添加两种再生骨料的保温混凝土基本力学性能研究.pdf

2 0 1 5 年 第 1期 (总 第 3 0 3 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M D( ED CONCRFI E 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 5 0 1 0 3 1 添加两种再生骨料的保温混凝土基本力学性能研究 冯伟， 李珠 ， 王文嫡 孙亮 ( 太原理工大学 建筑与土木工程学院，山西 太原 0 3 0 0 2 4 ) 摘要： 对于产煤量大的地区， 煤矸石废料的堆放和填埋造成了环境保护的巨大压力 ， 因此尽可能多的利用煤矸石废料具有极 大的社会意义。 以再生混凝土骨料为粗骨料的 C 3 0玻化微珠保温混凝土配合 比为基础 ， 着重研究了再生混凝土骨料中煤矸石不 同替代率对再生保温混凝土立方体抗压强度的影响。 并且通过对 比各取代率下的棱柱体轴心抗压强度与立方体抗压强度 ， 给出 了再生煤矸石保温混凝土立方体抗压强度与棱柱体轴心抗压强度的换算计算式。 关键词： 玻化微珠 ； 保温混凝土 ； 煤矸石 ； 再生骨料 ； 抗压强度 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 5 ) O l 一 0 1 2 2 04 S t u d y o n b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e r ma l i n s u l a t i on c o n c r e t e a d d e d t wo k i n d s o f r e c y c l ed a g g r e ga t e F E NG We i , L IZ h u， WANG We n j i n g， S U N L i a n g ( De p a r t me n t o f Ar c h i t e c t u r e a n d Ci v i l En g i n e e r i n g ， T a i y u an Un i v e r s i t y of T e c h n o l o g y， Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4， Ch i n a ) Abs t r ac t： ： F o r a l a r g e q u an tity of c o a l r e g i o n， c o al g a n g u e wa s t e d u mps an d l a n d fil l s c a u s e d g r e a t pr e s s u r e o n e n v i r o n me nt a l p r o t e c t i o n， t he us e o f c o al g a ng ue wa s t e a s mu c h a s p o s s i bl e i s o f g r e a t s o c i a l s i g n i fic an c e On t h e p r e mi s e of C3 0 the r ma l i n s u l a tio n g l a z e d h o l l o w b e a d c o n c r e t e mi x t u r e r a ti o wh i c h r e c y c l e d c o n c r e a g gre ga t e a s t he c o a l -s e a g gre g a t e i t s t u d i e d t h e e f f e c t o f t h e c o al g a n g u e s u bs titutio n r a t e i n the r e c y c l e d c o n c ret e a g gre g a t e on t h e c u b e c o mp res s i v e s t r e n gth of reg e n e r a ti v e the r ma l i n s u l a ti on of c o n c ret e By c o mpa r i n g t he c u b e c o mp r e s s i ve s t r e n g t h an d a x i al c o mp r e s s i v e s t r e ng th i n d i f f e r e n t s u bs ti tutio n r a t e， the f o r mula f o r c o n v e r t i n g t h e c u be c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a n d a xi a l c o mp r e s s i v e s t r e ng th o f i n s u l a tio n r e g e n e r a tio n o f g a ng ue c o n c r e t e wa s g i v e n Key wor ds： g l aze d h o llo w be a d； t h e rm al i n s ula tio n c o nc r e t e； c o a l g an g u e； r e c y c l e d a g g r e g a t e； c o mp res s i o n s t r e n g t h 0 引 言 伴 随着 我 国经济 的飞 速增 长 ， 能 源 问题 日益突 显。 解决能源 问题有 多种途 径 ， 而其 中开 发利用 可再 生能源 将是一个重要 的选 择。 再生混凝 土和煤 矸石作 为混凝 土 集料得到越来越 多的重视 ， 具有 明显 的社会 、 经济和环境 效益。 煤矸石是煤炭行业 发生量巨大、 对环境有严重污染的 固体废料之一。目前我 国煤矸石储量 巨大 ， 若不对煤矸 石 进行合理的利用将会 产生 巨大的损失 。 可利用 煤矸石 生 产集料替代天然集料 ， 减少资源 的消耗 ， 达到保护能 源的 目的。 1 试验 原材料及 方法 1 1 试验材料 水泥 ： 采用太原狮头水泥厂生产 P O 4 2 5级水泥 ， 性 能满足 G B 1 7 5 -2 0 0 7 ( 通用硅酸盐水泥 的质量要求。 骨料 ： 石子选用山西文水碎石， 粒径为5 - 2 0 I n l T l ， 堆积 密度为 1 4 5 6 k g m ； 再生骨料为太原市某拆迁居民楼废弃 混凝土经破碎 、 筛分 而成 ， 粒径为 5 - 2 0 r n i n ， 连续 级配 ， 堆 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 1 7 基金项 目： 教育部高等 院校博士点基金资助 ( 2 0 1 0 1 4 0 2 1 2 0 0 0 7 ) 1 22 积密度为 1 3 0 0 k g m ； 煤矸石选用山西离石某煤矿所产煤 矸石 ， 粒径 5 - 2 0 I I I I T I ， 吸水率 1 1 3 ， 压碎值 1 0 9 ， 堆积密 度为 1 2 4 2 k g m ； 砂子选用 山西晋城某砂石厂 中砂 ， 含泥 量小于 2 ， 堆积密度为 1 5 0 0 k g m 。 玻化微珠 ： 选用太原思科达科技发展有限公司生产 的 S KDI I 产 品。 减水剂 ： 选用太原某化工厂 的聚羧酸高效减水剂。 外掺料 ： 选用太原思科达科技 发展有 限公 司生产 ， 主 要成分为硅及其氧化物 的粉末状 固体 。 1 2试 验 配合 比及 试 验 过 程 保温混凝土的试配强度为 C 3 0 ， 采用机器拌 和， 标准养 护。 混凝土的基 本力学 性能 试验方 法参 照 G B T 5 0 o 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行。 立方体抗 压强度试块尺寸均为 1 5 0 mm 1 5 0 1T I 1 T I 1 5 0 m i l l 的立方 体标准试件 ， 标准养护 7 、 2 8 、 5 6 d龄期 ， 每组 3个试块。 轴 心抗压试块尺寸均采用 1 5 0 m m1 5 0 m m 3 0 0 m i l l 的棱 柱体标准试件标准养护 2 8 d ， 每组 3个试件。 其试验仪器 设备为 S T Y E一 3 0 0 0 C型号电脑全 自动混凝土压力机， 如 图 1 所示 ， 试验配合 比见表 1 。 试验 首先对 比粗 骨料全部 为煤矸石再生骨料 、 混凝土再生骨料和天然骨料的立方体 压强度的影响。 对 比后五组试验数据可知煤矸石 掺量对再生 混凝土 立方体抗压强度 的影 响为 ： 在煤矸石骨料掺量 较小时 ， 随 着其掺量的增加立方体抗压强度呈现出逐渐降低的趋势。 当掺量为 3 0 时， 混凝土 7 、 2 8 、 5 6 d立方体抗压强度较全 部为混凝土再生骨料试块立方体抗压强度的降低趋势平 稳， 分别降低了2 8 9 、 4 6 2 、 4 4 9 ， 降低幅度很小。 这是 由于天然骨料在试块中仍承担着绝大部分的压力所致。 当 煤矸石骨料掺量为 5 0 时 ， 试块 7 、 2 8 、 5 6 d的立 方体抗压 强度较全部为混凝土再生骨料试块立方体抗压强度分别 降低了 2 7 0 4 、 2 3 5 5 、 2 2 1 6 ， 幅度 明显增 大， 这是 由于 煤矸石强度较低且与新砂浆黏接不牢靠 ， 只有部分天然 骨 料承担着 内部应力等原 因造成 。 当掺量 为 7 0 时， 混凝 土 7 、 2 8 、 5 6 d的立方体抗压强度较煤矸石骨料掺量 5 0 的 试块立方体抗压强度略微降低， 分别降低 了 3 1 0 5 、 2 8 8 3 、 2 8 9 2 。 当掺量 为 1 0 0 时， 混凝 土 7 、 2 8 、 5 6 d的 立方体抗压强度较全部为混凝土再生骨料试块立方体抗 压强度分别 降低 了 2 3 3 8 7 、 3 7 1 2 、 3 5 6 ， 这主要是 由 于部分煤矸石骨料强度低于砂浆强度 ， 使得裂缝穿过煤矸 石骨料延伸 ， 大大降低 了试块 的抗压强度。 试 验编号 图3不同粗骨料不同龄期的抗压强度对 E 试验 编号 图 4 不同煤矸石掺量对立方体抗压强度的影响 试验 编号 图5不同煤矸石掺量对棱柱体轴心抗压强度的影响 3 3 煤矸石掺量对再生混凝 土轴心抗压强度的影响 煤矸石掺量对玻 化微珠保温混凝土 轴心抗压强度 的 1 2 4 影响试验结果如表 3 所示 。 可知煤矸石掺量对再生混凝 土 轴心抗压强度的影响为 ， 随着煤矸石掺 量的增加 ， 再生 混 凝土轴心抗压强度呈现出整体下降的趋势。 当掺量为 3 0 时 ， 混凝土轴心抗压强度 比骨料全部为再生骨料混凝 土的轴心抗压强度降低 9 0 8 ； 当掺量为5 0 时， 强度较骨 料全部为再生骨料混凝 土的轴心抗 压强度降低了 1 6 2 ； 当掺 量 为 7 0 时 ， 抗 压 强 度 降 低 了 1 8 5 8 ， 当掺 量 为 1 0 0 时 ， 抗压强度低 了 2 5 3 。 表 3 棱柱体轴心抗压强度 MP a 3 4 煤矸 石再 生混凝土 立方体抗压 强度与轴 心抗 压 强 度 的 关 系 煤矸石掺量对玻化微珠保 温混凝土棱柱体轴 心抗压 强度 的影响试验结果如表 4所示。 再生保温混凝土 随着煤 矸石骨料取代率的逐渐提高， 其棱柱体轴心抗压强度与立 方体抗压强度的比值 在 0 7 5 0 8 5之间浮动。 普通混 凝土中加入再生 骨料 ， 保 温混凝 土两种 强度之 比就 会下 降 ， 但是仅仅下降 了 1 3 ， 最 多下 降 4 9 。 用煤矸石骨料 取代再生混凝土骨料对其两种强度之 比的影响不 明显 ， 所 以添加了煤矸石 的再生保温混凝土 的轴 心抗 压强度与立 方体抗压强度可取关系式 = 0 8 f o 。 表4棱柱体轴心抗压强度与立方体抗压强度 注 ： 此试验两种试块均为标准养护 2 8 d 试块。 O 8 O 8 0 8 誉0 8 O 7 0 7 试验 编号 图 6 不同煤矸石掺量下试块棱柱体轴心抗压强度与 立方体抗压强度的比值 4 结论 通过对添加两种再生骨料的保温混凝土基本力学性 能研究 ， 得到以下结论 ： ( 1 ) 粗骨料全部为再生混凝土骨料的试块与普通保温 混凝土试块的破坏过程、 破坏形态基本一致。 与粗骨料全 部为煤矸石骨料的混凝土试块有着较大的差异。 ( 2 ) 随着煤矸石掺人比例的增加， 立方体抗压强度与 棱柱体轴心抗压强度下降， 当掺量为 1 0 0 时强度下降较 明显。 ( 3 ) 煤矸石再生骨料的最佳掺量为粗骨料质量的5 0 。 日 髓矮出 ( 4 ) 添加 了煤矸石与再生骨料两种再生骨料 的保温混 凝土的棱柱体轴心抗压 强度与立方体抗 压强 的的计算 式 近似可取 ： = 0 8 f o 。 参考文献： 1 李珠 玻化微珠保温材料的系列研究与“ 城市窑洞 式绿色建 筑 M 北京 ： 北京邮电大学出版社， 2 0 1 1 E 2 李珠， 张泽平， 等 玻化微珠保温混凝土： 中国， 2 0 0 6 1 0 0 1 2 7 2 6 P 2 0 o 8 E 3 3张晓华， 孟云芳， 任杰 浅析国内外再生骨料混凝土现状及发 展趋势E J 3 混凝土， 2 o 1 3 ( 7 ) ： 8 0 8 3 E 4 冷发光 煤矸石综合利用的研究与应用现状E J 3 四川建筑科学 研究 ， 2 0 0 0 ( 6 ) ： 4 4 4 6 5 李永生 ， 郭金敏 ， 王凯 煤矸石及其综合利用 M 中国矿业大 学出版社， 2 0 0 6 上接第 1 1 7页 体系中 O H一 的浓度 增大有效 控制 了 MP C浆 体水化初 期 Mg O的溶解速度， 有效延缓 了 MP C浆体的凝结。 如表 2 所示 ， 粉煤 灰 和磷渣 粉 对 水化 浆 体有 一定 的缓凝 作 用 ， 磷渣粉的碱性最大， 缓凝效果也最 明显。 粉煤灰碱性小， 但在MP C系统 中存在着对磷酸根离子的吸附效应 ， 粉煤灰对 磷 酸根 离子 的运动 ， 从 而延 缓 凝 结 ， 起 到 缓 凝 作用 。 矿渣的碱性虽然大于粉煤 灰 ， 但矿渣 的活性 ， 特别 是 早期活性 明显高于粉煤灰和磷渣粉 。 。 “ 。 矿渣粉活性高 ， 玻璃 体易 发 生解 聚 一聚合 ， 早期 就参 与水 化反应 。 强度 测定时掺入了硼砂作 为缓凝剂 ， 矿渣粉和缓凝剂硼砂也会 发生一定的反应 。 如图 1 所示， 掺入 2 0 的矿渣粉时 1 、 3 、 2 8 d的抗压强度都最高。 同时部分矿粉颗粒易沉积在 Mg O 颗粒表面， 也可起到延缓水化 的作用。 但是缓凝效果不 明显 。 硅灰主要成分是活性 S i O ， 是超细空心球状粉体， 比 表面积非常大， 是粉煤灰的 3 0 5 0倍 ， 活性非常高， 需 水量也增 大 ， 并且迅速溶于水 ， 易发生团聚沉淀。 如 表 2 、 3 所示 ， 硅灰的掺入 降低 了浆体 的流动性 ， 低掺量情 况下 的 分散效应可 以使 凝结 时间稍 有延缓 ， 但是 增加 掺量 超过 1 0 时 ， 浆体就失去流动性 。 矿物掺合料掺人后， 水化体系中 K H ： P O 和 Mg O含 量减少， 反应初期参与水化的 K H P O 和 Mg O减少 ， 降低 水化热 。 水化体系的初始温度低 ， 也起到延缓 MP C水化体 系水化过程的作用。 3 结论 ( 1 ) 掺合料 的添加延缓 了浆体 的凝 结时间 ， 磷渣粉有 优越的缓凝特性 ， 不影响力学性能的情况下提高浆体的工 作性能。 掺有粉煤灰、 矿渣粉和磷渣粉的水泥浆体都有非 常好的流动性 ， 但是硅灰对浆体的流动性有着不利的影 响。 粉煤灰 2 0 、 矿渣粉 2 0 和磷渣粉 3 0 掺量范围内 ， 水 泥石的后期抗压强度都有一定程度提高， 但是抗折强度却 呈下 降趋势 ； 硅 灰的最大 掺量较低 ( 1 0 ) ， 但是 硅灰 的掺 E 6张泽平， 董彦莉， 李珠 玻化微珠保温混凝土正交试验研究E J 3 混凝土与水泥制品， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 5 5 5 7 E 7 3张泽平 ， 董彦莉， 李珠 玻化微珠保温混凝土试验研究 J 新型 建筑材料， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 7 3 7 5 E 8 3刘数华， 阎培渝 再生骨料混凝土的力学性能 N 武汉大学学 报 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 8 5 8 7 9 3陈德玉， 袁伟， 刘欢 再生骨料取代率及矿物掺合料对混凝土 力学性能的影b ra E J 3 粉煤灰综合利用， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 41 6 1 O 3 何政卿， 薛东杰， 胡白香， 等 不同煤矸石替代率的生态混凝土 性能的研究 J 3 混凝土， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 1 1 51 1 8 作者简介： 联系地址： 联 系电话 ： 冯伟( 1 9 8 8 一) ， 男， 硕士研究生， 从事混凝土结构方向。 太原市迎泽西大街 7 9号 太原理工大学迎西校区建筑 与土木工程学院( 0 3 0 0 2 4 ) 1 8 5 0 3 51 61 8 6 人对抗折和抗压强度都有提高。 ( 2 ) 掺合料 的活性效应 、 形貌效应、 微集料效应和颗粒 效应影响磷酸盐水泥的各项性能。 四种掺合料化学组成差 别比较大， 活性和碱性大小不同， 电离出的 O H一 影响 MP C 水化体系水化进程。 参考文献： 1 姜洪义 ， 周环 ， 等 超快硬磷酸盐修补水泥水化硬化机理 的研 究E J 3 武汉理工大学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4 ) ： 1 8 2 0 2 毛敏 磷酸镁水泥耐水性机理与改性研究 D 重庆： 重庆大 学 ， 2 0 1 2 E 3 3王二强， 王冬， 刘兴华 磷酸镁水泥缓凝剂的研究 J 混凝土， 2 o 1 2 ( 9 ) ： 8 6 8 8 E 4 3杨建明。 史才军， 常远， 等 掺复合缓凝剂的磷酸钾镁水泥浆体 的水化硬化特性 J 建筑材料学报， 2 o 1 3 ( 1 ) ： 4 3 4 9 5 3林玮， 孙伟， 李宗津 磷酸镁水泥中的粉煤灰效应研究 J 3 建筑 材料学报， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 6 ) ： 7 1 6 7 2 1 E 6 3陈兵， 吴震， 吴雪萍 磷酸镁水泥改性试验研究 J 武汉理工大 学学报 ， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 4 ) ： 2 9 3 4 7 侯磊 ， 李金洪 ， 王浩林 矿渣磷酸镁 水泥的力学性能和水化机 理 J 3 岩石矿物学杂志 ， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 4 ) ： 7 2 1 7 2 6 E 8 3杨建明沼B 云霞， 刘海 酸碱组分比例对磷酸钾镁水泥性 能的 影响 J 建筑材料学报 ， 2 o 1 3 ( 6 ) ： 9 2 3 9 2 9 E 9 3夏锦红， 袁大伟， 王立久 磷酸镁水泥水化机理研究E J 3 武汉理 工大学学报 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 2 5 2 8 1 O 3 方爱民， 许荣华 粉煤灰的活性分析 J 电力环境保护， 1 9 9 1 ( 4 ) ： 5 2 5 7 1 1 石云兴， 马如龙， 赵国俊， 等 磷渣活性的试验研究与分析E J 3 河北建筑工程学院学报 ， 1 9 9 6 ( 1 )： 1 6 1 2 3 周广德 硅灰的特性与应用 J 混凝土及加筋混凝土， 1 9 8 7 ( 3 )： 2 52 9 作者简介 ： 联系地址 联系电话 李春梅( 1 9 7 9一) ， 女， 讲师， 主要从事先进水泥基材料 研究。 山东省日照市学苑路 6 7 7号 山东水利职业学院建工 系( 2 7 6 8 2 6 ) 1 8 9 6 3 3 7 71 1 6 1 2 5