超细粉在C80钢管混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 3 年 第 1 2期 (总 第 2 9 0期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 9 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P R AC T I CA L T E e HN 0L ( ) GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 1 2 0 4 3 超细粉在 C 8 0钢管混凝土中的应用研究 孟刚 ，张磊 ，张凯峰 ，欧阳孟学 ，吴雄 ，黄义雄 ( 1 中建商品混凝土西安有限公司 ，陕西 西安 7 1 0 1 1 6 ；2 中建商品混凝土有限公司，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要： 综述了硅灰、 微珠等超细粉的性能特征及在混凝土中的应用现状 ， 结合某工程项 目进行了不同掺量的粉煤灰 、 硅灰 、 微 珠对 C 8 0 混凝土的工作性能及强度影响的试验研究。 结果表明 ： 硅灰对混凝土早期强度有明显的促进作用， 微珠对混凝土后期强 度有明显的促进作用 。 微珠与硅灰 以一定比例双掺的情况下 ， 既能保证混凝土早期强度又较好地促进 了后期强度的增长。 关键词： 超细粉；硅灰 ；微珠 ；钢管混凝土 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 3 ) 1 2 0 1 5 3 - 0 3 R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f u l t r a f i n e p o wd e r s i n t h e C8 0 s t e e l p i p e c on c r e t e MENG Ga n g , ZHANGLe i ， ZHANG Ka l t b n g ， OUYANG Me n g xu e ， W UXi o n g2 , HUANG Yi xi o n g ( 1 C h i n a Co n s t r u c ti o nRe a d y - mi x e dCo n c r e t eC o ， L t d ， ， o f Xi a ll ， Xi a n 7 1 0 1 1 6 ， C h in a ； 2 C h i n a C o n s t r u c t i o n R e a d y - mi x e dC o n c r e t e C o ， L t d ， Wu h an 4 3 0 0 7 0 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Gi v e s a n o v e r v i e w a b o u t t h e p e r f o r ma nc e c h a r a c t e r i s t i c s a n d a p p l i c a t i o n s t a t u s i n c o nc r e t e o fu l t r a fin e p o wd e r ， s u c h a s s i l i c o n f u me be a d s e t c Andi t a l s oi n c l ud e st h e s t u d yof t h ei n flue nc e s ofd i ffe r e nt do s a g e o ffly a s h， s i l i c af l岫 e， b e a d s ontheus a g e o f wa t e r ， the w o r k a b i l i t y and s t r e n g t h o f C 8 0 c o n c r e t e ， c o m b i n i n g w i t h s o me e n g i n e e ri n g p r o j e c t T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t ： s i l i c o n f u m e h a s s i g n i fi c a n t r o l e i n pr o mot i n g the e arl y s tre ng t h of c o n c r e t e and be a d s ha s s i g ni fic a n t r ol e i n p r o mo t i n g the l a t e s ffe n g t h o f c o nc r e t e I f c o mpl e xi n g b e a d s an d s i l i c a f u me i n a c e r t a i n p e r c e n t a g e， i t wi l l b ot h t o e n s u r e the e a r l y s t r e n g t h o f c o nc r e a n d t o pr o mo t e the g r o wt h o f the l a t e s t r e ng t h Keywor ds ： u l tra fin ep o wd e r s； s i l i c af ume； be a ds ； s t e e l p i pe c o nc r e t e 0 引 言 钢管混凝土结构是将钢材 与混凝 土两种材料或钢结 构与混凝土结构两种结构 ， 通过合理的方式组合成整体共 同工作 的构件或结 构 。 钢管 混凝土被称 为第五种 结构类 型 ， 具有承载力高 、 抗震性能好 、 节约钢材和施工简捷等突 出优点 ， 在桥梁工程和超高层建筑中得到了 日 益广泛的应 用 1 。 粉煤灰、 硅灰等超细粉体作为硅酸盐固体废弃物应用 混凝土工程 中能改善其工作性能 ， 降本增效的同时又减少 了环境负荷 ， 具有一定的经济效益 和社会效益 。 本试 验在分析研究超细粉体相关性能及 国内外学 者 对高性能混凝土研究成果的基础上 ， 依托某工程项 目， 结合 当地原材料 ， 开展 了不同品种及掺量超细粉对混凝土性能 影 响的试 验研究 ， 为超 细粉体在高性 能钢管混凝土中的应 用研究提供一定的参考 。 1 超 细粉体在混凝 土的应 用 1 1 超 细粉体概述 混凝 土用超细粉是指平均直径小于 1 0 t x m的粉煤灰 、 硅灰等无机非金属粉末。 物质达到超细状态后 ， 其物理性能 发生改变 ， 其 比表面加大 ， 表面能提高 ， 表 面活性增加 。 这 些超细粉应用在混凝土中具有形态效应 、 活性效应和微集 料效应 ， 三大效应都与超细粉体材料颗粒 的组成 、 颗粒级 配等密切相关 。 粉煤灰 由硅铝玻璃体 、 微 晶矿物颗粒和未燃尽的残炭 等组成 ， 其主要成分为 S i O 、 A 1 2 0 、 F e ；2 0 ， ， 在常温下 与其他 胶材水化时析出的 C a ( O H) 可发生火 山灰反应 ， 形成具有 一 定胶凝活性的水化产物 ， 使得生成物产生一定 的力学性 能。 微珠是粉煤灰 中实心 的和虽空心但沉于水的玻璃珠 ， 比表面积远大于普通粉煤灰 ， 其各方面的性能更优于普通 粉煤灰 ， 已被越来越多应用于高性能混凝土及特种混凝 土 的制备技术 中。 硅灰是硅铁合金厂在冶炼硅铁合金和硅金属厂冶炼金 属时从尘中收集的超细粉末， 平均密度为 2 0 0 0 k g m 3 松散体 积密度为 2 0 0 3 0 0 k g m ， 比表面积为 1 5 0 0 0 2 5 0 0 0 m 2 k g ， 含有 9 0 左右的无定形 S i O ， 具有较好的火山灰活性 ， 平均 粒径 0 1 z m左右 ， 大约只有水泥 的 1 。 硅灰由于颗粒极小 及活性二 氧化 硅含量高 ， 在水 化反应时 与周 围环境 中的 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 6 0 8 基金项 目：国家十二五科技支撑项 目； 中建总公 司立项课题( C S C E C 一 2 0 1 0 一 Z 一 0 1 0 4 ) l 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m C a ( O H) 发生反应生成水化硅酸钙等胶凝组分为混凝土强 度提供支持。 1 2 超 细粉在 混凝土 中应用 粉煤灰可 以改善混凝土工作性能并促进混凝土后期 强度增长 ， 粉煤灰 的具有 良好的颗粒效应及级 配效应 ， 能 够较好地填充混凝土中的孔 ， 改善混凝土 的抗冻性及抗渗 性 ， 提高其耐久性能 。 杨建伟等圆 利用粉煤灰和低 品质水泥 制备 了粉煤灰混凝 土 ， 结果表 明， 掺入适量的细粉煤 灰能 改善胶凝体系的性能 ， 其对混凝土性能的改善效果优于采 用增大水泥用量 的措施 ， 尤其在提高混凝土的劈裂抗拉强 度及后期强度增长幅度 等方面有突出效果 。 高英力 等_3 _利 用不 同细度不 同掺量粉煤灰替代水泥制备了粉煤灰 高强 轻骨料混凝土。 研究结果表明 ， 粉煤灰掺量相同时 ， 随着粉 煤灰细度 的增大 ， 混凝土抗氯离子渗透性及护筋性均随之 增加 ； 粉煤灰细度相同时 ， 随着粉煤灰掺量 的增加 ， 其抗渗 性能 随之降低 ， 当掺人超 细粉煤灰 2 0 时， 抗渗性与护筋 性最优。 L I G u a n s h u C4 研究了粉煤灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀 性能。 结果表明 ， 石灰含量 ， 硫酸盐浓度和玻璃相 中的碱含 量是影响粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的主要因素 ， 并 且提 出了粉煤灰的组成影响粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀 性 的机理 。 硅灰对混凝 土的和易性等工作性能具有较大影 响。 硅 灰水化需要较多的水 ， 在混凝土中掺加硅灰能减少拌合物 中的游离水 ， 降低混凝土的泌水性 。 硅灰在混凝土 中同样 具有较好 的形态效应和火 山灰效应 ， 这些作用的发挥很好 地改善 了水泥净浆与骨料的黏结强度 和水泥浆体 中孔径 分布 ， 从而提高了混凝土的强度 ， 并改善了其耐久性能 ， 延 长混凝土结构的服役寿命。 蒲心诚等5 1研究了硅灰对 1 5 0 MP a 级混凝土混合料流 动性贡献情况， 在原材料及级配相同的情况下 ， 用 1 0 o 1 5 的硅灰等量取代水泥， 将坍落度为 0的无硅灰干硬性混凝 土混合料转化为坍落度达 2 3 0 2 4 0 m m 的流态混凝土 。 李 理等 6 1 研究硅灰对混凝土抗冻性影响的试验研究 ， 结果表 明掺加 5 的硅灰使得混凝土抗冻性能提高了 1 0 以上 ， 冻融 3 0 0次以上时 ， 硅灰混凝土未破坏 ， 而无硅灰 的混凝 土出现破坏 。 N o c h a i y a T等同 研究 了硅酸盐水泥一 粉煤灰一 硅灰混凝土的工作性性能与强度规律 ， 认为在掺加硅灰的 基础上 ， 掺加一定量粉煤灰后 ， 标准稠度需水量降低 ， 凝结 时间延长 ， 混凝土工作性能提高 ， 硬化后混凝土结构更致 密 ， 强度值增加。 2 试验原材料 ( 1 ) 水泥 ： 冀东( 扶风 ) P O 4 2 5 级水泥 ， 其物理性能如 表 1 所示。 表 1 水泥主要物理性能指标 ( 2 ) 超细粉与掺合料： 粉煤灰由陕西渭河电厂提供 ， 等级 为 I I ； 微珠 由天津某新型建材厂提供 ， 密度 为 2 5 2 0 k g m。 ； 硅灰 由北 京 正源 益 清科 贸 有 限公 司 提供 ， S i O 含 量 为 9 4 ， 2 8 d 活性指数为 1 0 1 ； 矿粉有陕西德龙矿粉厂提供 ， 级别为 $ 9 5 级 ， 比表面积为 4 3 9 m2 k g 。 ( 3 ) 集料 ： 粗骨料选择 秦岭 l O 2 0 m m、 5 1 0 mm两种 级配复配 ， 砂选择的是陕西渭河中砂 ， 细度模数为 2 7 。 ( 4 ) 外加剂 ： 外加剂为大连西卡聚羧酸高效减水剂 ， 减 水率为 2 4 。 3 试验配合 比 表 2 列 出了本次 试验 采用 的 5 种 超 细粉 C 8 0钢管 混凝土 配合 比 ， 其 中 ， 配合 比 1 与 配合 比 2是在 相 同粉 料总量及砂率情 况下 ， 对 比微珠 与粉煤灰对 混凝土性 能 的影响 ； 配合 比 4与配合 比 5 对 比微珠对混 凝土性能 的 影响 。 表 2 试验 配合 比 注： 石 1 为粒径存 l O 2 0 m l n的碎石， 石 2 为粒径在 5 1 0 m m的碎石。 4结 果 与 讨 论 4 1 超 细粉 对新拌混凝 土工作性能的影响 按照表 2所示 配合 比制备混凝土 ， 测试新拌混凝土工 作性能 ， 其中坍落度与扩展度如图 1 所示 、 倒坍时间如图 2 所示。 从网 1 、 2 可以看出， 几组配合比均有较好的_T作性能 ， 1 5 4 其中配合 比 2的性能明显优于其他各组。 对 比具体配合 比 数据可以发现 ， 配合 比 2既有硅灰 又有微珠 ， 发挥 了硅灰 与微珠双掺的复合效应 。 从具体试配过程来看 ， 微珠 与硅 灰的复合使用比单独使用硅灰使用了更少量的水 ， 这主要 是微珠 自身的颗粒特 征在 与硅灰 的复合中发挥了较好 的 微集料效用。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 3 4 编号 6 8 0 6 6 0 昌 6 4 0乓 6 2 0皑 ： 6 0 0 58 0 图 1 新拌混凝土工作性能( 坍落度与扩展度 ) 编 号 图 2新拌混凝土工作-眭能( 倒坍时间 ) 4 2 超 细粉体 对混凝土强度 的影响 硬化混凝土强度值测试结果如图 3 所示 。 从图 3中可 以看 出， 整体来看配合 比 2 在各龄期强度增长稳定 ， 其 2 8 d 强度值最高。 在粉料总量及砂率相 同的情况下 ， 对比前三组 的强度值 ， 配合比 2 表现出强度发展优势 。 这有两方面的原 因 ， 一是硅灰与微珠的复合叠加级配效应 ， 使得混凝土硬 化浆体密实度提高 ， 另一方面是 由于硅灰含量的相对增多， 使得体系 中增添了钙矾石凝胶体 ， 补充 了强度 。 对 比配合 比 4与配合 比 5 两组 ， 配合 比 4的早期强 度值略低 ， 说 明 微珠在混凝 土后期强度增 长中起到重要作用 。 这是由于在 水化早期微珠不能很好地参与反应 ， 但在后期水化过程 中 微珠较好地发挥 了火 山灰效应 ， 强度提升明显 。 此外 ， 在用 水量方面 ， 配合 比 4的用水量略小于配合 比 5 ， 这一现象 同 于前三组的用水量状况 ， 说明微珠具有节水的功效 。 5结论 ( 1 ) 硅灰 、 微珠等超细粉具有优 于一般矿物掺合料 的 形态结构和颗粒级配 ， 作为掺合料应用能优化胶材材料的 级配 ， 在水化过程 中能够积极地参与反应 ， 充填结构空隙 ， 这为其应用于混凝土工程提供了较好地理论基础 。 编 号 图 3 硬化混凝土强度值 ( 2 ) 硅灰与微珠在新拌混凝 土中能起 到良好地润滑作 用 ， 两者复掺使用时发挥 了超叠加效应 ， 使 得在混凝土坍 落度 、 扩展度及倒坍时 间等指标上具有 良好数据 ， 表现 出 较好地工作性 能。 ( 3 ) 将硅灰 与微珠 双掺应用在混凝 土中 ， 既可 满足早 期强度要求 ， 同时其后期强度增长稳定 ， 能够制备出满足 强度等级要求的 C 8 0 混凝土 。 参考文献 ： 【 1 李锋， 丁庆军， 陈宝春， 等钢管混凝土拱桥管内混凝土品质检 验综述 J _混凝土 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 1 1 8 1 2 0 2 杨建伟 ， 王强， 阎培渝， 等利用粉煤灰改善胶凝材料性能的研 究 J 1 混凝土与水泥制品， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 1 6 1 9 【 3 高英力 ， 刘赫 ， 李柯 ， 等 粉煤灰高强轻骨料混凝土抗氯离子渗 透及护筋性f J 长沙理工大学学报： 自然科学版 ， 2 0 1 2 ， 9 ( 1 ) ： 1 7 2 2 4 1 L I G u a n s h u S u l f a t e r e s i s t a n c e o f fl y a s h c o n c r e t e J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a m i c S o c i e t y ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 1 ) ： 4 0 4 8 5 】蒲心诚 ， 严吴南， 王； 中， 等 圭 灰对 1 5 0 M P a 超高强高流态混凝 土的强度及流动性的贡献 J J _ 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 0 ( 1 ) ： 8 1 2 【 6 】李理， 杨万里， 刘茉莉， 等 圭 灰对混凝土抗冻性能影响的试验 研究I J J 河北省科学院学报 ， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 2 ) ： 6 3 6 5 【 7 1 NOC HA I YA T， WONG KE O W， C HA I P A NI C H A U t i l i z a t i o n o f f l y a s h wi t h s i l i c a f ume a n d p r o p e r t i e s o f Po r t l a n d c e me n t - fly a s h s i l - i c a f u m e c o n c r e t e J F u e l ， 2 0 1 0 ( 8 9 ) ： 7 6 8 7 7 4 作者简介： 联 系地 址 ： 联系电话 ： 孟( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 工程师。 西安市长安区王寺镇西街 中建商品混凝土西安有限 公司技术科( 7 1 0 1 1 6 ) 1 8 6 0 71 32 3 71 广东省第四期混凝土搅拌站车队与调度管理技能培训班在东莞举办 p 0 广东省混凝土行业协会在今年五月 、 六月和八月分别在江门市 、 梅州 、 佛 山市成功举办了三期混凝土搅拌站车队与调 度管理技能培训班基础上 ， 继续采取送教上 门、 分 区域办班 ， 聘请行业专家授课 的方式 ， 于 2 0 1 3年 1 1 月 1 6日在东莞市举 办了广东省第四期预拌 昆 凝土企业车队与调度管理技能培训班。来 自东莞 、 惠州 、 深圳等市的预拌混凝土企业的副总裁 、 总经理 、 副总经理 、 生产主管 、 车 队长 、 调度长等 6 0多人参加 了这次培训学习。 广东省协会陈访 国秘书长 主持了开班仪式 ， 惠邦科技有限公 司行业管理培训顾 问、 中大 E MB A张少彬总经理结合丰 富的实例讲解了混凝土搅拌站车 队与调度的管理技能理论 、广东华南三一工程机械有限公司搅拌车主管胡洪盛讲 师介 绍了车辆 日常维护保养方面的知识 、 东莞市宏创运输服务有限公 司古学文总经理介绍了搅拌站车队管理的实际经验 。课 程 内容 丰富 ， 生动活泼 ， 学员反映 良好 ， 通过培训学 习， 提高 了我省预拌混凝土生产企业车队和调度管理人员 的专业技能、 管理水平 、 心理素质 、 应变能力 ； 为企业生产成本控制 、 避免安全事故 、 维护企业信誉 、 减少客户投诉提供了有力保障。 ( 广东省预拌混凝土行业协会秘书处) 1 55 B d 苫、 氍 坦 2 2 2 2 2 2 目u v 密 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m