礦渣摻合料對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土性能的影響

礦渣摻合料對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土性能的影響

0礦渣摻合料對(duì)混凝土力學(xué)和抗沖強(qiáng)的影響阿利泰硫酸鈉是一種新型水泥，通過將硫酸鈉堿性材料引入傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥原料體系而成。本文就目前常用的礦物摻合料——礦渣,對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土力學(xué)、抗?jié)B和抗凍性能的影響進(jìn)行了較詳細(xì)的研究,探討了礦渣摻合料對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律以及作用機(jī)理,并將其與普通硅酸鹽水泥混凝土的性能進(jìn)行了對(duì)比分析,為阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。1測(cè)試1.1水泥熟料的制備水泥:P·O52.5R級(jí)水泥(下文簡(jiǎn)稱P水泥)產(chǎn)自山東山水集團(tuán)有限公司;硫鋁酸鋇鈣水泥為試驗(yàn)室自制,采用山東淄博齊銀特種水泥有限公司生產(chǎn)的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料,摻加5%天然二水石膏,粉磨至200目篩篩余量<6%,制得阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥(下文簡(jiǎn)稱L水泥)。礦渣:為濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)公司鮑德爐料有限公司產(chǎn)的高爐礦渣微粉,比表面積約為400m砂子:中粗河砂,細(xì)度模數(shù)為2.6~2.7,含泥量小于1%,II區(qū)級(jí)配,有機(jī)物含量合格。石子:碎石,5~25mm連續(xù)級(jí)配。拌和及養(yǎng)護(hù)用水:普通自來(lái)水。兩種水泥和礦渣的物理性能測(cè)試結(jié)果見表1。1.2聯(lián)合競(jìng)爭(zhēng)與試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)和方法1.2.1《配合比設(shè)計(jì)》參照J(rèn)GJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。參照基準(zhǔn)配合比,按表2所示各材料用量,分別配制3組普通硅酸鹽水泥混凝土(P系列)和阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土(L系列)試樣。1.2.2試件與測(cè)試方法參照DL/T5150—2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行?？箟簭?qiáng)度試驗(yàn)用試件尺寸為100mm×100mm×100mm;抗?jié)B試驗(yàn)采用頂面直徑175mm、底面直徑185mm、高150mm的截頭圓錐體試件。試件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),抗凍試驗(yàn)采用快凍法。SEM測(cè)試采用日立S-2500掃描電鏡,孔結(jié)構(gòu)分析采用康塔Poremaster-60測(cè)孔儀。根據(jù)試拌試驗(yàn),確定試驗(yàn)室的最佳配合比為水泥∶砂∶石子∶水=398∶630∶1223∶199,用水泥質(zhì)量10%、20%、30%的礦渣進(jìn)行取代,所得配合比見表3。2結(jié)果與討論2.1礦渣混凝土早期強(qiáng)度按表3所列配合比成型8組混凝土試樣,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期,測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。結(jié)果如表3所示。由表3可以看出,對(duì)于兩種混凝土,摻加礦渣均降低早期強(qiáng)度(1、3d),而提高28d強(qiáng)度;對(duì)于相同配合比,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度均高于普通混凝土同齡期的強(qiáng)度。礦渣早期水化速率較慢,混凝土的早期強(qiáng)度主要取決于水泥,摻加礦渣使水泥的相對(duì)含量降低,一次水化產(chǎn)物量較未摻礦渣的混凝土少,早期強(qiáng)度降低;而水化到后期,由于水泥水化產(chǎn)物的激發(fā)作用,礦渣的水化加速,形成了較多的二次水化產(chǎn)物,使后期強(qiáng)度提高。2.2礦渣混凝土對(duì)滲透系數(shù)的影響按表3所列配合比成型8組混凝土抗?jié)B試樣,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28d齡期,每組6個(gè)試樣,測(cè)其滲水高度,取6個(gè)數(shù)據(jù)的平均值,得到的結(jié)果見表4。由表4看出,對(duì)于兩種混凝土,摻加礦渣后,相對(duì)滲透系數(shù)均明顯降低,混凝土的抗?jié)B性得到明顯改善;對(duì)于摻加礦渣的試樣,相對(duì)滲透系數(shù)隨著礦渣摻量的增加而增大,抗?jié)B性能逐漸降低;相同配合比,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗?jié)B性明顯優(yōu)于普通混凝土。礦渣加到混凝土中以后,一方面礦渣顆粒本身填充孔隙,堵塞連通孔通道,提高混凝土的密實(shí)性,另一方面,礦渣二次水化產(chǎn)生的C-S-H進(jìn)一步密實(shí)了混凝土結(jié)構(gòu)2.3強(qiáng)度測(cè)試按表3所列配合比成型8組100mm×100mm×100mm的混凝土試樣共108塊,水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28d,進(jìn)行凍融試驗(yàn),25次為一個(gè)循環(huán),每組取3塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試,同組數(shù)值取平均值,得試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5看出:對(duì)于兩種混凝土,礦渣的摻入可明顯改善混凝土的抗凍性能;對(duì)于摻加礦渣的試樣,隨著礦渣摻量的增加,抗凍性能逐漸增強(qiáng);凍融循環(huán)次數(shù)相同,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗凍性能優(yōu)于普通混凝土。由于混凝土體系可看作是連續(xù)級(jí)配的顆粒堆積體系,粗集料間隙由細(xì)集料填充,細(xì)集料間隙由水泥顆粒填充,水泥顆粒之間的間隙,則由更細(xì)的顆粒來(lái)填充。另一方面,眾所周知,水泥石中的凝膠孔孔徑小(1.5nm),冰點(diǎn)極低,因此凝膠孔中的水實(shí)際上并不結(jié)冰2.4礦渣摻量對(duì)混凝土細(xì)度的影響為了更進(jìn)一步研究礦渣的加入對(duì)兩種混凝土性能的影響,對(duì)摻加礦渣水化28d的混凝土試樣進(jìn)行SEM和孔結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果見圖1和圖2。由圖1可見,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的結(jié)構(gòu)較為致密,內(nèi)部孔的數(shù)量較少。摻入的礦渣可與水泥水化釋放的Ca(OH)由圖2可見,隨礦渣摻量增加,混凝土水化樣的孔結(jié)構(gòu)分布的均勻性得到改善,且孔徑范圍多集中在無(wú)害孔區(qū)域(孔徑<50nm);相同礦渣產(chǎn)量,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土中有害孔的數(shù)量明顯少于普通混凝土。礦渣微粉可起到填充水泥顆粒間隙的微集料作用,使混凝土形成細(xì)觀層次的自緊密體系,孔徑相對(duì)較小,孔徑分布良好,避免形成連通的毛細(xì)孔。小直徑孔越多、孔分布越均勻,則混凝土的抗壓強(qiáng)度,耐久性能越好,這與SEM分析結(jié)果一致。3礦渣參與混凝土抗壓強(qiáng)度摻加礦渣,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的1、3d強(qiáng)度降低,28d強(qiáng)度提高,對(duì)于相同配合比,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度均高于普通混凝土同齡期的強(qiáng)度。礦渣的加入可明顯改善混凝土的抗?jié)B和