沸石粉-石灰石粉混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 2年第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRE r E AND CEMENT PRODUC 2 01 2 No 1 2 De e e mbe r 沸石粉一 石灰石粉混凝土的试验研究 明 阳， 王 军 ， 陈 景 ， 张凯峰， 唐 凯 ( 中建商品混凝土有限公司， 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 通过正交试验 ， 研 究了水胶 比、 砂率 、 沸石粉掺 量、 石灰石粉掺量 四因素对 混凝 土强度、 工作性 能的影 响 规律。 给 出了利用沸石粉一 石灰石粉制备混凝土的适 宜配合比 ， 根据正 交试验结果 ， 分析 了各掺合料之 间的最佳组合 以及每 种掺合料 影响 的显著性 。 关 键 词 ： 沸石 ； 石 灰石 ； 混 凝 土 ； 正 交试 验 Ab s t r a c t ： B y u s i n g t h e o r t h o g o n al t e s t ， t h e i n f l u e n c e r e g u l a t i o n o f s o me f a c t o r s s u c h a s w a t e r b i n d e r r a t i o ， s a n d r a t i o ， d o s a g e s o f z e o l i t e a n d l i me s t o n e o n t h e s t r e n g t h a n d wo r k a b i l i t y o f t h e z e o l i t e l i me s t o n e c o n c r e t e i s s t u d i e d T h e s u i t a b l e mi x p r o p o r t i o n o f z e o l i t e l i me s t o n e c o n c r e t e i s o b t a i n e d Ac c o r d i n g t o t h e o r th o g o n a l t e s t r e s u l t s ，t h e b e s t mi x p r o p o r t i o n a n d t h e i n fl u e n c e s i g n i fi c a n c e o f all mi x ma t e r i a l s a r e a n a l y z e d Ke y wo r d s ：Z e o l i t e ； L i me s t o n e ； C o n c r e t e ； O r t h o g o n al t e s t 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2) 1 2 2 0 0 4 0前 言 绿色混凝土与普通混凝土相 比具有 资源 和能 源消耗少 、 对环境污染小 的优越性 ， 是 可持续发展 的重要发展方向【 1 。大量利用工业废渣是绿色混凝 土的主要特点圆 。众所周知， 矿渣作为混凝土活性掺 合料 已被广泛应用 ，但随着混凝土用量的增加 ， 矿 渣逐渐从废渣变成资源， 且价格不断飙升 。我国沸 石和石灰石资源丰富 ， 其中磨细沸石粉能够发生火 山灰反应提供强度 ，磨细石灰石粉具有微集料效 应 ， 能代替部分不水化 的水泥填充于浆 体中 ， 提高 混凝土早期强度 、 改善混凝土工作性 ， 且还能节约 成本 3 1 。 本研究采用正交设计原理对沸石粉一 石灰石粉 混凝土的性能进行试验 ， 研究各组分对混凝土工作 性能和力学性能的影响。 同 时找出满足混凝土工作 性能和力学性能的最优配合 比，并进行机理分析 ， 揭示相应规律以指导实际生产。 1 试验 1 1 原材 料 水泥 ： P 0 4 2 5级水泥 ， 化学成分见表 1 ； 砂 ： 普通河砂 ， 细度模数 2 8 ； 石子 ： 矿山开采碎石 ， 粒径 5 - 3 0 mm连续级配； 水 ： 城市用 自来水 ； 高效减水剂 ： N S O f 3 一 萘磺酸 甲醛高缩物钠盐高效减水剂 ， 减水率 1 5 - 2 0 ； 沸石 ： 天然沸石 ， 主要化学成分见表 l ， 根 据经验控制 沸石粉 比表面积 5 3 0 m 2 k g左右 ；石灰 石 ： 当地石灰石 ， 其化学成分见表 1 ， 粉磨至 比表面 积 6 0 0 m k g 左右 。 1 2沸石的 X R D分析 沸石粉的 X R D图谱 ( 图 1 ) S Y 析得出 ， 沸石结晶 程度较高 ， 主要 以结晶矿物形态存在 ， 所含矿物成 分主要有钙长石、 正长石 、 石英 、 高温型钠 长石和低 铁透辉石 。沸石中含有较高活性l的二氧化硅和氧化 铝 ， 在 水 泥水 化 的碱 溶 液 中 ， 可 以溶 解 产 生 A 1 0 2 - 和 S i 0 4 4 - ，溶出的 A 1 0 2 - 和 S i O 4 4 - 能与水泥 中的 C a 反应 生成一系列水化产物 4 1 。 1 3 试 验方 法 参照 G B T 8 0 7 4 -2 0 0 7 水泥 比表面积测定方 法 ( 勃 氏法 ) ，测试 粉体 比表面积 ；参 照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法标 准 ，测试混凝土拌合物性能 ；参照 G B T 5 O 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准 ， 测试各 龄期的混凝土力学性能。 表 1 主要原材料的化学成分 一 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 明 阳， 王军 ， 陈景 ， 等 沸石粉一 石灰石粉混凝土的试验研究 1 0 2 O 3 0 4 0 5 O 6 O 7 0 20 。 图 1 天然沸石的 X R D图 1 4 试验方案 在前期大量探索性试验 的基础 上 ， 固定减水剂 掺量为胶凝材料质量的 2 ，选取用水量为 1 6 2 k g m ， 以水胶 比、 砂率 、 沸石粉掺量 、 石灰石粉掺量为影 响因素 ， 采用表 3中 L 9 ( 3 ) 正交试 验表进行配合 比 试验 ， 正交试验的因素水平见表 2 。 表 2因 素 水 平 表 变。为了更直观地分析试 验结果 ， 绘制正交试验 的 趋势， 如 图 2所示 。由图 2可知 ， 石灰石粉掺量和沸 石粉掺量是影响坍落度 的主要 因素 ， 其 中石灰石 粉 掺量的影响最大 ， 其 次是沸石粉掺量 ， 再次是水胶 比， 最后是砂率。由 4因素对坍落度影响的趋势 图 可知 ， 最佳组合 为 A 3 B I C I D 3 ， 即水胶 比 0 5 0 ， 砂率 3 5 ， 沸石粉掺量 2 0 ， 石灰石粉掺量 2 0 。 2 4 2 2 蓑2 0 1 8 通过分析各 因素对混凝土坍 落度 和各龄期抗 1 6 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 1 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 0期 果 见表 4 、 图 3 图 6 。 由表 4 、 图 6可知 ， 石灰石粉掺量对混凝土抗压 强度的影响最大 ， 各龄期抗压强度均随掺量增加而 降低 ， 这是因为石灰石粉作为非活性材料掺入主要 起填充作用四 ， 少量超细粉体能填充在水 泥颗粒之 间提高整体密实度 ， 但超过一定 的量后相对降低 了 胶凝材料 的量 ， 从 而造成混凝土强度下降 ， 石灰石 粉适宜掺量为 1 0 。 水胶 比对混凝土强度 的影响仅次于石灰石粉 掺量 ， 由图 3可知 ， 随着水胶 比的增 大各龄期抗压 强度均降低 ， 当水胶 比超过 0 4 6后各龄期抗压强度 下降明显 ，其中水胶 比为 0 4 2时各龄期强度均最 大 。 沸石粉掺量对混凝土强度的影响位居第三 ， 少 量沸石粉的掺入在早期能够起到填充作用 ， 对混凝 土早期强度的提高较为有利 ，由于沸石粉活性较 低 ， 掺量过大会降低混凝土强度 ， 沸石粉在后期能 充分发挥其潜在活性使混凝土 2 8 d强度增加。 砂率对混凝土强度 的影响较弱 ， 早期和中期均 随着砂率的增大抗压强度不断下降 ， 后期随着砂率 的增大抗压强度先减小后增加 ， 砂率为 3 5 时各龄 期强度最大。 由以上坍落度和各 龄期抗压强度 正交试验结 果 ， 综合考虑经济性 ， 可以发现性能较好 、 经济效益 明显 的组合 为 A 2 B I C 3 D 1 ，即水胶 比 O 4 6 ，砂 率 3 5 ， 沸石粉掺量 3 0 ， 石灰石粉掺量 1 0 。最适宜 配合 比为水泥 2 1 1 k m ， 沸石粉 1 0 6 k m。 ， 石灰石粉 3 5 k m 3 ， 石子 1 2 5 4 k m 3 ， 砂子 6 7 5 k m 3 ， 水 1 6 2 k 表 4 各 因素对混凝土抗压强度的影响 一 2 2 0 2 4 6 8 l O 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 O 养护龄期 d 图 3 水胶 比对混凝 土抗压强度的影响 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 O 2 2 2 4 2 6 2 8 3 O 养护龄期， d 图 5 沸石粉掺量对混凝 土抗压强度的影响 3 6 3 4 3 2 重3 0 髓2 8 蓄2 6 2 4 2 2 2 0 1 8 O 2 4 6 8 1 0 1 2 l 4 l 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 养护龄期 d 图 4砂率对混凝 土抗压强度 的影 响 O 2 4 6 8 1 O 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 O 养护龄期， d 图 6 石灰石粉掺量 对混凝 土抗压强 度的影 响 加 掩 善 骥旧 强 如 勰 加 W 骶坦 勰 拍 加 B d n I， 霞幽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m