摘 要:本文通過在混凝土中用較大摻量的粉煤灰、礦渣粉取代水泥后對其強(qiáng)度及使用性能的影響進(jìn)行研究,結(jié)果表明大摻量摻合料的使用會(huì)明顯改善混凝土的工作性能,水膠比較小時(shí)7天強(qiáng)度不會(huì)降低,反而略有提高。通過對膠凝材料的水化熱進(jìn)行檢測也支持以上結(jié)論。大摻量粉煤灰、礦渣粉等工業(yè)廢料在混凝土中應(yīng)用具有廣闊前景,可促進(jìn)節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境。
關(guān)鍵詞:摻合料;礦粉;粉煤灰;抗壓強(qiáng)度;混凝土
1 前言
混凝土是當(dāng)前用量最大的建筑材料,一直以來給人們的印象都是重污染、高能耗。據(jù)統(tǒng)計(jì),2012年我國水泥產(chǎn)量達(dá)到21.84億噸,2012年商品混凝土總產(chǎn)量達(dá)到88817萬m3。因此提高混凝土中摻合料比例、降低水泥用量對節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義。追求節(jié)能減排和耐久性上升為混凝土技術(shù)追求的主要目標(biāo)[1]。
較低水膠比時(shí),大摻量摻合料對混凝土的耐久性明顯改善已經(jīng)得到許多研究的證實(shí),混凝土中摻入20%粉煤灰和30%礦渣粉對提高混凝土的抗氯離子滲透性有明顯效果[2,3],礦物摻合料復(fù)元組合能降低早期(3d)強(qiáng)度及提高混凝土后期強(qiáng)度增進(jìn)率[4]。但在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí),很多技術(shù)人員都認(rèn)為大摻量摻合料對混凝土強(qiáng)度是有較大影響的,這種觀念也限制了摻合料在混凝土中的大規(guī)模使用。針對大摻量摻合料對混凝土強(qiáng)度和使用性能的影響,進(jìn)行了一些研究,以期促進(jìn)大摻量摻合料混凝土的應(yīng)用。
2 實(shí)驗(yàn)原材料選用說明
目前應(yīng)用最廣泛的摻合料是;郀t礦渣粉和粉煤灰。粒化高爐礦渣粉(以下簡稱礦渣粉)一般分為S105、S95、S75三個(gè)等級,本實(shí)驗(yàn)采用其中產(chǎn)量及使用量最大的S95級礦渣粉。粉煤灰分為I級、II級、III級,其中I級粉煤灰活性高,質(zhì)量好,對混凝土的強(qiáng)度影響小,是可以真正實(shí)現(xiàn)大摻量的粉煤灰。但目前I級粉煤灰的供應(yīng)量小,實(shí)際應(yīng)用少,研究的指導(dǎo)意義較小,因此選用目前可大量供應(yīng)的II級粉煤灰。為了更好地研究大摻量摻合料對混凝土的工作性能的改善效果,進(jìn)一步擴(kuò)大低品質(zhì)原材料的應(yīng)用范圍,本實(shí)驗(yàn)采用細(xì)度模數(shù)較小、含泥量較高的砂和含泥量較高的卵石。
3 原材料檢測情況
骨料:細(xì)骨料選用湘江產(chǎn)中砂,細(xì)度模數(shù)2.3,含泥量1.8%,泥塊含量0.2%,堆積密度1540 kg/m3。粗骨料選用湘江產(chǎn)5mm~31.5mm連續(xù)級配卵石,含泥量0.8%,泥塊含量0.2%,堆積密度1670kg/m3,針片狀含量1%,壓碎值9%。
水泥:湖南雙峰海螺水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥(見表1)
摻合料:礦渣粉選用湖南泰基建材有限公司生產(chǎn)的S95級;郀t礦渣粉,比表面積425m2/kg,密度2.86g/cm3,流動(dòng)度比100%,7d活性指數(shù)83%,28d活性指數(shù)103%。粉煤灰選用益陽電廠的II級粉煤灰,細(xì)度18%,燒失量6.8%,需水量比97%,含水率1.0%。
減水劑:石家莊克羅曼建材有限公司生產(chǎn)的KLM-J聚羧酸高性能減水劑,減水率為26.8%。
4 試驗(yàn)方法
粉煤灰應(yīng)用已經(jīng)很成熟,但因其對混凝土的早期強(qiáng)度及碳化速度影響較大,一般推薦摻量控制在20%以內(nèi);礦渣粉具有較高的潛在活性,摻量范圍較大。采用礦渣粉、粉煤灰雙摻技術(shù),兩種材料的火山灰效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)相互疊加,充分發(fā)揮二者的“優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)”,使混凝土的坍落度增加,和易性變好,粘聚性變好,泌水得到改善。在水化過程中,改變混凝土中水化產(chǎn)物的組成,可改善水泥石的界面結(jié)構(gòu)和截面區(qū)的性能,并提高后期強(qiáng)度的增長率。本實(shí)驗(yàn)采用礦渣粉30%,粉煤灰15%的摻量對配合比進(jìn)行設(shè)計(jì),該摻量也符合JGJ55《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中對復(fù)合摻合料最大摻量的規(guī)定。從C25至C50按正常配合比(16%礦渣粉,12%粉煤灰)及大摻量摻合料配合比(礦渣粉30%,粉煤灰15%)進(jìn)行試配,控制兩者的膠凝材料總量及砂石用量一致,減水劑摻量一致,通過調(diào)整混凝土的用水量,在保證每組混凝土的坍落度初始值為210mm±10mm的條件下,對比兩組配合比的性能。
5 試驗(yàn)結(jié)果及分析
大摻量摻合料配合比的實(shí)際水膠比都低于標(biāo)準(zhǔn)配合比,因?yàn)闊o論是粉煤灰還是礦渣粉,都具有一定的減水效果,提高摻量可適當(dāng)降低混凝土的用水量。
大摻量摻合料配合比混凝土的3d強(qiáng)度基本上都低于標(biāo)準(zhǔn)配合比的混凝土3d強(qiáng)度。因?yàn)閾胶狭先〈嘁鹚磻?yīng)速度下降,所以摻入較高摻合料的混凝土在水膠比接近的情況下,早期強(qiáng)度會(huì)有所偏低,但因摻合料的適當(dāng)減水效果,降低的幅度并不是很大,特別是C35、C40混凝土3d強(qiáng)度降低很少。
大摻量摻合料混凝土的7d強(qiáng)度,基本等同于標(biāo)準(zhǔn)配合比的混凝土,甚至在水膠比較小的情況下還有所提高,是因大摻量摻合料配合比中礦渣粉的用量較高,礦渣粉反應(yīng)速度較快,對混凝土7天強(qiáng)度影響較大所致。
水膠比低于0.45時(shí),大摻量摻合料混凝土的28天強(qiáng)度反而高于標(biāo)準(zhǔn)配合比。該區(qū)間正是混凝土強(qiáng)度為C30以上等級的區(qū)間,也是應(yīng)用數(shù)量最多的混凝土的強(qiáng)度區(qū)間。因此大摻量摻合料混凝土的應(yīng)用前景和社會(huì)效益是十分明顯的。
所有強(qiáng)度等級的混凝土提高摻合料的摻量,混凝土的坍落度損失都明顯減小,工作性能明顯改善。隨著商品混凝土的推廣,混凝土運(yùn)輸時(shí)間加長,施工時(shí)間也延長。如何在越來越劣質(zhì)化的原材料條件下保證混凝土的良好工作性能是擺在混凝土技術(shù)人員面前的大難題。通過增加混凝土中摻合料的用量既可改善了混凝土的工作性能,又能保證混凝土的強(qiáng)度符合要求,還節(jié)約資源降低成本,可以說是一舉數(shù)得。值得注意的是,因礦物摻合料的性質(zhì),滯后性水化,對工程結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)要求比較高。如果工程養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和濕度不夠,結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度相差較大。因此攪拌站在使用大摻量礦物摻合料配比時(shí),必須和工地進(jìn)行很好的溝通,指導(dǎo)工地做好混凝土早期以及后期的養(yǎng)護(hù)工作[5]。
對膠凝材料水化熱分析的結(jié)果也支持以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論。采用美國TAM AIR型號微量熱儀進(jìn)行熱量跟蹤檢測,在水膠比為0.45,20℃恒定溫度下檢測以下不同組成膠凝材料的72h(3d)和168h(7d)水化放熱速率和總放熱量。(表2、表3)
對以上膠凝材料水化熱檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,摻入摻合料的膠凝材料3天水化速度都有不同程度的下降,峰值降低,但摻入較多礦渣粉的膠凝材料7d水化熱反而升高,說明礦渣粉在早期就參與水化反應(yīng),也印證了上述實(shí)驗(yàn)中,大摻量摻合料混凝土的7d強(qiáng)度和28d強(qiáng)度在水膠比小于0.45時(shí)就基本無下降反而升高的現(xiàn)象。
6 結(jié)論
6.1在出機(jī)坍落度相近的情況下,提高混凝土中摻合料的比例,混凝土3d強(qiáng)度會(huì)略有下降;
6.2在礦渣粉摻量30%,粉煤灰摻量15%,出機(jī)坍落度相近且水膠比低于0.45的情況下,混凝土的7d、28d強(qiáng)度不會(huì)下降,甚至略有提高;
6.3采取粉煤灰、礦渣粉雙摻的方法,提高摻合料用量可顯著改善混凝土的工作性能,降低混凝土的坍落度損失。
6.4要降低膠凝材料的水化熱,宜采用大摻量的粉煤灰,使用礦渣粉降低水化熱的效果遠(yuǎn)不及粉煤灰好。
參考文獻(xiàn):
[1]宋少民,廉慧珍. 現(xiàn)代混凝土技術(shù)的哲學(xué)思考. 混凝土世界,2013,5,No.47,P32-38.
[2] 歐陽東,吳亭亭,黃華縣,傅浩,孔琳潔,易超. 雙摻海砂混凝土的性能研究. 混凝土,2012,9,No.275,P123-125.
[3] 盛之會(huì). 高速鐵路高性能混凝土抗氯離子滲透影響因素的探討. 混凝土,2012,5,No.271,P141-143.
[4] 周群,楊全忠,周堂貴,王章夫,鄭應(yīng)生.材料質(zhì)量與抗裂混凝土配合比設(shè)計(jì)和管理. 混凝土,2005,2,No.187,33-37.
[5] 李京紅.大摻量礦物摻合料在商品混凝土中的應(yīng)用.科技資訊,2006,NO.30,P36-37.