微珠在C50、C55商品混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 4年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONC RET E AND C EMENT P R0DU C T S 2 01 4 No 7 J u l y 微珠在 C5 0 、 C 5 5商品混凝土 中的应用研究 袁启涛 ， 唐玉超 ， 罗作球 ， 杨海涛 ( 1 天津大学， 3 0 0 0 0 0 ； 2 中建商品混凝土天津有限公司 ， 3 0 0 0 0 0 ) 摘要 ： 特 种超 细矿 物掺合料微珠 能够应 用于 C5 0 、 C 5 5商品混凝 土中， 用量为 3 0 4 0 k g m3 。等量取代水泥时 ， 微珠 混凝土较普通混凝 土配合 比降低 了水泥用量及胶凝材料 总量， 能 降低 混凝 土的粘度 ， 提 高混凝 土的强度 ， 降低 成本 。C 5 0 、 C 5 5微珠 混凝 土用水量 为 1 4 5 1 5 0 k g m3 ， 采用 C 5 0 、 C5 5 微 珠专用外加剂 ， 推荐掺 量 1 9 。 关键词 ： 微珠 ； 粘度 ； 成本 ； 用水量； 专用外加剂 Ab s t r a c t ：Ne w s p e c i a l s u p e r f i n e mi n e r a l a d mi x t u r e b e a d s c a n b e u s e d i n C 5 0 ，C 5 5 c o mmo d i t y c o n c r e t e ， t h e a mo u n t i s 3 0 4 0 k g m r e p l a c i n g t h e s a me a mo u n t o f c e me n t Co mp a r e d wi t h o r d i n a r y c o n c r e t e i t r e d u c e s t h e t o t al a mo u n t o f c e - me n t a n d c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s ， r e d u c e s t h e v i s c o s i t y o f t h e c o n c r e t e ， i mp r o v e s t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a n d r e d u c e s c o s t s C5 0 ，C5 5 b e a d s c o n c ret e w a t e r c o n s u mp t i o n i s 1 4 5-1 5 0 k g m ，u s i n g C 5 0 ，C5 5 b e a d s s p e c i a l a d d i t i v e ，r e c o mme n d e d d o s a g e i s 1 9 Ke y wo r d s ： Be a d s ； Vi s c o s i t y ； C o s t ； W a t e r c o n s u mp t i o n ； S p e c i al a d d i t i v e 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 7 2 1 - 0 4 0前言 微珠( 超细粉煤灰 ) 是燃煤 火力发电厂从烟 囱 排 出的飞灰 。 经过专用设备【 】 收集后得到的粉煤灰 ， 其平均粒径约 1 2 t x m， 是一种球状玻璃体 ， 故称为微 珠2 1 。微珠用到水泥混凝土中可以填充水泥颗粒 间 的孔 隙 ， 使 自由水得 以排放 出来 ， 增大水泥浆 的流 动性 水泥浆体硬化后强度提高 。 根据微珠本身的特性 。 在 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土 配合 比设计 5 1 中， 需要注意以下几点基本原则 ： 微 珠本身价格昂贵 。配合 比中微珠掺量不宜过高 ， 掺 量过高会导致混凝土成本增高 ，经济效益不佳 ， 在 保证微珠 降粘及增强效果充分发挥的前提下 ， 尽量 降低微珠的用量；微珠掺加方式为等量取代水 泥， 而且保证水泥与微珠总量不低于相 同强度等级 普通混凝土配合 比中的水泥量 。 以保证足够高的强 度富裕系数嘲 ； 降低其他矿物掺合料量 ， 提高砂 率 ， 以达到成本优化 ， 具备一定的经济效益优势 ； 为便 于实际生产质量控制 ， 单方用水量不宜太低 。 1试 验原材 料 水泥 ： 采用冀东 P 0 4 2 5级水泥 ， 技术指标符 合现行国家标准要求。 粉煤灰 ： 采用北疆电厂 级粉煤灰。 粒化高炉矿渣粉 ： 采用建 昌 $ 9 5级矿粉。 微珠 ： 试验所用微珠 的化学成分和基本性能见 表 1 、 表 2 。 其基本性能检测执行 G B T 1 8 7 3 6 2 0 0 2 高强高性能混凝土用矿物外加剂 标准。 细骨料 ： 根据天津地 区的实际情况 ， 本工程采 用闽江的天然河砂 ， 该砂细度适 中， 含泥量 、 泥块含 量低 ， 有机物含量少 ， 经试验验证 ， 无碱活性。 粗骨料 ： 石子相关性能需满足现行行业标准的 要求。同时 ， 石子的碱活性 指标应满足现行 国家标 准 规定 。本工 程采用 的是遵 化碎 石 ，粒 径为 5 2 5 mm 其相关基本性能检测合格。 外加剂 ：采用聚羧酸高效减水剂 ，为 C 5 0 、 C 5 5 表 1 微珠化学成分 一 2l一 2 0 1 4年第 7期 混凝土与水泥制 品 总第 2 1 9期 微珠专用外加剂 ， 其特点是减水率高， 含气量低 。 2 O5 0 、 C 5 5微 珠混 凝土 配合 比中微 珠 掺量 的确 定 固定水胶 比0 2 9 ，外加剂掺量 0 9 ( 占胶凝材 料质量百分 比) ， 微珠取代水泥不 同质量分数 ， 研究 微珠掺量对水泥净浆流动度的影响。结果见图 1 。 2 5 0 2 0 0 吕 鲁 幅1 5 0 煺 1 0 0 5 0 O 1 0 2 O 3 O 4 0 5 0 微珠掺量 图 1 微珠掺量对水泥净浆流动度 的影响 由图 1 可知 ，纯水泥净浆流动度为 1 3 0 m m 随 着微珠掺量的增加 ， 水泥净浆 的流动度 出现先减小 后增 大趋势 ， 继续增加微珠掺量 ， 水泥净浆 流动度 基 本不 再变 化 。这 与 微珠 的特性 有关 ， 微 珠粒 度小 比表面积大 ， 当掺量小于 5 时 ， 微珠 的形态效应不 能发挥 ， 而高 比表面积吸附一定量的 自由水 ， 导致 水泥浆流动度不增反降； 微珠掺量达到 5 后 ， 其形 态效应逐渐发挥作用 ， 微珠的滚珠效应大大增加了 水泥净浆 的流动性 ，水泥净浆流动度逐渐增大 ： 微 珠掺量达到 3 0 后 ，微珠的形态效应发挥完全 ， 净 浆流动度基本维持不变。 参照 G B T 1 8 7 3 6 2 0 0 2中需水量 比及活性指数 的试验方法 ， 研究微珠不同掺量对水泥胶砂强度的 影响。 试验配合 比及需水量 比结果见表 3 。 微珠掺量 对 水 泥胶砂 强度 的影 响 见 图 2 7 O 6 0 5 0 善 4O 鳗 3 O 20 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 O 5 O 微珠掺量， 图 2 微珠 掺量对水 泥胶砂强度 的影 响 由表 3可知 ，随着微珠取代水泥掺量 的增加 一 22一 表 3试验配合 比及需水量 比结果 编号 泥 g 微珠掺 量 ， 流动 度 mm 需水 量 t L 基 准 WZl W Z2 rZ3 rZ4 W Z5 W Z6 WZ7 WZ8 微 珠 的需 水 量 比先 迅 速减 小 ，后 维 持 在 饱 和点 ， 继 续增大掺量 ， 微珠的需水量比呈增加趋势 。微珠减 水效果最明显的取代掺量在 2 0 一 3 0 之间 、 此掺量 范围内可以将微珠的减水效果发挥到最大。 综合微珠的减水效应与活性效应 ，由图 2可 知 ， 随着微珠取代掺量 的增加 ， 水泥胶砂 2 8 d抗 压 强度呈现先增大后减小趋势 ，存在一个最高点 。 即 微珠取代掺量为 2 0 时， 胶砂抗压强度达到最大值 6 7 5 MP a ， 明显高于基准胶砂抗压强度 。在微珠掺量 3 0 内 ， 微珠的活性指数都高 于 1 0 0 ， 微珠 1 O 2 5 掺量时活性指数接近甚至超过 1 2 0 ， 是微珠 的 最佳取代掺量范围。 早龄期 ( 3 d 、 7 d ) 掺加微珠 的水泥胶砂抗压强度 较低 ， 最佳掺量在 1 0 ， 3 d 、 7 d抗压强度均大于基准 强度 ， 活性指数分别达到了 1 0 2 和 1 0 4 。因此 。 在 要求早强的混凝土中， 微珠掺量不宜超过 1 0 。 权衡 微 珠 的性 价 比 。 C 5 0 、 C 5 5微 珠 混 凝 土 的微 珠用量在胶凝材料质量分数的 5 1 O 之间为宜。 3 C 5 0 、 0 5 5微珠 混凝 土性 能研 究 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土配合 比见表 4 ， 其 中 C 5 0 0 、 C 5 5 0是采用 传统原 材料配制 的普通 C 5 0 、 C 5 5 混凝土 ， 用作与 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土进行对 比。其 不同龄期混凝土抗压强度见表 5 由表 4可知 ， 相同强度等级下 ， 微珠混凝土配 合 比要 比普 通 混凝 土 配合 比水 泥用 量 降 低 4 0 5 0 k m ， 胶材总量也相应 降低 4 O 5 0 k m ： 用水量 较普通混凝土降低 2 0 k m ， 这就对微珠混凝土质量 控制提出了更高要求。由表 5可知 ，虽然 C 5 0 、 C 5 5 微珠 混凝土水泥用量 与胶材总量都低 于 C 5 0 、 C 5 5 普通混 凝土 但其抗 压强度与普通混凝土强度相 当 ， 甚至更高 ， 说明微珠能够提高混凝土抗压强度 。 4微珠在 0 5 0 、 G 5 5商品混凝 土中的应用可行性 研究 经过配合 比设计及大量试配 ， 层层优选 最终 卯 舛 舛 坠 5 1 1 1 2 1 l 2 5 加加加加加加加拟 O 5 m 加 如 如 准 一 如 如 如 如 标 砂一 B B B n 。 伽 一 一 姗 一 啪 袁启涛， 唐玉超 ， 罗作球 ， 等 微珠在 C 5 0 、 C 5 5商品混凝土中的应用研究 注 ： C 5 0 0 、 C 5 5 一 。配合 比外加剂为生产用普通外加剂 ， 下 同。 表 5 c 5 o 、 G 5 5微珠 混凝土抗压强度 确定表 6所示 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土配合 比为研究 对象 ， 对其在商 品混凝土 中的应用进行研究 ， 其性 能 指标见 表 7 。 WZ C 5 O 、 WZ C 5 5微珠混凝 土倒坍 时间在 5 6 s 左右 ， 倒坍时间较短 ， 粘度适 中， 坍落度与扩展度都 很大 ， 无泌水离析现象 ， 因此 ， WZ C 5 0 、 WZ C 5 5微珠 混凝土工作性能优异。WZ C 5 0 、 WZ C 5 5微珠混凝土 2 8 d抗压强度均高于设计强度 ，强度富余系数都在 1 2 0 以上 。 4 1 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土强度优势分析 将 WZ C 5 0 、 WZ C 5 5强度 与我司某 站生产取样 强度进行比较 某站近几个月 C 5 0普通混凝土生产 取样基本信息见表 8 ， C 5 5普通混凝土生产取样基 本信息见表 9 。 由表 8 、表 9可知 WZ C 5 0微珠混凝土强度高 于生产取样平均强度 7 MP a 左 右 WZ C 5 5微珠混凝 土强度高于生产取样平均强度 4 MP a 左右。生产取 样强度 比较表 明， C 5 0 、 C 5 5微珠混凝 土具有明显的 强度优势。 4 2 C 5 0 、 C 5 5微 珠混 凝 土成本 优 势分 析 本次成本分析取我司某站 7月生产配合 比与 微珠配合 比进行 比较 ， 经换算后微珠配合比及 C 5 0 、 C 5 5基准配合 比如表 1 0所示。 各原材料成本见表 1 1 。 C 5 0 、 C 5 5微珠配合比与基准配合 比的相对成本 比较如表 1 2所示。 由成本分析可知 ， WZ C 5 0 、 WZ C 5 5相对 于普通 C 5 0 、 C 5 5生产配合 比， 具有一定的成本优势。 5结论 ( 1 )采用特种超细矿物掺合料微珠配制 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土 ， 能够增加 C 5 0 、 C 5 5混凝土 的流动 性 ， 降低粘度 ， 提高 C 5 0 、 C 5 5混凝土的工作性能。 ( 2 ) 微珠掺量兼顾性能与价格双重 因素 ， 用量 为 3 0 4 0 k g m 为宜 ， 此时既能将微珠的减水降粘增 强功能发挥出来 ， 又降低 了成本。等量取代水泥时 ， 微珠混凝 土较 普通混凝 土配合 比降低 了水 泥用量 及 胶凝 材 料总量 。 ( 3 ) C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土用水量为 1 4 5 1 5 0 k g i n ， 采用 C 5 0 、 C 5 5微珠专用外加剂 ，推荐 掺量为 1 9 表 6 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土配合 比 k g m 一 23 2 0 1 4年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 9期 原材料 冀东水泥 级粉煤灰 微珠$ 9 5矿粉 砂 碎石 普通外加剂微珠 专用外加剂 单价 ( 元 t ) 3 5 6 1 4 4 4 3 2 2 2 0 7 7 8 7 3 2 8 0 3 5 2 0 表 1 2 微珠配合 比成本优势 ( 4 ) 通过 与 C 5 0 、 C 5 5普通混凝土 的比较可知 C 5 0 、 C 5 5微珠混凝土具有较高 的强度富余系数 且 能降低单方混凝土成本 ，具有明显的成本优势 。 能 够应用于商品混凝土中。 参考文献 ： 1 】1 王云红 ， 徐杰 火电厂粉煤灰微珠 的分选利用 粉煤灰 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 3 6 - 3 8 2 】 李浩 ， 陈乐雄 ， 冯 乃谦 超高性 能混凝 土的新组分一 微珠 J 】 深圳土木与建筑， 2 0 1 1 ， 8 ( 3 ) ： 4 3 4 5 一 2 4一 3 】 张粉芹 ， 王海波 ， 王起 才 不 同类型 C 5 0混凝 土孑 L 结 构 与 耐久性关系 的研究 J 】 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 0 1 3 4 】 L a n g a n B W ， We n g K， Wa r d M A E f f e c t o f S i l i c a F u m e a n d V l y A s h o n He a t o f H y d r a t i o n o f P o r t l a n d C e m e m J 1 C e m e m C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2( 3 2 ) ： 1 0 4 5 1 0 5 1 【 5 】 贾 春 C 5 0混凝土 配合 比设计 浅谈【 J 】 甘肃科 技 ， 2 0 1 1 ， 2 7 ( 2 3 ) ： 1 4 3 1 4 5 6 丁庆军 ， 韩冀豫 ， 黄修林 ， 等 微珠 与硅 灰 、 粉煤灰水化 活性 的对比研究【 J 】 武汉理工大学学报， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 3 ) ： 5 4 5 7 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 4 - 0 9 作者简介 ： 袁启 涛( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 工程 师。 通讯作者 ： 唐玉超 ( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 助理工程师 。 通讯地 址 ： 天津市 临港经济 区渤海 1 6南路 2 8 9号 联 系 电 话 ： 1 3 5 4 5 0 8 1 0 23 E -ma i l ： t a n g y u c h a o l O 0 1 6 3 c o m