石灰石粉-粉煤灰-矿粉多元复掺对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 4 年 第 8 期 (总 第 2 9 8 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 4 ( T o t a 1 No 2 9 8 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材 料及辅助物料 M AT ERI 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 0 8 0 1 9 石灰石粉一 粉煤灰一 矿粉多元复掺对混凝土性能的影响 冯庆革 佰 。杨阳 协 。乔永平 ，蒋玉柳 。 ，王赕 。 ( 1 广西大学 a 环境学院；b 化学化工学院，广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ；2 广西建设工程质量安全监督总站，广西 南宁 5 3 0 0 2 2 ； 3 南宁市建筑管理处，广西 南宁 5 3 0 0 2 3 ) 摘要 ： 研究了石灰石粉按不同比例分别取代矿粉和粉煤灰的多元复掺方式以及 C T F混凝土增效剂的掺入对混凝土工作性能、 强度和抗氯离子渗透性的影响。 试验结果表明 ： 在适宜掺量下， 石灰石粉等量替代粉煤灰或矿粉 ， 可以有效地改善工作性能 ， 而随着 替代量的增加， 工作性能呈先增后减的趋势； 石灰石粉取代粉煤灰或矿粉的量在 5 0 之内时 ， 对混凝土各龄期强度影响不大， 但完全 替代时， 对混凝土的后期强度发展不利 ； 石灰石粉替代粉煤灰或矿粉对混凝土的抗氯离子渗透性不利， 电通量随替代量增加而增大 ； C T F混凝土增效剂的掺人可以有效地改善混凝土的和易性， 提高强度以及抗氯离子渗透性。 关键词： 石灰石粉 ；矿粉；粉煤灰 ；C T F混凝土增效剂 ；多元复掺 中图分类号： T U 5 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 ) 0 8 0 0 6 8 0 3 Mul t i v a r i a t e m i x e d e f f e c t o f l i me s t o n e p o w d e r - f l y a s h s l a g p o w d e r on t h e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e F E NG Q i n g g e ， YA NG y a ， Q O Y o n g p i n g 2 ， J I ANG Yu l i u ， WANG Yi ( 1 a Co l l e g e o f E n v i r o n me n t ； b Co l l e g e o f Ch e mi s t r y a n d C h e mi c a l E n g i n e e r i n g， Gu a n g x i Un i v e r s i t y， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4， C h i n a ； 2 Gu a n g x i c o n s t r u c t i o n e n g i n e e ri n g q u a l i tyand s a f e t y s u p e r v i s i o n c e n t r a l s t a t i o n， Na n n i n g 5 3 0 0 2 2， C h i n a ； 3 Na n n i n gAr c h i t e c t u r a l Ad mi n i s t r a t i v eOffic e ， Na n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： S l a g p o wd e r a n d fl y a s h we r e r e p l a c e d wi t h l i me s t o n e p o wd e r b y d i ffe r e n t q u a l i t y r a t i o s ， i n t h i s wa y， i t d i s c u s s e d t h e i n fi u e n c e o f t h e c o mb i n e d u s e o f mi n e r a l a d d i t i v e and t h e CT F c o n c r e t e s y n e r g i s t ， o n t h e wo r k a b i l i ty， s t r e n g t h a n d t h e r e s i s t a n c e t o c h l o r i n e i on pe ne t r a t i o n of c o n c r e t e Re s ul t s o f t h e t ria l i nd i c a t e d t h a t u nd e r t h e a p pr o pr i a t e mi x c on t e n t l i me s t o n e p o wd e r e q u a l l y r e p l a c i ng fly a s h or s l a g， c a n e ffe c t i v e l y i mp r o ve t h e wo r ki n g pe r f o r ma n c e， t he wo r k a b i l i t y i n c r e a s e d fir s t l y an d the n d e c r e a s e d a s t h e i nc r e me n t o f r e pl a c e me n t Li me s t o ne p o wde r r e p l a c e d t he a mo un t o f fly a s h o r s l a g wi t h i n s u bs t i t u t i o n r a t i o 5 0 ， i t di d n o t muc h a ffe c t t h e s t r e ng t h o f c o n c r e t e， b u t c o mp l e t e l y r e pl a c i n g， t h e l a t e r s t r e ng t h d e v e l o p me nt o f c on c r e t e d e v e l o p e d s l o wl y Li me s t o n e po wd e r i n s t e a d o f fly a s h o r s l a g o n t h e r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e rm e a b i l i ty o f c o n c r e t e， e l e c t ric fl u x i n c r e a s e d wi t h i n c r e a s i n g a mo u n t o f r e p l a c e me n t T h e C T F c o n c r e t e s y n e r g i s t C an e ffe c t i v e l yi mp r o v et h e wo r k a b i l i ty， e n h a n c et h e s t r e n g t handt h e r e s i s t a n c e t o c h l o rid e i o np e r me a b i l i tyo f c o n c r e t e Key w or ds： l i me s t o n e p o wde r ； s l a g po wd e r ； fly a s h； CTF c o nc r e t e s yn e r gis t ； mul t i v a r i a t e mi x e d ( 】 引言 石灰石粉随着人们大量试验研究证 明 ， 作为一种惰 性 材料在 水泥基 材料 中起 到的功能协 同效应 逐渐改变人 们对其惰性 观点 的认识 ， 科学 合理地 利用石灰石粉 ， 部分 取代或全部取代传统的矿物掺合料 ， 可 以缓解现有矿物掺 合料供应紧张的局面 ， 为降低混凝 土生产成本提供一条有 效途径。 C T F混凝土增效剂( 下面简称 C T F ) 是近 几年 出现的 一 种新型 外加剂 ， 该外 加剂与减水 剂复合使 用能够 减少 8 1 5 左右的基准水 泥用量 ， 充分激发 富余水泥水化 ， 使 胶凝材料 的分散性 明显 提高 ， 表观浆体增多 ， 能够在改善 混凝土和易性 的同时提高密实性 ， 保持甚 至提 升其强度 ， 减少 混凝土 开裂及提高可泵 性 ， 同等条件下 达到低 标 高 能 的效应 ， 符合水泥混凝土行业低碳化 、 可持续发展 的 要求7 - 9 1 。 现今 粉煤灰 和矿粉的单掺或复掺技术 已得 到广泛应 用， 石 灰石粉 、 粉煤灰 和矿粉 三者不 同组合 的多元复掺 研究还少见 于文献资料 中 ， 本试验在粉煤灰和矿粉双掺技 术的基础上 ， 采用石灰石粉按不同比例分别等量替代粉煤 灰 和矿粉 的方式 ，另外各组别添加一组掺人 C T F的作 为 对 比 ， 探讨掺合料 的多元 复掺 以及 C T F的掺入 对混凝 土 工作性能 、 强度和耐久性能的影响。 收稿 日期 ：2 0 1 4 - - 0 2 - 0 7 基金项目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 3 6 2 0 0 3 ) ； 广西 自然科学基金重大项 目( 2 0 1 2 G X NS F E A0 5 3 0 0 2 ) ； 广西科学研究与技术开发项 目( 桂科 攻 1 2 1 1 8 0 1 4 1 B， 1 2 1 1 8 0 1 4 3 A， 1 21 1 8 0 2 3 2) 68 1 试验 材料 与方 法 1 1 试验材料 1 1 1 水泥 采用 P 0 4 2 5 R级水泥 。 其主要化学组成和物理性能 数据分别见表 1 、 2 。 表 1 水泥和掺合料的主要化学组成 表 2 水泥的物理及力学性能 1 1 2 掺合料 采用 $ 9 5 级矿粉 ， 比表面积 4 8 0 mZ k g ； 采 用 级粉 煤 灰 ， 比表面积 4 0 5 m 2 k g ； 石灰石粉 ， 比表面积 4 4 5 m 2 k g ； 它 们 的主要化学组成见表 1 。 1 1 _ 3 细骨料 采用河砂 ， 细度模数 2 7 ， 表观密度 2 6 8 0 k g m 。 1 1 4 粗骨料 采斥 置 圣5 3 1 5 mm碎石， 连绉圣 圾配， 未 密度2 7 3 0 k g m3 1 1 5 减水剂 采用 聚羧酸系高效减水剂 ， 固含量 2 3 4 。 1 1 6 增效剂 采用广州市三骏建材科技有 限公 司生产 的混凝土增 效 剂 ， 半透明液体 ， p H值 为 1 0 5 ， 减水 率在 3 左 右 ， 推荐 掺量为胶材的 0 5 0 8 。 1 1 7 水 采用饮用 自来水 。 1 2试验 方 法 本试验混凝 土配制 固定水胶 比和砂率不变 ， 水泥和掺 合料总量为 4 6 0 k g m3 , 粉煤灰和矿粉分别 占总胶材的2 0 ， 石灰石粉按 2 5 、 5 0 、 1 0 0 的比例分别等量替代粉煤灰 和矿粉 ， 另外各组对应添加一组掺人 C T F的作 为对 比 ， 混 凝 土试 配 的具体 配合 比见表 3 ， 其 中 L 1 L 7为 空 白组 ， C1 C 7 为在空白组基础上掺加 C T F的对 比组 。 表 3 不同掺合料组合的混凝土配合比 参考 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2和 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 对混凝 土的坍落度 、 扩展度以及混凝土 3 、 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d 的抗压强 度进行测定。 参考美 国建筑协会 A S T M C1 2 0 2 标准方法对养护 2 8 d 混凝土试块进行 6 h电通量测定 。 2结果与分析 2 1 混凝土的工作性能 由表 4 可以看出 ， 在固定水胶 比和砂率不变的情况下 ， 石灰石粉按不 同比例等量替代粉煤灰时 ， 掺石灰石粉组工 作性能均优于不掺 的， 其 中替代量为 2 5 时的工作性能最 好 ， 随着替代量的增加 ， 工作性能呈先增后减 的趋势 。 其原 因在 于细度较 细石灰石粉 的填充效应 以及 表面光滑 的石 灰石粉颗粒有一定 的解絮作用 ， 在一定程度上释放 了一些 自由水 ， 从而改善了流动性能 ， 而随着替代量 的增加( 如石 灰石粉等量替代矿粉超过 5 0 ) ， 比表面积较大 的石灰石粉 需要更 多的水 去润湿 ， 流动性 能出现了明显的下 降 ， 需要 提高一定的减水剂掺量。 同时在试配过程中观察到， 新拌 混凝土由于密度较小的石灰石粉等量取代掺入， 表观浆体 增多 ， 黏度大大降低 ， 但替代量超过 5 o H ， 黏聚性和包裹 性变差 ， 稍有跑浆 的现象。 表 4 不同组合掺合料对混凝土工作性能和强度的影响 在掺入 C T F的对 比组 中， 各组 的工作性能随石灰石粉 替代量的增加而增大， 而且在试配过程中并没有出现黏聚l生 较差或跑浆的现象 ， 说明 C T F与这几种掺合料共 同使用 ， 相 容性 良好 ， 在改善掺合料混凝土和易性方面有一定的作用。 2 2混凝 土 的抗 压 强度 通过表 4 可以看出 ， 掺石灰石粉 的各组 比不掺石灰石 6 9 粉组的 2 8 d 强度都要稍低一些 ， 但是石灰石粉的替代量在 5 0 之内时 ， 对混凝土各个龄期强度 的影响并不是特别大 ； 石粉 1 0 0 替代粉煤灰( 即石灰石粉与矿粉双掺 ) 时 ， 后期强 度发展缓慢， 9 0 d时与不掺石灰石粉组相比降低了9 1 MP a ； 石灰石粉 1 0 0 替代矿粉( 即石粉与粉煤灰双掺 ) 时 ， 各龄 期的强度都有不 同程度的降低 。 图 1 是 以不掺石灰石粉 L l 组的 2 8 d强度作基准强度 所作的强度增长率对 比图。 从图 中可以看出 ， 除了 L 4 组早 期强度发展缓慢外 ， 石灰石粉 的掺人对 于混凝土早期强度 的增长率影 响不大 ， 各组别从 3 d 到 2 8 d的增长率基本保 持在 4 4 4 8 之 间； 石灰石粉等量替代粉煤灰时 ， 随替代 量 的增加 ， 后期强度增长率呈先增后减 的趋势 ， 当完全取 代粉煤灰时 ， L 4 组从 5 6 d 到 9 0 d 的强度几乎没有增长 ； 石 灰石粉等量替代矿粉时 ， 随着替代量 的增加 ， 2 8 d 后强度 的 增长率逐渐降低， 2 8 d 到 9 0 d的增长率从 2 0 6 降到l 2 4 。 这与石灰石粉的低 火山灰活性有极大关系 ， 随着替代量 的 增加， 粉煤灰或矿粉的量减少 ， 后期强度发展自然受到影响 。 l2 O 1 00 琶8 0 奁 6 0 醺4 0 20 0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 图 1 不 同掺合料组合混凝土的力学性能 同时从表 4 还可 以知道 ， 掺 C T F对 比组 中， 对应各组 别强度随石灰石粉替代量变化的规律跟空 白组大体一致 ， 但各龄期强度都要高于不掺 C T F 组 的。 2 3 混凝 土的抗 氯 离子渗透性 能 南表 5 的电通量测试结果可以看出 ， 除了 L 7 和 C 7 石 灰石粉完全替代矿粉组外 ， 其余各组 的氯离子渗透性都处 于较低水平。 表 5 养护 2 8 d时的电通量 从 图 2不 同掺合料组合 的混凝土 电通量变化 规律来 看 ， 石灰石粉替代粉煤灰或矿粉对混凝土 的抗氯离子渗透 性不利 ， 电通量随替代量增加而增大 ； L 7 组和 C 7 组在矿粉 被石灰石粉完全取代 的情况下 ， 其电通量大幅增 大 ， 说 明 矿粉在抗氯离子渗透性方 面的作 用是非常重要的。 从混凝 土电通量的试验结果还可 以看出 ， 在其他试验条件一致的 70 Ll Cl L2C2L 3c31_ 4c4L5C5 L6C6L 7C7 图 2 不 同掺合料组合混凝土的抗氯离子渗透性 情况下 ， C T F的掺人 ， 可 以有效地提高混凝土 的抗氯离 子 渗透性能。 3结 论 ( 1 ) 石灰石粉按不同 比例等量替代粉煤灰可以有 效地 改善工作性 能 ， 替代量在 5 0 之 内时 ， 对混凝 土各个龄期 强 度影响不大 ； 石灰石 粉完全替代粉煤灰时 ， 不利 于混凝 土后期强度 的发展 ； 石灰石粉 等量替代矿粉超过 5 0 时 ， 流动性能 出现 了明显的下降 ； 石灰石粉完全替代矿粉时 ， 混 凝 土各个龄期的强度都有一定程度 的降低 。 ( 2 ) 石灰石粉替代粉煤灰或矿粉对混凝土 的抗氯离子 渗透性能不利 ， 电通量随替代量增加而增大 。 ( 3 ) 从工作 性能 、 强度 、 抗 氯离子渗透性 能来 看 ， 石灰 石粉等量替代粉煤灰对 于混凝 土性 能影响的波动要 小于 石灰石粉等量替代矿粉 。 ( 4 ) C T F 混凝土增效剂与几种掺合料共 同使用， 相容性 良好 ， 有效地改善 了混凝土的和易性 ， 提高 了混凝土 的强 度和抗氯离子渗透性 。 参考文献 ： 【 1 】 熊远柱 ， 万惠文 石灰石粉对混凝土性能的影响 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 8 9 9 1 2 2 孙庆巍 ， 朱涵 ， 崔正龙 石灰石粉对水泥一 粉煤灰胶 凝体系与减 水剂相容性的研究 J i _混凝土 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 9 4 9 9 【 3 】K A K A L I G， T S I V I uS S ， A G G E L I E， e t a 1 H y d r a t i o n p r o d u c t s 0 f C 3 A， C 3 S a n d P o l a n d c e me n t i n t h e p r e s e n c e o f C a CO 3 C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 0， 3 0： 1 03 7 1 0 7 7 4 】 马烨红 ， 吴笑梅 ， 樊粤明 石灰石粉作掺合料对混凝土工作性能 的影响 J 1 混凝土 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 5 6 5 9 5 】 许 富 增效剂 C T F对水泥基材料性能的影响【 D 湖南 ： 中南大 学 ， 2 0 1 1 ， 5 【 6 】刘道胜C T F增效剂在商品混凝土中的应用性能研究【 D 重庆 ： 重庆大学 ， 2 0 1 2 ， 4 【 7 】吴中伟 ， 廉慧珍 高性能混凝土【 M 】 北京 ： 中国铁道出版社 ， 1 9 9 9 【 8 】唐明述 水泥混凝土与可持续发展叨 中国有色金属学报， 2 0 0 4 ， 1 4 ( 5 ) ： 1 6 4 1 7 2 9 】ME HT A P K C o n c r e t e t e c h n o l o g y f o r s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 9 ， 2 1 ( 1 1 ) ： 4 7 5 3 【 1 0 】 冯庆革 ， 杨义 ， 杨绿峰 ， 等 - 氏用水大掺 量粉煤灰高性能混凝土 的耐久性研究 J 1 武汉理工大学学报， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 4 8 1 5 1 作者简介： 冯庆革( 1 9 6 7 一 ) ， 男， 教授 ， 博士。 联系地址 ： 广西南宁市大学东路 1 0 0 号 厂西大学环境学院( 5 3 o o o 4 ) 联系电话 ： 1 3 3 1 7 8 0 9 9 5 5 O 0 0 O 0 O 0 O 0 O O O O O 5 O 5 0 5 3 2 2 l l _ ) 国羽