粉煤灰、矿粉掺合料对低强度等级混凝土的强度及和易性的影响.pdf

2 0 1 4年 第 1 O期 ( 总 第 3 0 0期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 O l 4 ( T o t a l No 3 0 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 1 0 0 2 5 粉煤灰、 矿粉掺合料对低强度等级混凝土的强度 及和易性的影响 李源 ，贾磊 ，马清波 ( 1 石家庄经济学院，河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ；2 河北建设勘察研究院，河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ) 摘要： 粉煤灰和矿粉是低强度等级混凝土中最主要的掺合料 、 在未加掺合料的 C 3 0 混凝土基础上， 将粉煤灰 、 矿粉在混凝土中 单掺或双掺， 并以若干组不同掺量的粉煤灰、 矿粉对混凝土不同龄期的强度和和易性变化进行研究。 试验结果表明： 粉煤灰对提高预 拌混凝土的和易性效果极好， 但混凝土的早期 、 中期强度发展缓慢， 矿粉相对粉煤灰对混凝土各龄期强度发展较快 ， 但和易性差于粉 煤灰 ， 二者双掺混凝土后各龄期强度及拌合物和易性均较好 ， 最佳比例为水泥质量的 3 0 4 0 。 关键词 ： 混凝土 ；粉煤灰 ；矿粉；强度 ；和易性 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0 9 3 0 3 I n f l u e n c e o f f l y a s h， s l a g p o w d e r on t h e w o r k a b i l it y a n d s t r e n g t h o f l o w - g r a d e c o n c r e t e u Y u a n ， J L 4 L c J ， MA Q i n g b o ( 1 S h ij i a z h u a n g U n i v e r s i t yo f E c o n o mi c s ， S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 3 1 ， C h in a ； 2 H e b e i R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C o n s t r u c t i o n a n d G e o t e c h n i c a l I n v e s t i g a t i o n ， S h i j i a z h u ang 0 5 0 0 3 1 ， C h in a ) Ab s t r a c t ： F l y a s h a n d mi n e r a l p o wd e r i s t h e ma i n a d mi x t u r e s o f l o w- g r a d e c o n c r e t e I n t h i s p a p e r ， the wo r k a b i l i t y a n d s t r e n g t h o f c o n c r e t e wh e n mi x i ng u p ny a s h， s l a g p o wde r o r t wo ki n ds o fmi ne r a l a d mi x t u r e s i n the c o n c r e t e wi thou t a dm i x t u r e s are l e a r n e dI n t he pr o c e s s of ana l ys i s， the e x p e r i me n t s are ma d e b y the s e v e r a l gro u ps of d i ffe r e n t p r o p o r t i o n o f f l y a s h an d s l a g p o wd e r Re s u l t s s ho we d tha t the a d - mi x t u r e o f fl y a s h h a v e b e R e r e f f e c t o n i mp r o v i n g the wo r k a b i l i ty o f c o n c r e t e tha n s l a g p o wd e r ，the e a r l y and me d i u m c o mp r e s s i v e s t r e ng t h gro ws s l o we r whe n mi x up fl y a s hwh e n s l a g po wd e r i s s i n g l y mi x e d up i n the c o n c r e t e， the e a r l y s tre n g t h， me di u m s tre n g t h and t h e l a t e s t r e n g t h i s o b v i o u s l y h i g h e r than s i n g l y mix i n g up n y a s h ， b u t the wo r k a b i l i ty i s l o wer t h a n mi x i n g up n y a s h T h e wo r k a b i l i ty and e a c h a g e of s tre n g t h are be t t e r wh e n mi x i n g u p tw o ki n ds o fmi ne r a dm i x t u r e s And t he mos t a p pr op r i a t e p r o po rti o n o fmi x i n g i s 3 0- -40 Ke y wo r d s ： c o n c r e ； n ya s h ； s l a gp o wd e r ； s t r e n g t h ； wo r k a b i l i ty 0 引言 混凝土作为建筑材料 的历史非常久远 ， 现如今已作为 最重要 的结构材料影响和塑造现在建筑 。 目前全世界每年 生产 的混凝 土材料超 过 1 0 0 亿 t ， 在混凝土 中如 掺加一些 活性矿物掺合料取代部分水泥可起 到节约资源成本 、 降低 能量消耗 、 改善混凝土的工作性能的作用。 粉煤灰 和矿粉均为火山灰质活性掺合料 ， 且 均为工业 废料收集加工而成 ， 成本 明显低 于水 泥。 粉煤灰和矿粉 的 化学成分都含有大量活性 S i O ： 及 A 1 2 0 ， ，在潮湿 的环境 中 与 C a ( O H) 等碱性物质发生化学反应 ， 生成水 化硅酸钙 、 水化铝酸钙等胶凝物质， 能起到改善混凝土强度的作用1 】 。 两种材料中都存在粒径很小的微珠颗粒， 极细小的微珠相 当于活泼 的纳米材料 ， 这些颗粒可以改善混凝土的和易性 。 掺合料的颗粒极细 ， 掺加在混凝土中可明显起到改善水泥 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 4 2 3 基金项 目：河北省科学技术研究与发展指导计划项目( 1 1 2 3 7 1 7 4 ) 颗粒的空隙， 增加混凝土 的密实程度的特点嘲 。 但矿粉价格 较粉煤 灰高 ， 具有独 自水化水硬的特点 ， 粉煤灰只有在硅 酸盐水泥的激发作用下才会有强度 ， 在配制混凝 土时应充 分发挥各 掺合 料的特点 ， 使混凝 土的强度 、 经济性 和和易 性均能保证 。 低强混凝土一般指 C 4 0以下的混凝土 ， 笔者在未加掺 合料 的 C 3 0 混凝土中掺人不同比例( 取代水泥质量 的百分 比) 的粉煤灰 、 矿粉 ， 通过单掺或双掺的方法对不同掺量的 混凝土的强度 、 和易性进行 了试验研究。 1 原材料 1 1水 泥 采用石家庄远程建材有 限公司生产的 P O 4 2 5 级水 泥 ， 其 主要物理性能见表 1 。 93 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 水泥物理力学性能 1 2 粉煤灰 采用华能上安电厂生产的I I 级粉煤灰 ， 其主要物理性 能见表 2 。 表 2 粉煤灰物理力学性能 1 3碲 采用石家庄远程建材有限公司生产 的 $ 9 5 矿粉 ， 各种 性能合格 ， 其 主要物理性能见表 3 。 表 3 矿粉物理力学性能 1 。4砂 和 毛寺 采用 细度模 数为 2 - 3 的天然 I I 区中砂 ， 1 0 2 0 mm单 粒级配石子 ， 其主要物理性能见表 4 、 5 。 表 4 砂子物理力学性能 1 5高效缓凝减水剂 采用河北育 才建 材有限公司生产 的 S G K 1 6高效缓 凝减水剂 ， 掺量为 2 。 坍落度增加值为 1 8 0 mm， 坍落度损 失 1 h后为 1 8 0 m m， 初凝时间为 9 0 mi n ， 2 8 d 抗压强度 比 为 1 0 8 。 表 6 高效减水剂性能 2 试验研 究 ( 1 ) 本试验以低强度等级 C 3 0 混凝土为研究对象采用 多组配合比来研究混凝土掺合料单掺、 复掺时的混凝土性 质的变化， 所采用 C 3 0 混凝土基准配合比为表 7 。 表 7 G 3 0混凝土配合比 实测该混凝土配合 比的强度和坍落度值为表 8 。 94 表 8 C 3 0混凝土拌合物的坍落度及各龄期实测强度 各龄期实测平均强度 MP a 坍落度 n l n l 3 d 7 d 2 8 d 6 0 d 出机坍落度 1 h 后坍落度 单掺或双掺不同比例矿粉、 粉煤灰( 水泥取代量 ) 时混 凝土的强度、 坍落度如表 9 、 1 0 、 1 1 。 表 9 单掺粉煤灰的混凝土试验配合比及强度 表 1 1 双掺粉煤灰 、 矿粉混凝土试验配合比及强度 取代水泥3 d 抗7 d 抗 2 8 d抗 6 0 d 抗出机1 h 后 编号 比例 压强度 压强度 压强度 压强度 坍落度 坍落度 矿粉 粉煤灰 MP a MP a MP a MP a m m mm 3 试验数据 分析 从试验数据可 以分析得到 当在混凝土 中只掺人粉煤 灰时 ， 其和易性得到 明显 的改善 ， 1 h 坍落度损失较小 ， 当 粉煤灰掺量增加 ， 混凝土坍落度变大 、 且坍落度损失越来 越小 。 混凝土 的抗压强度随着粉煤灰掺量的大致变化趋 势 如图 1 所示。 从图 1 中可以发现， 3 、 7 、 2 8 d 强度都明显低于 未加掺合料 的混凝土强度_ 3 J ， 6 0 d强度与未掺掺 合料的混 凝土强度差距较小， 且当粉煤灰掺量约为 3 0 时， 其 6 0 d 强度与未掺掺合料的混凝土大致相 当。 总体来说 ， 混凝土 中掺入粉煤灰后 ， 混凝土前期强度低于未掺掺合料时的混 凝土 ， 后期的强度增长稍快于原混凝土 ， 且和易性变好 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉 煤 灰 掺 量 图 1 单掺粉煤灰 C 3 0混凝土抗压强度 当在混凝土中单独掺矿粉时， 混凝土工作性能得到一 定改善， 但坍落度损失相对掺粉煤灰时较大问 。 随着矿粉取 代水泥量的增加， 混凝土的坍落度一定程度上在变大， 但坍 落度 损失明显差于单掺粉煤灰 ， 容易 出现泌水现象 。 混凝 土经过养护后抗压强度 的具体变化如 图 2 所示 。 从图 2中 可 以看出 ， 单掺矿粉时前期和后期混凝 土强度 明显较单掺 粉煤灰强度高 ， 6 0 d的强度基本与基准混凝土相当 ，矿粉 取代部分水泥 中后期强度增长快于基准混凝土 ， 掺量大致 在 3 0 4 0 时强度甚至超过混凝土强度。 5 0 日 40 室 蓑3 0 2 0 l 0 l 5 20 25 30 j 4U 4， 矿粉掺量 ， 图 2 单掺矿粉 C 3 0混凝土抗压强度 对比同掺量的粉煤灰和矿粉混凝土， 可以发现二者在混 凝土的作用是不同的， 粉煤灰能够显著提高混凝土的和易性 ， 但强度增长相对慢 ， 矿粉对于混凝土强度 的增长显著优于粉 煤灰 ， 但单独掺人大量矿粉容易产生泌水现象 ， 且矿粉相对 造价较高。 为了达到强度、 和易性和经济性的要求应考虑将 二者同时掺在混凝土中。 通过试验结果得到双掺时 1 h 坍落 度变化值较小 ， 拌合物无泌水性 。 双掺时混凝土各龄期抗压 强度变化情况如 图 3 6 所示 ， 双掺时不 同配合 比混凝土早 期抗压强度低于基准混凝土 ， 取代 比例越 高强度越低 。 2 8 d 强度达到设计强度值的 1 0 9 1 3 2 ， 6 0 d 强度达到设计强 度值的 1 1 0 1 5 0 ， 且总体取代量在 3 0 - 4 0 时， 混凝土 抗压强度较高 ， 超过 4 0 MP a ， 与基准混凝土 6 0 d 强度相 当。 5 O 4 0 萋3 0 2 0 1 0 1 5 2 0 2 5 粉煤灰占水泥的掺量 图 3 矿粉掺量为水泥 1 5 时双掺混凝土抗压强度 l O 1 5 20 25 粉煤灰占水泥的掺量 图 4 矿粉掺量为水泥 2 O 时双掺混凝土抗压强度 5 0 日40 星 30 2 0 10 1 5 2 0 2 5 粉煤灰占水泥的掺量 图 5 矿粉掺量为水泥 2 5 时双掺混凝土抗压强度 量 篓 蔷 签 2 30 21 O 1 9 0 1 70 l 5 0 口单掺1 5 掺合料时混凝土坍落度 口单掺2 0 掺合料时混凝土坍落度 -单掺3 0 掺合料时混凝土坍落度 -单掺4 0 掺合料时混凝土坍落度 单掺粉 煤灰 单掺矿 粉 掺合料类 别 图6 单掺粉煤灰或矿粉坍落度对比图 4结 论 混凝土作为最重要的土木工程材料应 同时保证 它的 强度 、 经济性及和易性 ， 矿粉较粉煤灰价格较 高， 但二者价 格 均低 于水 泥 。 为改善混凝 土的上 述性质 ， 可以在 混凝 土 中加入一定 的掺合料来实现 。 本试验在 C 3 0混凝土 中以单 掺或双掺的形式掺加不同比例粉煤灰 、 矿粉， 配制若干组 混凝土试样 ，通过试验研究加入掺合料后的强度和性质 ， 可得到如下结论 ： ( 1 ) 混凝土中加入一定 比例的掺合料可改善混凝土的和 易性 ， 增加混凝土坍落度及减少坍落度损失 ， 掺合料较多和 易陛稍高， 其中粉煤灰对改善混凝土的和易性效果优于矿粉。 ( 2 ) 单独掺入粉煤灰或者矿粉 时 ， 早期 强度增 长速度 较慢 ， 但 中后期强度相对较好 ， 能够达到设计 强度要求 ， 且 矿粉对混凝土 中后期强度的增长快于粉煤灰 。 ( 3 ) 使用粉煤灰和矿粉双掺的方法能有效的综合二者 的优点， 混凝土坍落度高于同比例掺量的单掺矿粉的混凝 土坍落度， 抗压强度高于单掺粉煤灰的指标 ， 混凝土的两 项最重要的指标均得到了合理改善网 。 经试验数据分析 ， 掺 下转第 9 8 页 95 l ，皂 暇出 d d I 篱 辖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 于泡孔的封闭及分布状况、 孔径大小及形状、 密度等因素 ， 当泡沫混凝土以适当尺寸 的封闭圆孔为主时 ， 有利于导热 系数的降低 。 在氧化钙加入量小 于 0 2 时 ， 泡沫混凝土保 温板 的密度 、 导热 系数均呈不显著上升趋势 ， 制 品密度变 化小 ， 泡孔孔径变化不大 ， 其导热性能变化也不显著 ； 氧化 钙加入量 达到 0 3 时 ， 温度调节能力 已显著 ， 此条件有利 于合适孔径的泡孔形成， 且制品的表观密度达到标准， 因此， 泡沫混凝 土保温板的导热系数降低 ； 继续加入氧化钙掺量 大于 0 4 ， 其 导热系数逐渐降低 ， 氧化 钙加入量增大 后 ， 提高制备温度 ， 影响发泡过程 ， 在发泡过程 中可能产生孔 径过大及连通泡孔， 降低了泡沫混凝土保温板的导热系数。 0 0 8 4 一 O 082 0 080 县 ； 惴 曲 07 07 07 07 0 7 0 6 U U 1 U 2 U j U 4 U ， 氧化钙掺量 图 4 氧化钙掺量对导热 系数的影响 3结 论 ( 1 ) 本试验利用 氧化钙 遇水放 热的原 理 ， 实现了常温 下泡沫混凝 土保温板 的制备工艺。 ( 2 ) 氧化钙掺量 的增加 ， 对泡沫混凝土保温板表观密 度的下降和抗压强度的升高影响较显著， 对其体积吸水率 和导热系数的影响相对较小。 ( 3 ) 常温发泡泡沫混凝土保温板 的制备过程 中， 氧化 钙的加入量不宜过多 ， 否则会导致发泡失败 。 试验中 ， 综合 上接第 9 2 页 参考文献： 1 陈波， 张亚梅， 陈胜霞， 等 橡胶混凝土性能的初步研究f J 混凝 土， 2 0 0 4 ( 1 2 ) ： 3 7 3 9 2 】于利刚， 刘岚， 余其俊， 等 废橡胶胶粉对砂浆混凝土性能的影 响【 J 】 _广东建筑材料报 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 9 - 1 1 3 王刚， 杨慧， 张磊， 等 橡胶粒径对橡胶混凝土抗压强度的影响叨 路 基工程， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 2 8 1 3 0 【 4 周梅 ， 函， 艾丽， 等 考察泡沫混凝土保温板 的各项性能 ， 氧化钙 的适宜掺量为 固体粉料总量的 0 2 。 参考文献 ： 1 周明杰 ， 王娜娜 ， 等 泡沫混凝土的研究和应用最新进展【 昆凝 土 。 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 0 4 1 0 7 2 1李文博泡沫混凝土技术现状及其发展动态分析 J 】 _ 价值工程 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 9 7 9 9 【 3 】王朝强 ， 谭克锋 ， 等 我 国泡沫 混凝土的研究现状 J 】 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 5 7 6 1 【 4 蒋晓曙， 李莽 泡沫混凝土的制备工艺及研究进展l J I 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 4 2 1 4 4 【 5 刘阳 ， 王睛 ， 许峰 泡 沫混凝土的制备及多功 能性 J _ 混凝 土 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 1 2 0 1 2 4 6 】李龙珠 ， 唐惠东 ， 等刑 用正交试验法研究泡沫混凝土制备工艺 对其强度的影响l J 1 混凝土， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 2 3 2 4 【 7 】徐文 ， 刘兴亚， 朱清华外墙外保温用化学发泡泡沫混凝土板的 试验研究lJ J 混凝土， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 1 3 1 1 3 4 【 8 徐文， 钱冠龙， 等用 化学方法制备泡沫混凝土的试验研究 J 混 凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 - 4 9 贺彬 ， 等 轻质泡沫混凝土的吸水率研究 新型墙材 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 2 4- 26 1 0 周顺鄂， 卢忠远， 严云 泡沫混凝土导热系数模型研究【 N 材料导 报， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 3 ) ： 6 9 7 1 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 谷亚新 ( 1 9 6 9 一 ) ， 女 ， 博士研究生， 教授 ， 主要从事保温 材料的研究及改性。 沈阳市浑南新区浑南东路 9号 沈阳建筑大学材料学 院( 1 1 0 1 6 8 ) 1 3 0 3 2 46 3 4 7 6 凝土与水泥制品， 1 9 9 7 ( 1 ) ： 1 0 1 1 【 6 朱涵新型弹性混凝土的研究综述【 J J 天津建设科技报， 2 0 04( 2 ) 35 - 3 7 作者简介 性能的影响叨 建 联系地址 筑材料学报， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 5 ) ： 5 6 3 5 6 7 【 5 宋少民， 刘娟红， 金树新 ， 等橡胶粉 l虫为高韧性混凝土研究叨 混 上接第 9 5页 合料 的比例高于 4 5 时中、 后期强度较基准混凝土有所降 低， 但坍落度较高 ， 且总体掺合比例在 3 0 4 0 时， 强度 与和易性均较好。 因此， 工程中需使用 C 3 0 等低强度等级 混凝土时 ， 可以采用上述 比例配制双掺混凝 土。 参考文献： 1 李崇智， 周文娟建筑材料【 M 】 北京： 清华大学出版社， 2 0 0 9 ： 3 4 3 6 【 2 】2 肖佳， 陈雷 掺合料对 C 6 0高效性能混凝土力学性能影响 低 温建筑技术 ， 2 0 1 1 ， 4 ( 3 ) ： 1 0 1 2 3 池召坤， 赵贤 混凝土粉煤灰、 矿粉的应用叨 工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ： 98 联 系电话 乔卫 国( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 博士 ， 教授 ， 博导 ， 主要从事岩体 加固理论与应用技术的教学、 科研工作。 山东省青岛开发区前湾港路 5 7 9号 山东科技大学土 木建筑学院( 2 6 6 5 9 0 ) 1 3 78 9 8 7 91 8 7 7 8 6 -7 8 8 【 4 刘娟红大掺量矿物掺合料混凝土强度与耐久性能研究【 J 1 粉煤 灰综合利用 ， 2 0 1 1 ， 4 ( 1 ) ： 1 2 1 5 5 5 周群， 王章夫， 杨宝忠 优质活性矿物掺合料“ 功能效应” 的合理 应用 J 昆凝土 ， 2 0 0 2 ， 1 2 ( 1 ) ： 5 8 6 0 作者简介： 联系地址： 联系电话 ： 李源( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 硕士， 讲师。 河北省石家庄市槐安东路 1 3 6 号 石家庄经济学院 勘查技术与工程学院( 0 5 0 0 3 1 ) 1 3 0 0 8 7 46 8 2 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m