復(fù)合微粉對混凝土性能的影響

復(fù)合微粉對混凝土性能的影響

隨著現(xiàn)代水泥混凝土技術(shù)的發(fā)展，礦渣作為原料的混合材料已成為混凝土中不可或缺的一部分。礦渣和粉煤灰作為輔助原料廣泛應(yīng)用于水泥混凝土。鋼渣與硅酸鹽水泥熟料具有相似的礦物組成,也具有水硬活性,可用作水泥混合材,但由于其易磨性較差,使其活性不能充分發(fā)揮出來,并且鋼渣中存在大量的f-CaO和MgO,如控制不當(dāng)易使水泥混凝土產(chǎn)生安定性不良的后果。近幾年鋼渣在水泥混凝土領(lǐng)域的利用已引起重視,對于鋼渣的水硬活性及其激發(fā)和摻鋼渣粉水泥混凝土的性能,不少學(xué)者在此方面做了有益的研究。但目前鋼渣與其它輔助膠凝材料復(fù)合摻合料在水泥混凝土中的應(yīng)用研究還很少,開展鋼渣-礦渣-粉煤灰復(fù)合摻合料對水泥混凝土性能影響的研究,對于提高鋼渣在水泥混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用有較高的實用價值。1原材料和配合比1.1礦粉、粉煤灰和鋼渣的化學(xué)組成及活性指數(shù)原材料包括:水泥(C):寶山42.5普通硅酸鹽水泥;細(xì)骨料:中砂,細(xì)度模數(shù)為2.7;粗骨料:碎石,5mm～25mm連續(xù)級配;復(fù)合微粉(CP):由礦粉、粉煤灰和鋼渣按比例復(fù)合而成。其中礦粉(GGBS)為梅鋼礦粉,密度2.90g/cm3,細(xì)度(45μm篩余)1.0%,比表面積400m2/kg;粉煤灰(FA)為梅鋼公司原狀灰,細(xì)度(45μm篩余)36%;鋼渣粉(SS):由梅鋼鋼渣磨細(xì)制得,比表面積為523m2/kg。礦粉、粉煤灰和鋼渣的化學(xué)成分見表1,水泥膠砂強度及礦粉、粉煤灰和鋼渣的活性指數(shù)見表2。減水劑:Mighty-100萘系高效減水劑;自來水。1.2,0.65摻復(fù)合微粉混凝土試驗的水膠比分別為0.35,0.45,0.55,0.65。復(fù)合微粉等量替代水泥,采用25%～60%不同的替代率配制C25～C60混凝土,混凝土的配比見表3,其中B0,B-3,B-4用于測試混凝土的干燥收縮及氯離子滲透性能。2土長期性能和耐久性能測試粉煤灰、礦粉、鋼渣及復(fù)合微粉的活性指數(shù)按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005標(biāo)準(zhǔn)中活性指數(shù)測試方法測定,混凝土抗壓強度按《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2002進(jìn)行測試,干燥收縮試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》GBJ82-85進(jìn)行測試。氯離子滲透系數(shù)參照《混凝土耐久性設(shè)計與施工指南》CCES01-2004中NEL法進(jìn)行測試。Cl-滲透深度采用色差顯示法測定。步驟如下:尺寸為100mm×100mm×400mm的混凝土試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后,表面風(fēng)干,除留有一面外,其余各面用石蠟密封然后放入濃度為10%的NaCl溶液中浸泡,未封臘的一面朝上,至不同齡期取出試塊,破型以測定Cl-滲透深度。每次切除的厚度約50mm,破型后剩余試塊用石蠟將切斷面封好,放入NaCl溶液內(nèi)直到下一個試驗齡期。將劈開的試塊置于烘箱,105℃烘干30min后取出,立即噴涂熒光劑,然后噴涂Ag(NO3)2溶液,在滲透界面描出界線。在中間位置平均取10個點量取Cl-滲透深度d。計算各試驗齡期的平均Cl-滲透深度dt=∑d/10。3試驗結(jié)果及分析3.1復(fù)合膠凝材料圖1為摻復(fù)合微粉混凝土抗壓強度隨齡期的變化規(guī)律,結(jié)果表明,不論何種水膠比和摻量下,混凝土的強度均隨齡期增長而顯著提高。從圖1可看出,摻復(fù)合微粉混凝土的后期強度增長幅度或發(fā)展?jié)摿γ黠@高于普通混凝土,且混凝土強度等級和摻量愈高,這種發(fā)展?jié)摿τ?。這種增強效應(yīng)隨養(yǎng)護(hù)齡期和強度等級的增加而明顯提高。這主要是因為摻合料的火山灰反應(yīng)將吸收水泥熟料水化產(chǎn)生的Ca(OH)2,減少了混凝土中因Ca(OH)2存在而產(chǎn)生的薄弱環(huán)節(jié)。另外,在混凝土中復(fù)摻礦渣、粉煤灰及鋼渣微粉,可使鋼渣和粉煤灰、礦渣粉的活性得到相互激發(fā),發(fā)揮出這幾種潛在活性的輔助性膠凝材料的活性,提高混凝土的強度。圖2顯示了各齡期下混凝土強度隨復(fù)合微粉摻量的變化規(guī)律,從圖2可看到,在齡期7d時,除水膠比為0.35,摻量為30%的混凝土強度比基準(zhǔn)混凝土稍高外,摻復(fù)合微粉混凝土的強度均隨復(fù)合微粉摻量的增加而明顯降低。當(dāng)齡期為28d和90d時,不論何種水膠比下,均存在一個最佳摻量值,其混凝土強度最大,且該值有隨水膠比增大而提高的趨勢。水膠比為0.65、0.55、0.45和0.35的混凝土,當(dāng)復(fù)合微粉摻量分別在65%、60%、55%和50%內(nèi),摻復(fù)合微粉混凝土的90d強度均高于基準(zhǔn)混凝土;當(dāng)復(fù)合微粉摻量分別在65%、60%、45%和40%內(nèi),摻復(fù)合微粉混凝土的28d強度均高于基準(zhǔn)混凝土。這表明,為了配制相同強度等級的混凝土,其強度等級愈低,復(fù)合微粉的摻量可愈大。3.2復(fù)合微粉對混凝土早期收縮的影響圖3為復(fù)合微粉對混凝土干燥收縮的影響?？煽吹綋郊訌?fù)合微粉可有效減小混凝土的干燥收縮,摻加25%和50%復(fù)合微粉混凝土60d的收縮分別為基準(zhǔn)混凝土的83%和86%,而1d的收縮率分別僅為基準(zhǔn)混凝土的25%和40%,這對提高混凝土的早期抗裂性能是十分有利的。復(fù)合微粉可以降低混凝土早期收縮的最主要原因是摻合料中含有鋼渣,鋼渣中的f-CaO遇水將水解形成Ca(OH)2,并產(chǎn)生一定的體積膨脹,從而對混凝土早期干縮起到一定的補償作用。同時,在混凝土中摻加鋼渣復(fù)合摻合料并不會引起混凝土的安定性問題,這是因為在復(fù)合鋼渣摻合料中磨細(xì)鋼渣粉占摻合料總量的比例不大,在混凝土中帶入的f-CaO量較小,復(fù)合微粉中粉煤灰可以改善鋼渣水泥的安定性,已有研究表明低鈣粉煤灰可以明顯的抑制由于摻入鋼渣而引起的硬化水泥漿體的膨脹。3.3復(fù)合微粉混凝土的堿離子擴散能力圖4為同水膠比條件下?lián)綇?fù)合微粉混凝土的氯離子滲透深度隨時間的變化規(guī)律。從圖4可看到,摻加復(fù)合微粉后混凝土的抗氯離子滲透性能顯著提高,在NaCl溶液中浸泡56d后,摻加25%和50%復(fù)合微粉混凝土的抗氯離子滲透性分別為基準(zhǔn)混凝土的75%和67%,浸泡180d后,分別達(dá)到了71%和72%。這與復(fù)合微粉的活性效應(yīng)有關(guān),隨齡期的增長,礦粉、粉煤灰及鋼渣粉與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生二次反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物填充孔隙并堵塞貫通的毛細(xì)孔通道,使水泥粉煤灰漿體的孔徑細(xì)化、孔隙曲折度增加,連通的孔隙減少,從而使得混凝土的抗?jié)B性得到提高也即提高混凝土阻礙Cl-滲透擴散的能力;此外由于礦粉、粉煤灰的物理吸附和二次水化產(chǎn)物的物理化學(xué)吸附作用也使混凝土對Cl-有較大的固結(jié)能力。圖5為同水膠比時,用NEL測得的摻復(fù)合微粉混凝土的氯離子擴散系數(shù)?？煽吹?摻復(fù)合微粉后混凝土的氯離子擴散系數(shù)均有所降低,養(yǎng)護(hù)齡期為28d的摻25%和50%復(fù)合微粉的混凝土氯離子擴散系數(shù)分別為基準(zhǔn)混凝土的78.4%和73.8%,這與顯色法測得的氯離子滲透深度的結(jié)果是一致的。4復(fù)合微粉混凝土應(yīng)符合以下條件(1)在同水膠比下,鋼渣-礦粉-粉煤灰復(fù)合微粉等量取代水泥后,混凝土7d強度低于普通混凝土的強度,但后期強度發(fā)展高于普通混凝土,當(dāng)復(fù)合微粉摻量不大于45%時,其2