2 / g较好。同时,由于在机械力作用下,粉煤灰的聚集状态颗粒被分散,级配得到改善,所以球磨也不会增加标准稠度用水量,其结果如表l所示。
注:水泥∶粉煤灰= 70 ∶30;水胶比为0. 44;胶砂比为1 ∶2. 5。
2. 1. 2 化学活化
只凭借球磨来提高粉煤灰的活性是有限的,对此可采用一种碱性溶液作为激发剂, 喷洒在粉煤灰上,陈化1 d 后再球磨至所需要的细度(比表面积为6 000 ～7 000 cm2 / g) ,其性能如表2 所示。
注:水泥∶粉煤灰= 70 ∶30;水胶比为0. 44;胶砂比1 ∶2 . 5。
由表2 可知, 化学激发粉煤灰活性的作用是显著的。这是由于碱作用于粉煤灰表面后, 粉煤灰玻璃体中的Al—O、Al—Si—O、Si—O 键断裂,粉煤灰表面活性大大增加, 加入水泥后断裂键使粉煤灰与水泥水化产物Ca (OH ) 2 迅速反应,生成CSH 及CAH ,同时也大大加快了水泥的水化,使早期强度增加[ 1 ] 。由于粉煤灰的水化是长时间的过程,其后期强度也不会下降。
2. 1. 3 矿渣及减水剂的加入
由表2 可以看出, 虽然粉煤灰在物理及化学激发下活性大大提高, 但它的标准稠度用水量却比较大,在大掺量粉煤灰的情况下,为达到所需的坍落度要加入更多的水, 这将影响混凝土的强度[ 2 ] 。为此,我们采用加入矿渣和减水剂的方法来降低其需水量如表3 所示[ 3 ] 。
矿渣本身具有较小的需水量, 即具有减水的功能,加入矿渣后标准稠度用水量降低; 但这并不能满足实用的要求, 加入少量的减水剂后可以满足要求,即标准稠度用水量小于28%。单独使用矿渣会产生泌水现象,而与粉煤灰混用,不仅可降低标准稠度用水量,而且还克服了泌水的缺点。
2. 2 配合比设计
通常情况下, 设计粉煤灰- 矿渣混凝土的程序为: 先按普通水泥混凝土设计水灰比,再按一定的增量系数用粉煤灰和矿渣取代水泥配制粉煤灰- 矿渣混凝土。但由于粉煤灰和矿渣的来源不一,质量难以保证, 因此采用上述方法效果不理想。
对此我们采用一种新方法, 它不仅可以用于单组分的掺合料, 对多组分掺合料的配合比设计也是行之有效的。即将水泥矿渣和粉煤灰按预定的比例共取540 g,再按水胶比为0. 44、胶砂比为1 ∶2. 5 取水和砂子, 进行28 d 的胶砂强度试验,然后根据28 d 的胶砂强度, 按JGJ55 - 2000 进行混凝土配合比设计。
2. 2. 1 胶砂的强度
试验结果表明, C40 混凝土中, 水泥、粉煤灰(活化) 、矿渣与高效缓凝减水剂, 较好的比例为39. 64 ∶20 ∶40 ∶0. 36 , 其早期强度较高, 后期强度可以达到42. 5 级水泥的强度如表4 所示。
注:标准稠度用水量为27. 9%。
2. 2. 2 配合比设计
根据以上结果, 按JGJ55 - 2000 计算, 配制C40 所需的W /C为0. 42 ,依据泵送需要, 选定用水量为180 kg /m3 。砂率为42% , 外加剂TH —02为胶凝材料的2. 5%[ 4 ] 。设计配合比如表5 所示。
根据以上混凝土试配结果, 选定W /C = 0. 42时所对应的配合比, 即可配制出C40 的混凝土,且早期强度不低, 有利于早期拆模。同时对比只经磨细处理的粉煤灰和原状粉煤灰按W /C 为0. 42配合比(为达到相同的坍落度,高效缓凝减水剂的用量分别为胶凝材料的2. 5%和3. 0% ) 所得的结果,可见未经化学活化的粉煤灰配制的混凝土早期强度低, 一般混凝土中未经化学活化的粉煤灰要到8 ～28 d 后,其潜在活性才开始加速激发,因此后期强度才逐渐赶上。C40 混凝土配合比设计如表5 所示。
注: 4号采用只经磨细处理的粉煤灰, 5号采用原状粉煤灰。
3 经济分析
目前,市售42. 5R 普通硅酸盐水泥价格为450 元/ t,磨细矿渣为300 元/ t,粉煤灰为90元/ t,粉煤灰活化处理的费用为50 元/ t,粉煤灰磨强费用为10 元/ t, 高效减水剂为2 300 元/ t, 水为2元/ t,砂为40 元/ t, 石子32 元/ t。对于普通混凝土,根据JGJ55 - 2000 计算, C40 混凝土水泥用量为428 kg /m3 (鄂州P ·O42. 5R 水泥) , 高效缓凝减水剂用量为胶凝材料的2. 5% ,水用量180 kg /m3 ,砂用量为778 kg /m3 ,石子用量为1074 kg /m3(即配合比0 ) 。选用相同施工坍落度配合比进行经济比较,结果如表6 所示。
综合考虑施工和经济因素,配合比2 较好。
4 结束语
用物理和化学方法激活并复合矿渣、高效缓凝减水剂的粉煤灰配制的泵送混凝土具有较高的早期强度,且后期强度并不降低。采用掺多种掺合料配制泵送混凝土的新方法,已在实践中应用。
参考文献
[ 1 ] 孙振平,蒋正武,范建东,等. 氨基磺酸盐高性能减水剂的合成及应用[ J ]. 硅酸盐学报, 2005 ( 7) : 864- 867
[ 2 ] 俞海勇,吴丹虹. 大掺量粉煤灰绿色高性能混凝土系统的构筑开发[ J ]. 上海建材, 1998 (1) : 17 - 19
[ 3 ] 中国建筑科学研究院. GB50119 - 2003混凝土外加剂应用技术规范[ S ]. 北京:中国建筑工业出版社,2003
[ 4 ] 中国建筑科学研究院. JGJ55 - 2000普通混凝土配合比设计规程[ S ]. 北京: 中国建筑工业出版社,2001
