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第 3 6 卷第 8 期 2 0 0 7年 8月 化工技术与开发 Te c h n o l o g y& De v e l o p me n t o f C h e mi c a l I n d u s t r y Vo l 。 3 6 No 8 Au g 2 0 0 7 矿物掺合料的复合效应及对混凝土性能的影响 林育土 ， 2 ( 1 。 广西化工医药设计院， 广西 南宁5 3 0 0 0 3 ； 2 。 广西南宁鹏翔建设工程监理有限责任公司， 广西 南宁5 3 0 0 0 3 ) 摘要： 选用硅灰、 粉煤灰、 矿渣粉及偏高岭土等活性矿物掺合料， 控制活性掺合料的总掺量为胶凝材料的 4 0 等量取代水泥 ， 采取单掺、 双掺、 三掺的方式配制混凝土， 通过对比各组混凝土试样的力学性能、 抗腐蚀性能及 微观结构 ， 探讨活性矿物掺合料的复合效应以及对混凝土性能的影响。 关键词： 矿物掺合料； 复合效应 ； 混凝土 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号- 1 6 7 1 9 9 0 5 ( 2 0 0 7 ) 0 8 0 0 1 8 0 4 在混凝土材料中加入活性矿物掺合料， 可以节 约能源和资源， 有利于环境保护， 同时还能够提高混 凝土的抗压强度和耐久性能。 利用活性矿物掺合料配制混凝土是近年来该领 域研究的热点之一， 但大部分都采取掺合料组分超 量取代水泥的方法， 而在大掺量等量取代水泥配制 混凝土方面的研究相对较少 。本课题组曾研究采用 矿物活性掺合料超量取代配制 C 8 0以上的高性能 混凝土 j 。本实验主要采用硅灰、 粉煤灰、 矿渣粉 及偏高岭土作为活性矿物掺合料， 进行单掺、 双掺、 三掺等量取代水泥， 通过对各组试样的力学性能和 抗腐蚀性能以及微观性能的研究， 探讨多种矿物掺 合料的复合效应及其对混凝土性能的影响。 1 实验 1 1 实验材 料 水泥取 自广西 华宏 水泥 厂， 强 度等 级 为 P O 4 2 5 ； 细集料是广西 邕江七塘河砂， 细度模数为 2 9 ， 含泥量 2 4 8 ； 粗集料为广西武鸣碎石， 粒径 为 5 -2 5 r n n ， 压碎指标 8 ； 粉煤灰是广西 田东 电 厂生产的级粉煤灰， 比表面积为 4 6 5 m 2 k g ； 柳 钢提供的粒化高炉矿渣， 碱度系数为 1 ， 质量系数为 1 9 ， 磨至比表面积为 4 2 0 m2 k g I 1 ； 硅灰 由北京慕 湖外加剂有限公司提供， 粒径为 0 0 8 m， 堆积密度 为2 0 0 -2 5 0 r n I 3 ； 偏高岭土为南宁扶绥高岭土 脱水而得 ， 比表面积 1 2 7 2 m2 ， S i o 2和 o 3 含量在 9 0 以上； 高效减水剂为 U N F - 5型萘系高 效减水剂， 主要成分为 萘磺酸钠甲醛高缩聚物； 水 为普通淡水 。 1 。 2 配合比的设计 混凝土配合比设计关键是要保证? 昆 凝土满足施 工、 强度、 耐久性、 经济性 4 方面要求。以每 m 3 混 凝土用水量取 1 6 0 k g ， 水胶 比取 0 2 5进行试 配， 控 制混凝土试块的坍落度大于 1 8 0 n fi n ， 坍落度扩展 度控制在 4 0 0 6 0 0 I T l r n， 保证 昆 凝土拌和物具有 良 好的工作性。活性矿物掺合料的总掺入量为胶凝材 料的4 0 ， 取代系数为 1 0 。A为不掺矿物掺合料 的基准样， B 、 C 、 D为单掺试样， E 、 F为双掺试样 ， G、 H为三掺试样。配合比设计如表 1 所示。 表 1 混凝土拌和物的配合比 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 5 0 8 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 8 期 林育土： 矿物掺合料的复合效应及对混凝土性能的影响 1 9 2 性能测试 2 1 力学性能测试 按 G B - T5 0 0 8 1 2 0 0 2普通混凝 土力学性能试验 方法进行立方抗压强度的试验。各配方混凝土的 3 d 、 7 d 、 2 8 d的抗压强度测试结果见表 2 。 表 2 混凝土力学强度测试实验结果汇总 从表 2可以看出， 单掺试样 B、 C的 2 8 d 强度值 与基准样 A的测试值基本持平。双掺试样 D、 E 、 F ， 三掺样 G、 H的2 8 d强度均高于基准样， 尤其复掺 矿渣、 硅灰和复掺矿渣、 偏高岭土的 E 、 F试样， 2 8 d ( a )【 准 样】6 0 0 0 强度分别达到 9 6 0 MP a 和9 1 1 MP a 。 2 2 混凝土抗硫酸盐的实验 把 2 8 d龄期标准养护试块放人饱 和硫酸钠溶 液浸泡 2 0 h后 ， ( 1 0 5 5 ) 烘 4 h为一次循环。以 后每次放入饱和硫酸钠溶液浸泡 4 h ， ( 1 0 5 5 ) 烘 4 h 。如此循环 2 5次， 最后称其质量损失和测定其 强度损失， 检测结果如表3 所示。 表 3 试样质量和强度损失率汇总 试样编号 A B C D E F G H 质 量 蓼 失 1 0 0 5 0 6 0 6 0 3 0 5 0 4 0 3 强 失2 6 8 2 1 2 1 6 4 1 8 3 4 4 1 4 8 1 1 1 9 7 3 结果分析及机理探讨 3 1 矿物掺料的火山灰效应 活性掺合料所具有的火山灰效应是混凝土强度 等级提高 、 耐久性改善 的原因之一。活性矿物掺合 料没有独立水硬性 ， 它对混凝土的强度 贡献基于它 与水泥水化反应放出 的 C a ( 0 H) 2与高碱性水化硅 酸盐发生火 山灰反应( 即二次水化反应) 。 ( b )【 矿渣 +偏商岭 十】 x6 0 0 0 ( c )【 粉煤灰 +矿渣 ；偏 高岭士 】 6 0 0 0 图 1 养护 2 8 d试样 S EM图 啊圜啊瞄 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 化工技术与开发 第 3 6 卷 图 1为 A、 E、 F组试样 2 8 d龄期 的扫描 电镜 ( S E M) 图像。从图 1 中可以看到， 基准样图( a ) 中存 在结晶完好的C a ( O H) 2 ， 而掺有掺合料的图( b ) 、 ( c ) 中未明显看到 C a ( O H) 2 晶体存在。这说明活性矿 物细掺合料 的加入 ， 减少 了水泥石结构 中的 C a ( O H) 2 含量， 生成了更多的水化硅酸钙、 水化铝酸 钙和水化硫铝酸钙。活性矿物掺合料中的 S io 2 、 A 12 C h可以和水泥水化产生的 C a ( O H) 2 发生二次水 化反应， 生成强度更高、 稳定性更好的低碱度水化硅 酸钙凝胶体和水化铝酸钙， 从而改善水泥石中胶凝 物质的组成 ， 减少或消除 C a ( O H) 2 ， 从而促进 C 3 S 和 S 的水化， 形成了有利于水泥、 掺合料体系水化 的良性循环， 使水泥石中的水化凝胶体增多， 改善凝 胶的质量， 使硬化水泥浆体的结构不断地发展 2 。 各类掺合料对混凝土的影响作用有差异。粉煤 灰粒子外有致密的玻璃质外层， 故其参与二次水化 的时间较晚， 有资料 3 - 8 证明超细粉煤灰在 1 4 d 后 开始参与二次水化。单掺粉煤灰的 B组试样 2 8 d 实测强度也表 明， 粉煤灰 的火山灰活性在 2 8 d龄期 已起作用， 并且粉煤灰混凝土试体的耐压强度在很 长时期内仍有 大幅增 长。双掺 的 D试样 中用矿渣 取代了部分粉煤灰， 其 3个龄期的强度值均高于 B 试样 ， 这是因为含活性组分 C a O、 03 较多 的矿渣 在碱的激发作用下 ， 能在较低龄期时形成水化硅酸 钙及铝酸钙凝胶， 从而提高试件的早期强度， 即实现 各种活性矿物掺合料的优势互补。 偏高岭土属于人工火山灰中的烧粘土材料， 其 中所含的无定型 0 3 有很强的水化活性， 偏高岭 土有超级火山灰之称【 5 J 。从表 2 可以看到， 掺有偏 高岭土的 F组和H组试样的 7 d 耐压强度最高， 并 且保持了较高的2 8 d 强度增长率。 图 2为各混凝土试块 7 d相对 3 d的强度增长 率与 2 8 d相对 7 d强度增长率。如 图 2所示 ， 基准 样 A 在 37 d的 强度 增 长率 较 高， 达 到 了 5 7 4 2 ， 而 7 2 8 d的强 度增 长率较低， 仅 为 l 5 6 1 。这是由于基准样中水泥含量较高， 水泥熟 料矿物早期水化速度快， 因此早期强度较高。加入 掺合料等量取代了部分水泥后， 早期强度有所降低， 3 7 d的强度增 长率相对低于基准样 ， 但 7 2 8 d 的强度增长率明显高于基准样 ， 其中 E组 7 d 2 8 d 强度增长率达到 6 6 0 9 ， 表明掺合料的活性组分 参与了水化反应， 提高了混凝土的2 8 d 强度。 褂 要 嘿 A B C D E F G H 口7 d 3 d强度增长率 2 8 d 7 d 强度增长率 图 2 试块 强度增长 率对 照图 3 2 矿物掺料的微填充效应 混凝土是复杂多相体系， 极不容易达到组分的 均匀和各组成材料的紧密堆积。活性矿物掺料的加 入可以有效改善混凝土胶结材的级配。在混凝土体 系中， 粗集料与细集料形成混凝土的骨架， 水泥颗粒 粒径较小 ， 能填充在空隙中( 可称之为一级填充) ； 其 次， 粉煤灰、 矿渣填充在水泥颗粒形成的空隙中( 次 级填充) ； 适量更小的偏高岭土粒子、 硅灰粒子可以 进一步填充于矿渣或粉煤灰的间隙( 三级填充) ， 从 而得到高的密实度。从图 1 可以看到， 基准样( a ) 的 结构 比较疏松 ， ( b ) 、 ( c ) 图中则能明显看到微集料的 填充现象。 超细矿物掺合料的微填充效应还体现在掺合料 颗粒填充于水泥粒子间隙的絮凝结构中， 占据充水 空间， 而原来絮凝结构中的水被释放出来， 使浆体得 到稀化 J 。 表3的数据也能说明这一点。双掺样 D( 矿渣 + 粉煤灰) 、 E ( 矿渣+硅灰) 、 F ( 矿渣 + 偏高岭土) 的 2 8 d强度值 分别 为 7 8 5 MP a 、 9 6 0 MP a和 9 1 1 MP a ， 各组试样在抗硫酸盐侵蚀实验时的质量和强 度损失也有 明显差异。依照微填 充的观点， 试样 D 只有一级和次级填充 ， 而试样 E和 F同时存在 3个 级别的填充 ， 显而易见 ， 后者的结构较前者紧凑、 致 密， 这种组成材料堆积状态的差异间接由试样的强 度和耐久性反应出来。 3 3 矿物掺料的形貌效应 超细矿物掺合料的粒形、 表面光滑度及颗粒性 质对新拌混凝土性能的影响非常显著， 这种影响通 常称为矿物掺合料的“ 形貌效应” 。一般情况下， 粉 体颗粒越细， 其表面积越大， 故其达到一定流动度的 需水量就愈大。但是从试验结果来看， 在同样的试 验条件下， 有掺合组分的试样的坍落度与基准样相 加 如 m 0 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 8 期 林育土： 矿物掺合料的复合效应及对混凝土性能的影响 2 1 比并没有明显降低。图 3是粉煤灰和硅灰的 S E M 图像， 从 S E M 图上可以看到， 粉煤灰及硅灰颗粒表 面光滑且近似呈球形， 这些材料在水泥颗粒间可以 起到一种类似“ 滚珠” 的作用， 从而使混凝土拌合物 的流动性和及易性增加， 这就是矿物掺合料的“ 形貌 效应” 。 粉煤 灰 S E M 像5 0 0 硅灰 S E M 图像 5 0 0 图3 粉煤灰及硅灰的 s E M图像 3 4 混凝土的耐久性改善效应 从表 3 抗腐蚀试验的数据可以看出， 基准样 A 的质量损失和强度损失最大， 加入矿物掺合料的各 组试样质量损失与强度损失明显降低。图4和图 5 为试样强度 和质 量损失率折 线 图。从 图中可以看 到 ， 掺加矿渣粉和硅灰的 E组试样 的质量损失率和 强度损失率最小。磨细的矿渣粉和硅灰双掺是一种 很有效的配合 ， 与水泥构成三元 复合胶凝材 料时可 以大大提高混凝土强度和改善混凝土性能。当掺合 料的活性组分与水泥水化生成的 C a ( O H ) 2 作用时， 可以生成低碱度的水化产物同时改善凝胶体的质 量， 由于矿物掺合料的作用， 硬化水泥浆体的密实度 提高， 从而增强混凝土的抗腐蚀能力。三掺试样 G 和 H组的试样质量保持率和强度保持率均较高 ， 充 分体现了复掺方式的优势。 横 删 图 4 各试样质量损失率 4 结论 ( 1 ) 本试验采用总掺量为4 0 的活性矿物掺合 料等量取代水泥， 可配制高强混凝土， 其中双掺矿渣 和硅灰的试样和双掺矿渣、 偏高岭土的试样 2 8 d 强 度分别达到了 9 6 0 MP a和 9 1 1 MP a 。 ( 2 ) 掺合料的活性组分与水泥水化生成的 C a ( O H ) 2 作用， 生成了低碱度的水化产物， 同时改善 了凝胶体的质量， 矿物掺合料提高了硬化水泥浆体 的密实度， 从而增强混凝土的抗腐蚀能力。 ( 3 )采取双掺及三掺的方式能实现各掺合料组 分的优势互补， 在矿物掺合料的火山灰效应、 微填充 效应和形貌效应的综合作用下， 混凝土的性能得到 大大提高 。 参考文献： 1 陈益兰， 赵亚妮 ， 李静 偏高岭土替代硅灰配制高性能 混凝土 J 硅酸盐学报， 2 0 0 4 ， ( 4 ) ： 5 2 4 5 2 9 2 冯乃谦， 邢锋 高性能混凝土技术 M 北京 ： 原子能 出版社 。 2 0 0 0 2 9 5 2 9 6 3 冯乃谦， 石云兴 超细粉对水泥浆休的流化与增强效 应 J 混凝土与水泥制品， 1 9 9 7 ， ( 2 ) ： 4 - 7 4 吴建华， 蒲心诚， 刘芳， 等 大掺量粉煤灰水泥及性能 研究研究 A 中国硅酸盐学会 2 0 0 3年学术年会水泥 基材料论文集( 上册) C ， 3 8 0 3 8 5 5 钱晓倩 ， 李宗津 掺偏高岭土的高强高性能混凝土的 力学性能 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 0 ， ( 1 ) ： 1 6 1 8 ( 下转第 4 3页) 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 8 期 白 添等： 关于红外分光光度法测定动植物油方法改进的探讨 4 3 r=KS b=30 1 7 0 0 6 9 9 4=0 7 3 mg L一 式中： 卜检出限， m g L _ 1 ； S 次低浓度植物油标准溶液测定值的 标准偏差( =2 2 ) ； K根据一定置信水平确定的系数， K 值 为 3 。 综合考虑实际工作影响因素较复杂， 取检出限 为 0 8 0 mg L_ 。 。 4 结论 ( 1 ) 动植物油不含芳烃， 在波长3 0 3 0 c n 1 处无 吸收。三波长法测定时受到在波长 3 0 3 0 c n 1 处有 吸收的杂质的干扰 ， 需用标准曲线对结果校正。 ( 2 )由于溶 剂 中杂质 干扰和三 波长法本 身弊 端， 四氯化碳稀释植物油标液后， 测定浓度与实际浓 度有差别 。 ( 3 ) 测定植物油标准曲线相关系数在0 9 9 9 2 - 0 9 9 9 6 之间， 3 次测定混合油标准曲线相关系数为 0 9 9 7 6 、 0 9 9 8 4和 0 9 9 8 0 。 ( 4 )1 g 硅酸镁与植物油的四氯化碳溶液充分 混合后静置， 能够完全吸附2 0 n a g 植物油； 混合油 中的矿物油分离回收率达到9 5 9 -9 9 3 。 ( 5 ) 5 0 0 mL水样中矿物油和植物油混合加标 回收， 矿物油回收率在 6 1 4 7 4 4 之间， 植物 油回收率在 5 6 9 -7 6 2 之间。 ( 6 ) 测定四氯化碳溶液中的动植物油时， 方法 检出限为 0 8 0 n a g - L - 1 ； 测定水中的动植物油， 取样 量为 5 0 0 mL时 ， 方法检出限为 0 0 8 n a g L 。 参考文献 ： 1 G B T 1 6 4 8 8 1 9 9 6 ， 红外分光光度法 S 2 国家环保总局 水和废水监测分析方法 ( 第 4版) M 北京 ： 环境科学出版社， 2 0 0 2 3 国家环保总局 空气和废气监测分析方法 ( 第 4版) M 北京 ： 中国环境科学出版社， 2 0 0 3 4 G B 1 8 4 8 3 2 0 0 1 ， 饮食业油烟排放标准 S 5 卜 U I 1 6 8 2 0 0 4 ， 环境监测分析方法标准制订技术导则 S De t e r mi n a t i o n o f An i ma l a n d Ve g e t a b l e Oi l b y I n f r a r e d S p e c t r o p h o t o me t r y BAI T i a n。TI AN Zi n g。Mo Qi n g - me i ( Na n r fi n gMo n i t o ri n gS t a t i o n o f E n v i r o n me n t P r o t e c t i o n ， Na n n i n g 5 3 0 0 1 2 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e d e t e r mi n a t i o n me t h o d o f t h e a n i ma l a n d v e g e t a b l e o i l s a n d mi n e r a l o i l s b y i n f r a r e d s p s c t mp h o t o me n t r y Was i n t r o d u c e dTh e b l e n d e d s t a n d a r d c u r v e r e c o v e r y an d t h e d e t e c t i o n l i mi t o f t h i s me t h od we r e s t u d i e d Ke y wo r d s ：i n f r a r e d s p e c t r o p h o t o me t r y；s e p ara t i o n o f an i ma l an d v e g e t a b l e o i l s ；b l e n d ed s t an d ard c u r v e ；r e c o v e ry ；d e t e c t i o n l i mi t ( 上接第2 1页) Co mpo s i t e Ef f e c t o f M i ne r a l Ad di t i v e s o n Pe r f o rm an c e o f Co nc r e t e LI N Yu 一 ( Gu a n g x i C h e m i c a l a n d P h a r ma c e u t i c a l E n g in e e r i n g D e s i g n I n s t i t u t e ， G u a n g x i N a n n i n g P e n g x i a n g C o n s t r u c ti o n S u p e r v i s i o n C o L t d ，N a n n i n g 5 3 0 0 0 3 ， C h i n a ) Ab s t rac t ：I n t h i s e x p e r i me n t ，s i l i c a f u me ，fl y a s h，s l a g an d me t a k a o l i n h a d b e e n sel e c t ed a S mi n e r al a d d i t i v e s t o c o n f e c t c o n c r e t e b y t h e me - I s o f a d d i n g o n e ，t wo o r t h r e e k i n d s o f mi n e r als i n t o t h e a d mi x t u r e Th r o u g h c o m p ared t h e me c h a n i c s p r o p e r t i es ，an t i c o r r o s i o n pe r f o r ma n c e an d ml c r o s t r u c t u r e o f t h e p arall e l s a mp l es ，t h e c O m p o s i t e e f f e c t o f mi n e r a l a d d i t i v es o n p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e h a d b e e n d i s c u s s e d i n d e t a i l s Ke y w o r d s ：mi n e r al a d d i t i v es ；c o mp o s i t e e f f e c t ；c o n c r e t e 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m