含废弃玻璃粉活性粉末混凝土的抗折性能试验研究.pdf

钎 蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 含废弃玻璃粉活性粉末混凝土的 抗折睢 生 链砜究 汤婉 ， 王淑 ， 刘数华 ( 1 武汉大学 水资源与水 电工程科学国家重点实验 室， 湖北 武汉4 3 0 0 7 2 ； 2 中建商 品混凝土有限公司， 湖北 武汉4 3 0 0 0 0 ) 摘要： 研究了玻璃粉作为矿物掺合料替代部分水泥配制活性粉末混凝土( R P C ) 以及对其抗折性能的影响。测试和分析了玻璃 粉细度 、 掺量 以及养 护温 度对 R P C抗折 强度 的影响； 采 用数理统计分析方法进行数值 处理， 得到玻璃粉细度 、 掺量 以及 不同养护温 度与 R P C抗折强度 间的多元线性回归方程， 分析 3个 因素的影 响规律 。试验结果表 明， 玻璃粉可作为矿物掺合料用 于制 备 R P C， 并 能提高其抗折强度； 当玻璃粉研磨 1 h 、 掺量 为 1 0 、 养护温度 为 8 0时， 制得的 R P C抗折强度最高 。 关键词 ： 活性粉末混凝土； 玻璃粉； 抗折强度； 数理统计分析 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 1 一 o 0 1 3 0 3 Ex p e r i m e n t s t u d y o n fl e x ur a l pe r f o r ma n c e o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e c o n t a i n i n g wa s t e g l a s s po wd e r G Wa n ， AG S h u ， L I U S h u h u a ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy dr o p o we r En g i n e e r i n g S c i e n c e ， Wu h a n Un i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 2， Hu b e i ， Ch i n a ； 2 C h i n a C o n s t r u c t i o n Re a d y Mi x e d C o n c r e t e C o L t d ， Wu h a n 4 3 0 0 0 0 ， Hu b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Wa s t e g l a s s p o w d e r w a s u s e d as m i n e r a l a d mi x t u r e t o rep l a c e s o m e c e me n t i n t h e p r e p a r a t i o n o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e ( RPC )， a n d i t s e f f e c t o n fle x u r a l p r o pe r t i e s o f RP C wa s s t u d i e d i n t h i s p a p e r Th e e f f e c t o f fi n e n e s s a n d c o n t e n t o f g l a s s p o wd e r a n d c u rin g t e mp e r a t u r e o n t h e fle x u r al s t r e n g t h o f RP C Was t e s t e d a n d a n a l y z e d； ma t h e ma t i c al me t h o ds we r e u s e d f o r d a t a p r o c e s s i n g t o o b t a i n t h e mu l t i pl e l i n e a r r e g r e s s i o n e q u a t i o n wh i c h s h o we d i n flu e n c i n g rul e o f fin e n e s s a n d c o n t e n t o f g l a s s p o wd e r a n d c u rin g t e mp e r a t u r e o n t h e s t r e n gth Th e r e s u l t s s h o w t h a t g l a s s p o wd e r c a n b e u s e d a s a n a d mi x t u r e f o r p r e p a r i n g RPC a n d c a n i mp rev e i t s fle x u r al s t r e n gth， t h e fle x u r a l s t r e n gth o f RPC i s h i g h e s t wh e n i t s g nn d i n g t i me i s 1 h， i t s c o n t e n t i s 1 0 an d c u rin g t e mp e r a t u r e i s 8 0 Key wo r ds ： r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ， g l a s s p o wd e r ， fl e x u r al s t r e n gth， s t a t i s t i c a n a l y s i s 活性粉末混凝土( R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e ， 简称R P C ) 是近年来广泛受到重视的一种新型复合材料，具有良 好的力 学性能和优异的耐久性及韧性，其抗折强度比 普通混凝土高 一 个数量级，非常适用于大跨度结构。但在国内因其工艺复 杂、 造价昂贵而在施工中应用较少。所以， 寻找廉价的掺合料 来部分代替水泥， 形成工艺简单、 成本低廉的生产线， 是今后 研究的方向 】 。 基金项目： 国家自然科学基金项目( 5 1 2 0 8 3 9 1 ) ； 广西建筑新能源与节能重点实验室 开放基金 资助项 目 ( 1 1 0 3 21 -1 3 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 0 4 作者简介 ： 汤婉 ， 女 ， 1 9 9 0年生， 湖 北黄冈人 ， 硕士研究生 。地址 ： 武汉 市武汉大学工学部六教 6 3 1 2室， E m a i l ： me s s i a h _ w h u 1 6 3 C o rn。 玻璃粉作为一种新型的矿物掺合料， 因其火山灰活性、 吸 水率低、 耐久性好、 成本低等优点， 正越来越多地应用于复合 胶凝材料中。将玻璃粉作为矿物掺合料加入R P C中， 不仅能 起到提高密实度、 改善其界面区结构、 提高混凝土耐久性的作 用， 还有利于降低混凝土材料成本， 节约水泥熟料用量翻 。 本文研究将玻璃粉作为掺合料制备 R P C对其抗折强度 的影响， 通过试验及数理统计分析玻璃粉掺量、 细度以及养护 温度对试件抗折强度的影响规律。 1 原材料与试验 1 1 原材料 水泥： 湖北华新水泥厂生产的P 0 4 2 5 水泥； 砂： 天然河 砂， 粒径小于2 5 m m ； 硅灰： 武汉化工新必达有限公司生产的 超细活性硅灰， S i 0 ： 含量为9 3 4 2 ， 平均粒径0 1 1 0 m； 减水 NE W BUI L Dl NG MAT ER I A1 5 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汤婉 ， 等： 含废弃玻璃粉活性粉末混凝土的抗折性能研究 剂： 马贝S P 1 聚羧酸高效减水剂。 玻璃粉： 取自 废弃门窗玻 璃或者 废弃酒瓶， 经 清洗、 干燥、 粉碎、 研磨)rot而成， 其化学成分见表 1 。试验用2 种玻璃粉的 物理性能见表2 。 表 1 玻璃粉 的化学成分 表 2 试验用 2 种玻璃粉物理性能 1 2 试验方法 采用单一变量法， 设计了如表3 所示的配合比。 其中水胶 比为0 2 、 胶砂比为1 ： 1 、 硅灰掺量为胶凝材料质量的 1 0 、 减 水剂掺量为胶凝材料质量的2 保持不变。实验涉及磨细玻 璃粉的粒径及掺量、 养护温度3 个单一变量。 表 3 R P C的配合 比测试结果 l 4 新型建筑材料 2 0 1 5 1 试验过程： 参照G B T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 水泥胶砂强度检验 方法( I S O法) ， 按配合比称取原材料， 先干拌2 m i n ， 之后加 入水和减水剂搅拌1 0 m i n ，浇筑到4 c m x 4 c m x l 6 c m尺寸的 三联模内， 振捣密实后覆上保鲜膜。2 4 h 后拆模， 并按照设计 的养护条件分别放入不同温度的养护箱中养护3 d ， 此后自 然 冷却 1 d 。 自 浇筑起整个制备过程历时5 d ， 然后测试试件的5 d 抗折强度。 2 试验结果与分析 2 1 试验数据处理 本试验假定玻璃粉粒径孙玻璃粉掺量孙养护温度鼽与 试件抗折强度Y间具有线性关系，通过数学计算得到可以表 示这4 个量之间关系的回归方程。该计算可以在E X C E L 软 件上进行。 E X C E L 指令计算中，逆矩阵的求解采用 M I N V E R S E命 令，系数b l , b ： 、 b ， 由方程组系数矩阵 的逆矩阵与常数矩阵 之积采用M M U L T 命令。同时， 也可采用L I N E S T 指令计算翻 。 由E X C E L 计算结果可得玻璃粉粒径孙玻璃粉掺量孙养 护温度物与试件抗折强度Y 之间的回归方程为： y = 2 2 4 9 0 0 6 5 x I - 0 0 4 7 x 2 + 0 0 6 7 x 3 ( 1 ) 根据求得的回归方程对抗折强度Y 值进行反算，得到计 算值Y ， 与实际值Y 对比， 绘制了回归方程拟合对比图， 检验 回归方程的拟合情况， 详见图1 。 图 1 抗折强度回归方 程拟合对 比 由图1 可以看出， 回归方程的拟合情况较好， 即所求得回 归方程预报Y 值精度较高。 2 2 作用机理分析 2 2 1 玻璃粉粒径对R P C抗折强度的影响 玻璃粉掺量、 养护温度相同时， 玻璃粉粒径对 R P C抗折 强度的影响见图2 。 由图2 可见， 随着玻璃粉粒径减小， 试件的抗折强度提高。 玻璃粉掺量和养护温度相同时， 玻璃粉粒径从H G ( 平均粒径 约为4 9 0 8 m ) 减小到A G ( 平均粒径约为1 4 9 4 m ) 时， 试件 抗折强度最大增幅可达4 7 M P a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汤婉， 等： 含废弃玻璃粉活性粉末混凝土的抗折性能研究 1 0 2 O 玻璃粉掺量 图2 玻璃粉粒径对 R P C抗折强度的影响 这是由于研磨时间延长， 玻璃粉粒径减小， 比表面积增大， 同时增大了颗粒的反应活性及与水的接触概率，促进了水化 反应速率及进程。而且粒径很细的玻璃粉颗粒可以在水化早 期提供一个个成核基体， 促进水化反应向右进行， 促进更多水 化物的生成， 从而促进了早期强度的发展。 玻璃粉的主要成分 是二氧化硅， 使玻璃粉具有潜在的胶结性； 同时玻璃粉粒径 小， 分散性好， 能顺利与净浆原料混合均匀， 并符合R P C配制 原理中提高组分的细度与活性， 使材料内部的缺陷( 孔隙与 微裂缝) 减少到最少的要求4 1 ， 使试件的强度提高。 2 2 2 玻璃粉掺量对 R P C抗折强度的影响 玻璃粉粒径、 养护温度相同时， 玻璃粉掺量对R P C抗折 强度的影响见图3 。 口掺量0 2 O 4 0 8 O 养护温 度 ( a ) 玻璃粉粒径为4 9 O 8 p m 口掺量0 _掺量 1 0 Z U 4U ； 5 0 养护温度 ( b ) 玻璃粉粒径为1 4 9 4 u m 圈 3 玻璃粉掺量对 R P C抗折强度的影响 由图3 可以看出，各试件的抗折强度随着玻璃粉掺量的 增加呈现先升高后降低的过程， 当掺入 1 0 玻璃粉时， 试件 的抗折强度达到最大，继续增大玻璃粉掺量后试件抗折强度 逐步降低。 与未掺玻璃粉的基准样相比， 掺入 1 0 玻璃粉的试件抗 折强度明显升高， 这是由于玻璃粉粒径小， 分散性好， 能顺利 与净浆原料混合均匀， 并符合R P C配制原理中提高组分的细 度与活性， 使材料内部的缺陷( 孔隙与微裂缝) 减少到最少的 要求。 同时， 玻璃粉中的活性二氧化硅、 氧化铝和氢氧化钙反 应生成低碱度水化硅酸钙， 活性二氧化硅同时也能与高碱度 的水化硅酸钙反应生成低碱型的水化硅酸钙， 生成部分水化 硅酸钙， 提高硬化浆体的致密度； 它与水泥水化产物氢氧化钙 反应生成水化硅酸钙， 减少混凝土中的氢氧化钙含量， 增) J n T 水化硅酸钙的含量， 提高了混凝土的强度。 之后随着玻璃粉的掺量加大， 试件的强度开始降低。 这是 因为量较大的玻璃粉替代了部分水泥， 即实际水灰比 较小， 水 泥水化生成的水化物也减少， 同时， 参与水化反应的活性二氧 化硅需求量减少， R P C抗折强度由此降低四 。 2 2 3 养护温度对R P C抗折强度的影响 玻璃粉掺量、 粒径相同时， 养护温度对R P C抗折强度的 影响见图4 。 口养护温 度2 0 3 0 2 5 2 o 1 5 羹 1 0 5 O 0 1 0 2 0 3 0 玻璃粉掺量 ( a ) 玻璃粉粒径为4 9 0 8 P m 口养护温度2 0 目养护温 度4 0 0 l U U U 玻璃粉掺量 ( b ) 玻璃粉粒径为1 4 9 4 u m 图4 养护温度对 R P C抗折强度的影响 由图4 可以看出， 提高养护温度后各组试件的抗折强度都 有所提高。玻璃粉掺量为2 0 ，粒径为 l 4 9 4 II , m 试件组中， 8 0 蒸养的试件要比2 0 常温蒸养的试件强度提高5 9 M P a ， ( 下转第 2 9页) N E W BUI L DI NG M ATE R I AL S 1 5 加 坫m O 莹 隈辖 加 m 0 日 鱼 酿辖 加 0 垒 暖辖 踮加 m 0 日 鱼 酿辖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 董思勤， 等： 两性聚羧酸侧链结构对水泥浆体早期性能的影响 ( 上接第 l 5页) 达到抗折强度提升最大值。 显然， 热养护在相当程度上能够改 善R P C的微观结构， 有利于致密的凝胶体结构的产生。 一 方面， 由于玻璃粉吸水率较低， 水化早期给硅酸盐水泥 部分提供了更 充足的 水分补给， 因而蒸 养对其作用也就越明 显。除了促进硅酸盐水泥水化外， 另一方面， 玻璃粉在蒸养作 用下水化活性相对较高， 生成了更多水化产物， 促使体系强度 明显提高， 说明高温蒸养对于激发玻璃粉水化活性是有效的。 可见， 升高蒸养温度是提高R P C抗折强度的有效措施之一。 3 结论 ( 1 ) 玻璃粉的掺入强化了结晶成核与晶体生长控制作用， 促进了R P C材料的水化作用， 可有效提高其抗折强度。 ( 2 ) 玻璃粉磨时间越长， 颗粒越细， 则火山灰活性越高， 更 有益于在水泥基材料中促进水化反应的完全，以及更好地填 充结构中的孔隙， 使体系结构更为致密， 使得 R P C抗折强度 进一步提高。 ( 3 ) 随着玻璃粉掺量的增加， R P C试件的抗折强度先提 高后降低。在玻璃粉掺量为 1 0 时， 试件的抗折强度达到最 大， 故玻璃粉应用在R P C中的最佳掺量宜选为1 0 。 ( 4 ) 高温蒸养对促进R P C的水化反应有着极明显的作 用， 且在与提高玻璃粉细度联合作用下对R P C试件抗折强度 增幅较大， 高于两者单独作用效果。 参考文献 ： 【 1 施韬 ， 陈宝春 ， 施 惠生 掺矿渣 活性粉末 混凝土配 制技术 的研 究 J 1 材料科学与工程学报， 2 0 0 5( 6 ) ： 8 6 7 8 7 0 【 2 柯 国军， 柏纪平 ， 谭大维 废 玻璃用于水泥混 凝土的研究进 展 J 南华大学学报： 自然科 学版， 2 0 1 0( 3 ) ： 9 6 1 0 2 3 刘数华 ， 冷发 光， 罗季 英 建筑材 料试验研 究 的数学方 法【 M】 北 京 ： 中 国建材工业出版社， 2 0 0 6 f 4 曲超， 赵迪， 黄昌满， 等 利用废弃玻璃粉制备超高强R P C的机理 研究 J 】 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 8 2 8 4 【 5 】 王海娟， 张义顺 ， 赵继芬 ， 等 利用废 旧玻璃粉细掺料制各混凝土 实验研究 J 1 _河南理工大学学报 ： 自然科学版， 2 0 1 2( 5 ) ： 6 0 8 6 1 2 A N E W BUI L DI NG MAT E RI AL S 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m