礦渣_粉煤灰及減水劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

1、第26卷第6期 2006年11月孝感學(xué)院學(xué)報(bào)JOURNAL OF XIAOGAN UNIVERSITY礦渣、粉煤灰及減水劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響張慶芳,謝翠珍(孝感學(xué)院土木工程系,湖北孝感432000)摘 要:利用礦渣和粉煤灰這些工業(yè)廢渣及其活性特點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。該試驗(yàn)所研究的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,選用42.5強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥,通過(guò)對(duì)八種方案進(jìn)行試配,測(cè)試分析混凝土的性能和混凝土四個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度,通過(guò)對(duì)各種配合比的礦渣粉煤灰混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土同齡期抗壓強(qiáng)度的對(duì)比分析,找出理想的礦渣粉煤灰混凝土的配合比?？偨Y(jié)了每種方案中最佳配合比摻量。關(guān)鍵詞:粉煤灰;?；郀t礦渣;減水劑;

2、硅灰;混凝土抗壓強(qiáng)度中圖分類號(hào):TU502 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671 2544(2006)06 0091 04目前,在土木工程中,國(guó)內(nèi)外大量使用的還是普通強(qiáng)度的混凝土,全國(guó)混凝土澆注量約20億立方米,其中大約95%以上屬于C20,C30,C40強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土。粉煤灰作為排放量最大的工業(yè)廢料,在我國(guó)目前的排放量每年已超過(guò)億噸,雖然利用率與國(guó)際一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)已處于前列,但利用水平較低,目前我國(guó)粉煤灰的利用率只有40%左右,大部分粉煤灰仍未利用,這些粉煤灰不僅污染環(huán)境,還要占用土地堆放,因此要充分利用粉煤灰,解決粉煤灰對(duì)環(huán)境的影響。鑒于摻礦渣、粉煤灰混凝土的開(kāi)發(fā)利用日益受到國(guó)內(nèi)

3、外混凝土工作者的重視,特別是伴隨著高效減水劑品種的不斷涌現(xiàn),更促進(jìn)了這一研究工作的開(kāi)展。另外,為了充分利用本地區(qū)的粉煤灰廢料,發(fā)揮地區(qū)優(yōu)勢(shì),讓粉煤灰、礦渣在混凝土工程中充分發(fā)揮其作用。同時(shí)在混凝土中摻入粉煤灰,不僅可以節(jié)約水泥,更重要的是改善了混凝土的性能。概括地說(shuō),粉煤灰在混凝土中有三種效應(yīng),能減少混凝土的需水量而提高了和易性、提高混凝土的耐久性、提高抗?jié)B能力,減少收縮、降低內(nèi)部溫升、提高抗拉強(qiáng)度、抑制混凝土中的大堿集料反應(yīng)、抗硫酸鹽侵蝕、減少泌水效果;由于礦渣具有比粉煤灰更高收稿日期:2006 09 08的活性,而且品質(zhì)及均勻性更易保證,在混凝土中摻入礦渣,能降低混凝土的水化熱,改善混凝土

4、的絕熱溫升,使混凝土的結(jié)構(gòu)更密實(shí),提高抗?jié)B性及對(duì)海水、酸及硫酸鹽的抗化學(xué)侵蝕能力,具有抑制堿-集料反應(yīng)的效果等1。1 試驗(yàn)材料與方案1.1 試驗(yàn)原材料由中建三局新型材料廠生產(chǎn)的萘系FDN高效減水劑,采用外加入法。本試驗(yàn)所用水泥系黃石華新水泥廠生產(chǎn)的42.5強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法 (ISO法)(GB/T17671 1999)規(guī)定,配制一組膠砂強(qiáng)度試件,在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至齡期,測(cè)定其力學(xué)性能都符合標(biāo)準(zhǔn)。粗骨料采用黃石鐵山生產(chǎn)的級(jí)配良好的碎g=1383kg/m,視密度 og石,碎石的堆積密度3=2.70g/cm采用武漢下巴河的河沙,該砂為潔凈、級(jí)配良3好的中砂,

5、表觀密度 os=2.65g/cm,堆積密度3作者簡(jiǎn)介:張慶芳(1966 ),女,湖北廣水人,孝感學(xué)院土木工程系教師,碩士。91張慶芳,謝翠珍s=1440kg/m,其細(xì)度模數(shù)為2.77,符合 區(qū)級(jí)配要求。3%的三乙醇胺磨,經(jīng)球磨機(jī)磨細(xì)活化的礦渣比表3面積為:4500cm2/g,視密度 ok=2.35g/cm。本試驗(yàn)采用的硅灰是來(lái)自武漢鋼鐵公司鐵合金廠生產(chǎn)的。1.2 試驗(yàn)方案本試驗(yàn)采用磨細(xì)粉煤灰和?；郀t礦渣作為混凝土摻合料,并以等量代替的方式進(jìn)行,試驗(yàn)采用41種配合比,以比較各方案的物理力學(xué)性能,得出最佳的配合比方案(見(jiàn)表1)。粉煤灰是來(lái)自青山熱電廠干排的二級(jí)粉煤灰,經(jīng)粉磨后的比表面積為:600

6、0cm2,視密度 of=2.1g/cm3。本試驗(yàn)所用礦渣是武漢鋼鐵公司冶金渣廠的粒化高爐礦渣,先把礦渣中的雜質(zhì)去掉,烘干后的礦渣放入球磨機(jī)中粉磨,再加5%的石膏和0.05配比(%)水泥 礦渣 粉煤灰 90509050508055805580559050500105010401035101035020301050040101010351010503020表1 試驗(yàn)方案方案序號(hào)12345678硅灰摻量(外摻)(%)000000010減水劑(%)00000111水灰比(W/C)砂率(%)35353535353535352 試驗(yàn)結(jié)果2.1 試件制作本試驗(yàn)采用以上原材料,用42.5強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水

7、泥,配制強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土,其水灰比為W/C=0.53(或0.42)采用多種方案配制出7d、14d、28d、60d等不同齡期的混凝土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。2.2 混凝土強(qiáng)度的測(cè)定為便于觀察分析,將八種方案的混凝土計(jì)算配合比每立方米混凝土拌合料、各齡期的抗壓強(qiáng)度、八種方案每種方案中的最佳配合比匯總成列入表2和表3。從試驗(yàn)的八個(gè)試驗(yàn)方案結(jié)果比較,表6的四個(gè)方案:粉煤灰10%+礦粉35%;粉煤灰10%+礦粉35%減水劑;單摻粉煤灰30%+減水劑;礦粉20%+粉煤灰30%+減水劑+硅灰(外摻)10%,其14d、28d、60d齡期的抗壓強(qiáng)度均超過(guò)基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度。92用方案4所配制的混凝土,其7d、14d

8、、28d、60d共4個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度分別為27.4MPa、38.6MPa、40.6MPa、45.1MPa,除7d齡期強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土外,其他3個(gè)齡期均超過(guò)基準(zhǔn)混凝土。用方案6所配制的混凝土,其7d、14d、28d、60d四個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度分別為42.3MPa、43.8MPa、46.3MPa、47.0MPa,4個(gè)齡期均超過(guò)基準(zhǔn)混凝土。用方案7所配制的混凝土,其7d、14d、28d、60d4個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度分別為35.5MPa、39.0MPa、39.8MPa、42.5MPa,除7d齡期強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土外,其他3個(gè)齡期均超過(guò)基準(zhǔn)混凝土。用方案8所配制的混凝土,其7d、14d、28d、60d4個(gè)齡

9、期的抗壓強(qiáng)度分別為37.2MPa、38.7MPa、40.0MPa、44.4MPa,4個(gè)齡期均超過(guò)基準(zhǔn)混凝土。采用這幾個(gè)方案,既可節(jié)約水泥,保護(hù)環(huán)境,又可提高強(qiáng)度,增加流動(dòng)性,因此可廣泛適用。礦渣粉煤灰及減水劑的作用機(jī)理分析:混凝土強(qiáng)度的提高,關(guān)鍵在于提高混凝土的密實(shí)性及生成物的強(qiáng)度,而摻粉煤灰及礦渣具有以下特點(diǎn)?；钚孕?yīng),由于雙摻礦渣及粉煤灰,礦渣和粉煤灰的化學(xué)成分不同,活性成分含量的差異,同時(shí)礦渣和粉煤灰中活性SiO2在水化過(guò)程中與水泥礦渣、粉煤灰及減水劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響表2 混凝土試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度匯總表編號(hào)A 0A 1B 1B 2B 3B 4B 5C 1C 2C 3C 4C 5D 1D

10、2D 3E 1E 2E 3E 4E 5E 6F 1F 2F 3F 4F 5G 1G 2G 3G 4G 5G 6H 1H 2H 3H 4I 1I 2I 3配比(%)硅灰摻量(%)000000000000000000000000000000000000101010砂率(%)353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535抗壓強(qiáng)度(MPa)表2 混凝土最佳配合比方案方案序號(hào)A 04678摻量名稱及百分比粉煤灰10%+礦粉35%粉煤灰10%+礦粉35%+減水劑單摻粉煤灰30%+減水劑礦粉20%+

11、粉煤灰30%+減水劑+硅灰(外摻)10%5435201054水化釋放出的Ca(OH)2反應(yīng),這一反應(yīng)的主要生成物是硅酸鈣類水化物;礦渣和粉煤灰中活性Al2O3與水泥中與Ca(OH)2、SO3生高強(qiáng)的成鈣釩石,鈣釩石具有一定的微膨脹作用,可以補(bǔ)償制品的化學(xué)干縮,從而提高密實(shí)度和抗?jié)B性。微集料效應(yīng)2,由于混凝土中粗細(xì)骨料間有大量空隙是由水泥顆粒來(lái)填充的,粉煤灰和礦渣的粒徑比水泥小,因而進(jìn)一步填充水泥顆粒間的空隙,使其密實(shí),因而能提高混凝土的強(qiáng)度。同時(shí)可使在水泥顆粒間的水分得以釋放,成為自由水,從而提高混凝土的流動(dòng)性。形態(tài)效應(yīng)3,粉煤灰顆粒中有80%以上是玻璃微珠和多孔玻璃體,在拌合時(shí)起到獨(dú)特的 滾

12、珠軸承 和 解絮 作用,因而粉煤灰在混凝土中有減水作用及密實(shí)作用,從而提高混凝土的強(qiáng)度。極細(xì)的粉煤灰在混凝土中具有良好的和易性。93張慶芳,謝翠珍減水劑的作用機(jī)理分析:由于減水劑的減水作用,降低了水膠比,減少了混凝土水分蒸發(fā)后給混凝土留下孔隙,同時(shí)能改善水泥的分散度,從而可以提高其水化程度、增進(jìn)其微觀結(jié)構(gòu)的密實(shí)性,也就提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。水泥與水拌合后,有強(qiáng)烈的絮凝趨勢(shì),即顆粒間的范德華力、帶相反電荷顆粒的靜電引力、水子或水化物間的強(qiáng)烈引力,絮凝過(guò)程使水泥顆粒形成一個(gè)開(kāi)口網(wǎng)架,網(wǎng)孔中有一些水,這部分水不能摻入水泥的水化。為了使水與水泥接觸良好,必須防止水泥顆粒絮凝處于高度分散狀態(tài),而減水劑

13、具有以下功能:使顆粒間產(chǎn)生斥力;在水泥顆粒間形成潤(rùn)滑膜;分散水泥顆粒,釋放水泥顆粒束縛的水;抑制水泥顆粒表面的水,使更多的水用于拌合物流動(dòng);改變水化物的形態(tài);形成空間障礙,避免顆粒間接觸。因此加減水劑增大混凝土的強(qiáng)度,特別是提高了混凝土的早期強(qiáng)度,同時(shí)提高混凝土的和易性。為高性能混凝土下的定義是:高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土,是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。高性能混凝土不僅是對(duì)傳統(tǒng)混凝土技術(shù)的重大突破,而且在節(jié)能、節(jié)料、工程經(jīng)濟(jì)、勞動(dòng)保護(hù)及環(huán)境等方面具有重要意義,是一種環(huán)保型、集約型的新型材料,并為建筑工程自動(dòng)化準(zhǔn)備條件。

14、此外,有人預(yù)言未來(lái)混凝土的發(fā)展方向是聚合物混凝土,這是依據(jù)聚合物混凝土在近期內(nèi)研究和應(yīng)用情況以及其本身所具有的特性而言的。粉煤灰、礦渣及減水劑勢(shì)必會(huì)滲透到高性能混凝土、聚合物混凝土中來(lái)。參 考 文 獻(xiàn)1 董維佳,覃理利.礦渣微粉粉煤灰微觀分析比較研究.粉煤灰,2001,(5):17 19.2 蔣家?jiàn)^.礦渣微粉在水泥混凝土中的應(yīng)用的概述.混凝土與水泥制品,2002,(3):3 6.境保護(hù),2000,(3):49 51.3 應(yīng)用進(jìn)入21世紀(jì)后,根據(jù)有關(guān)學(xué)者預(yù)言近期混凝土發(fā)展的主要方向是高性能混凝土。吳中偉院士InfluenceofFlyAsh,SlagandWater reducingAgentontheCompressionStrengthofConcreteZHANGQing fang,XIECui zhen(DepartmentofCivilEngineering,XiaoganUniversity,Xiaogan,Hubei432000,China)Abstract:Inthispaper,industrywasteresiduessuchasslagandf