羡渣取代部分细骨料对混凝土抗压强度的作用效应研究.pdf

2 0 1 2年 第 9期 ( 总 第 2 7 5期 ) Nu mb e r 9i n2 0 1 2 ( T o t alNo 2 7 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERJ AI AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 9 0 1 7 镁渣取代部分细骨料对混凝土抗压强度的 作用效应研究 周健。崔自治，周康，郑合营。崔永成 ( 宁夏大学 土木与水利工程学院，宁夏 银川 7 5 0 0 2 1 ) 摘要： 针对宁夏镁渣利用问题， 在已有研究的基础上 ， 以镁渣消化时间 、 镁渣取代率 m和粉煤灰掺量， 为因素， 设计 ( 3 ) 正交试验 方案， 试验研究了镁渣取代部分细骨料对混凝土抗压强度的作用效应， 揭示了作用规律， 并进行了机理分析， 为镁渣作为混凝土的细骨料 提供 了理论支 持。 试验结果表明 ： 镁渣取代率适量时 ， 镁渣能提 高混凝 土的强度 ； 镁渣适 当时问的消化是非常必要 的， 但 消化时间不宜过 久； 镁渣取代率对混凝土抗压强度影响的显著， 各因素的最优组合为镁渣消化时间 3 d ， 镁渣取代率 3 0 ， 粉煤灰掺量2 0 。 关键词 ： 镁渣 ；混凝土 ；细骨料 ；强度 中图分类号 ： T U5 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 2 ) 0 9 0 0 5 4 0 3 St udy on t h e e ffec t o f ma gne s i um s l a g t o r e pl a c e pa r t of t he fine a ggr ega t e on t h e c ompr e s s i v e s t r e ngt h o f c onc r e t e ZHOUJ i a n ， CUIZ i - z h i ， Z HOUKa n g， ZHE NGHe - y i n g， CUYo n g - c h e ng ( C o l l e g e o f C i v i l a n d H y d r a u l i c E n g i n e e r i n g ， Ni n g x i a U n i v e r s i t y ， Yi n c h u a n 7 5 0 0 2 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： On t h e u til i z at i o n pr o b l e m of ma g n e s i u m s l a g in Ni n g x i a， o n the b a s i s o fe x i s t i n g r e s e a r c h， t a k i n g ma gn e s i u m s l a g d i g e s ti o n t i me， ma gn e s i um s l a g r e p l a c e m e n t r a t i o a n d fl y a s h c o n t e n t a s f a c t o r th e e ffe c t o f m a gn e s i u m s l a g t o r e p l a c e p a r t o ft h e fi ne a g g r e g a t e o n the c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o nc r e t e WaS s t u d i e d t h r o ug h the o r t h o g o n al t e s t Th e me c h a n i s m wa s a n a l y z e d a n d t h e e ffe c t l a w Was r e v e a l e d Th e r e s u l t s s h o we d t h a t ： m a gn e s i um s l a g c o u l d i mp r o v e th e s t r e n g t h o ft h e c o n c r e t e wh e n ma gn e s i u m s l a g r e p l a c e me n t r a t i o wa s r i g h t a mo u n t M a gn e s i um s l a g a p p r o - p ria t e p e rio d o fd i g e s t i o n wa s v e r y n e c e s s a r y， b u t the d i g e s t i o n t i me s ho ul d n o t b e t o o l o n g， the e f f e c t o fma g n e s i um s l a g r e p l a c e me n t r a t i o o n the c o mp r e s s i v e s tre ngtho f c o n c r e t ewa s s i gn i fic a n t ， t h e o p t i ma l c o mb i n a t i o nWa S 3 df o rma gn e s i um s l a gdig e s ti o nt i me ， 3 0 f o rma gn e s i um s l a g r e p l a c e m e n t r a t e ， 2 0 f o r fl y ash c o n t e nt Ke y wor ds ： ma g ne s i u m s l a g； c o n c r e t e； fi n e a g g r e g a t e ； s t r e n g t h 0 引言 镁渣是金属镁厂冶炼镁排出的一种颗粒很细的粉尘， 又称 镁还原渣。 镁渣颗粒细、 易飞扬 、 有很强的附着能力 、 水解后具 有很强的碱性， 处理不当， 对周围环境会产生严重的污染。 镁渣 具有一定的火山灰活性和水化能力， 但活性很低 ， 且 Mg O的含 量高 ， 达 1 0 左右 ， 水化后具有显著的体积膨胀性和膨胀滞后 性。 镁渣用作水泥生料， 会增加水泥中Mg O的含量， 影响水泥 的体积安定性； 用作混凝土、 砂浆的掺合料， 可使结构构件产生 胀裂， 镁渣用于工程， 还存在很多技术问题有待研究解决。 宁夏 目前有许多家金属镁厂， 每生产 1 t 金属镁约排放 5 6 t 镁渣 ， 年排放镁渣约 1 2 0万 t ， 大量的镁渣以掩埋为主 ， 既占用土地， 又严重污染环境 ， 已成为制约企业发展的瓶颈。 已有的研究虽 然解决了镁渣应用中存在的一些问题， 但至今仍尚无可靠、 合理 的利用方法， 利用率很低， 满足不了镁渣资源化处理的要求， 急 需拓宽应用途径 ， 加强镁渣的应用研究。 宁夏惠冶镁业公司的镁 渣具有一定的水化活性 ， 与粉煤灰复合有互相增强效应， 镁渣 经消化处理后 ， 在掺量不超过水泥质量的 3 0 时 ， 不会引起水 泥的体积安定性不良 i - 4 ， 保存 6年的胶砂试件无开裂、 弯曲等 现象。 掺适量的 Mg O能补偿混凝土的体积收缩， 减少和防止混 凝土的收缩裂缝， 且对混凝土的体积安定性无不良影响 。 现 代预拌混凝土具有质量稳定、 生产效率高、 环境污染小等诸多 优良特点 ， 但存在塑性收缩变形大的不足， 补偿收缩措施是减 轻预拌混凝土塑性收缩的一个有效途径【9 - 。 为此， 研究尝试将 镁渣取代部分混凝土的细骨料 ， 进行了镁渣对混凝土的尺寸稳 定性研究， 同时留取立方体试件进行了力学性能试验研究， 以期 拓展镁渣的利用途径， 减少混凝土的塑性收缩。 1 材料与方法 1 1 原材料 镁渣取 自宁夏华亿镁业有限公司， 化学成分见表 1 ， 主要为 C a O、 S i O 2 、 Mg O、 F e 2 O 3 ， 少量的Al 2 0 3 和其他物质。 Mg O的含量 较高 ， 为 8 4 。 表 1 宁夏华亿镁业有限公 司镁渣化学分析 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 3 - 2 2 基金项 目：2 0 1 1 年 宁夏大学大学生创新实验基金项 目( 1 1 1 0 7 4 9 3 0 ) ； 国家 自然科 学基金项 目( 1 1 1 6 2 0 1 5 ) 5 4 石子为连续级配的碎石 ， 最大公称粒径为 2 6 5 rai n 。 砂子为 贺兰山的洪积物， 筛分结果如表 2 ， 细度模数 2 9 ， 中砂偏粗。 水 泥为宁夏建材集团生产的赛马牌 P O 4 2 5 级水泥， 水为洁净的 自来水。 表 2砂子的颗粒分 析 粉煤灰为宁夏银川热电厂的干排灰 ， 经过细磨加工处理 ， 比表 面 积 为 3 8 4 0 mV k g ， C a O 的含 量很 少 为 O 7 ， S O 含 为 O 3 5 ， 烧失量为 3 3 0 。 属于贫钙粉煤灰。 1 2试验 方案 与 方法 以宁夏常用强度等级 C 2 5的混凝土为研究对象 ， 进行配合 比设计， 镁渣消化时间 、 镁渣取代率 m和粉煤灰掺量厂 为因素， 设计 k( 3 ) 正交试验方案， 制备边长为 1 0 0h i m的立方体试件， 标准养护 2 8 d ， 用 S A NS万能材料试验机测定试件的抗压强度 ， 分析研究混凝土的强度随镁渣消化时间 、 镁渣取代率 m和粉煤 灰掺量 厂 等因素变化的规律。 其中镁渣取代率 m为镁渣取代细 骨料的百分率， 粉煤灰掺量 厂 为粉煤灰与水泥质量的比值。 2 试验 结果分析 试验过程中测得各组试件拌合物的坍落度在 3 0 1 I I T I 左右、 黏聚I生良好， 正交试验表及各组试件 2 8 d的抗压试验结果列于 表 3 ， 其中 e为误差列。 由表 4可知 ， 除第 9组试件的强度略小 于 C 2 5 混凝土的试配强度( 3 3 0 MV a ) - ， 其他各组试件的抗压 强度均不小于 C 2 5 混凝土的试配强度， 可见镁渣具有一定的水 化活性。 表 3 正 交试验表及试验结果 2 1 点图分析 试件的抗压强度与各因素水平的关系曲线绘于图 1 ， 由图 1 可以看 出 ： ( 1 ) 随镁渣消化时间 t 的增长， 混凝土的抗压强度降低 ， 但 强度降幅也逐渐减小。 镁渣浸水消化时间大于 6 d以后， 混凝土 的强度降幅已很小。 镁渣中能发生水化的物质( 主要为 Mg 3 N 2 、 f - C a O、 B C S和低密度的Mg O等) ， 在镁渣浸水后发生水化反应， 生成较为稳定的水化产物， 水化活性失去， 浸水时间越长 ， 参与 水化的越多， 镁渣的水化活性降低的越多， 因而混凝土的强度 随镁渣浸水消化时间的增长而降低 。 水化反应速度最快的是 Mg 3 N ， 其次是 f - C a O、 B - C z S和低密度的Mg O。 Mg 3 N 是镁在镁 渣中存在的主要形式， 浸水即发生水化反应： Mg 3 N2 + 6 H z O- - - 3 Mg ( O H) 2 + 2 N H3 T 生成的 Mg ( O H) ： 体积增大 ， 氨气形成大量的气泡 ， 二者 均使混凝土的密实性降低 、 强度减小 、 耐久性恶化 ， 可见镁渣 厶 图 1 强度水平 曲线 一 定时间的消化是非常必要的， 但不宜过久 ， 以免使其活性明 显降低 。 ( 2 ) 混凝土的抗压强度与镁渣取代率的关系曲线为驼峰 线， 镁渣取代率小于 3 0 时， 混凝土的强度随镁渣取代率的增 大而增大， 大于 3 0 时， 又随镁渣取代率的增大而减小。 镁渣 颗粒细 ， 吸水性大， 保水性好 ， 在取代率低时 ， 细骨料的级配趋 于合理 ， 骨料表面结合水膜的厚度减小， 混凝土拌合物的保水 性提高， 流动性又不受到显著影响， 能获得较高的密实度， 因 而混凝土强度提高 ； 取代率高时 ， 细骨料级配转而恶化 ， 需水 量增大， 拌合物流动性明显降低 ， 密实度减小 ， 因而混凝土强 度下降。 ( 3 ) 随粉煤灰掺量的增大 ， 混凝土的抗压强度增大。 粉煤灰 掺量小于 1 0 之间时， 混凝土的强度增幅较小 ； 在 1 0 2 0 之 间时， 强度增幅明显增大。 粉煤灰较镁渣的颗粒更细， 水化活性 更高， 且能提高混凝土的流动性。 掺加适量的粉煤灰， 可使混凝 土的级配和界面条件得到进一步改善 ， 流动性增大 ， 密实性增 大， 有利的水化产物增多， 胶结力提高， 因此粉煤灰掺量增加， 混凝土的强度提高。 ( 4 ) 各因素的最优组合为 t m ： ， 即镁渣消化时间 3 d ， 镁渣 取代率 3 0 ， 粉煤灰掺量 2 0 。 2 2极 差分析 图 2是混凝土的强度极差图， 由图2可知： 镁渣取代率 m 的极差最大， 是最主要的影响因素； 其次是镁渣消化时间 t 和粉 煤灰掺量e的极差最小 ， 说明试验误差小。 粉煤灰水化反应慢， 对混凝土的后期强度影响大 ， 此研究的混凝土的龄期相对较短， 粉煤灰的水化效应没能得到充分体现 ， 随着龄期的增大， 粉煤 灰的影响程度将会提高。 ， 图 2强度极差图 2 3 方差 分析 方差分析结果见表 4 。 显著性水平 a = 0 1 时， R = 9 0 ， a = 0 0 5 时， F a o 5 = 1 9 0 。 方差分析结果和极差分析结果一致， 镁渣取代率是 主要因素， 其次是镁渣消化时间和粉煤灰掺量。 在所取显著水平 下， 镁渣取代率对混凝土强度的影响均为显著 ， 粉煤灰掺量对 55 表 4 方差分析结果 混凝土 2 8 d龄期的强度影响不显著。 3结 论 ( 1 ) 适当掺量的镁渣 ， 取代部分细骨料， 能提高混凝土的强 度。 镁渣的取代率存在一个最优值 ， 就研究的范围而言， 最优取 代率约为 3 0 。 ( 2 ) 混凝土的抗压强度随镁渣消化时间 t 的增长而降低。 镁 渣一定时间的消化是非常必要的， 适当时间的消化不仅能减轻 镁渣对混凝土尺寸稳定性的影响， 还能减轻镁渣对混凝土强度 和耐久性的不利影响， 但镁渣消化时间不宜过久 ， 以免使其活 性明显降低 ， 对混凝土的收缩补偿过小， 甚至增大混凝土的收 缩变形 。 ( 3 ) 混凝土的强度随粉煤灰掺量的增大而增大。 ( 4 ) 各因素对混凝土强度影响的主次顺序依次为镁渣取代 率、镁渣消化时间和粉煤灰掺量。 各因素的最优组合为 t l m ， 即镁渣消化时间 3 d ， 镁渣取代率 3 0 ， 粉煤灰掺量 2 0 。 参考文献 ： 【 1 崔自治， 杨建森镁渣活化措施试验研究【 J J 亍夏大学学报， 2 0 0 8 ， 2 9 、 墨翻图墨 ( 3 ) ： 2 2 9 2 3 1 【 2 崔自治 ， 杨建森 镁渣水化惰性机理研究 J 1 新型建筑材料， 2 0 0 7 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 5 4 5 5 3 崔自治， 倪晓， 孟秀莉 镁渣膨胀，l生 机理试验研究 J 1 _粉煤灰综合利 用， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 8 - l 1 f 4 J 崔自治， 杨维武， 张冬平 镁渣火山灰活性试验研究 J 】 宁夏工程技 术， 2 0 0 7 ， 6 ( 2 ) ： 1 6 0 1 6 3 5 黄利美， 邓敏， 莫立武 粉煤灰对外掺轻烧 M g O水泥浆体膨胀的影 响 J 1 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 2 9 3 5 6 J6 杜兆金 ， 刘加平 ， 田倩 ， 等外掺不同活性 M g O的水泥浆体膨胀性能 研究 【 J 】 _混凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 7 2 7 4 【 7 张国新， 陈显明， 杜丽惠掺氧化镁混凝土的膨胀效果分析 J 水利学 报， 2 0 0 5 ， 2 ( 2 ) ： 1 8 5 1 8 9 8 】李红彦 掺 M g O混凝土自生体积变形试验研究 J 1 中国农村水利水 电 ， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 1 2 3 1 2 4 9 9 孙家瑛 跨海大桥混凝土开裂评价及抗裂措施研究叨 公路， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 5 9 6 2 1 O 工成启 改善码头面层混凝土塑性收缩的方法【 J J 水运工程， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 7 7 8 1 f 1 1 1 张民建 ， 何鸿浩 ， 欧艳玲 泵送混凝土塑性裂缝成因分析及防治措 施叫 城市道桥与防洪， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 1 1 7 一 l 1 8 【 1 2 】 李林香， 谢永江 ， 冯仲伟 ， 等 混凝土的收缩及防裂措施概述 J 】 混凝 土 。 2 0 1 1 ( 4 ) ： 1 1 3 -1 1 7 作者简介： 周健( 1 9 8 9 一 ) ， 男。 联系地址： 宁夏银 1 宁夏大学土木与水利工程学院( 7 5 0 0 2 1 ) 联 系电话 ： 1 3 7 2 3 3 9 5 9 1 0 福田雷萨搅拌车携 4大优势护航“ 世界最高绿色建筑” 近 日， 被誉为“ 世界最高绿色建筑” 的上海中心大厦外幕墙开始实施吊装施工， 其主楼核心筒建设有序向第 7 0层挺进。该智能 地标建筑位于浦东陆家嘴， 设计总高度 6 3 2 m、 共 1 2 1 层。福田雷萨搅拌车作为此次“ 最高建筑” 建设的生力军， 总计 2 4辆搅拌车共 同参与施工。在施工作业中， 完美地展现了福田雷萨搅拌车安全、 舒适 、 节能、 低残余率的4大优势， 再一次印证了福田雷萨产品值 得信赖。福田雷萨凭借其出色表现再树行业丰碑。 正在兴建的上海中心大厦在绿色建筑方面进行了探索。它通过综合节能和新能源利用、 节水和雨污水回收利用、 节约用材和绿 色建筑材料利用、 控制室内空气污染并提高室内环境质量等方面 ， 实现建筑在全生命周期中高效“ 绿色” 运行。这与福田雷萨秉持的 节能环保的产品特陛不谋而合， 福田雷萨搅拌车以安全、 舒适、 节能、 低残余率四大优势完美护航“ 世界最高的绿色建筑” 的修建。 的信息范围， 对粉煤灰之外的所有固体废弃物再生利用技术 进行介绍 ， 并促进对社会、 资源以及环境友好和谐发展的生 ； 态建材的理念推广， 使绿色建筑材 开端和成长。 T全年订价6 0 元， 可从邮局订阅 i 订费可由银行信汇或邮汇。 ； 银行信汇： + + + + + +。 + +。+ + + + + 5 6 料能在我国有一个良好的 ，也可汇款至编辑部订阅。 双 月 刊 ： 4 6 3 9 汇人地点 ： 上海市 汇入银行： 招商银行上海徐家汇支行 汇入单位： 上海市建筑科学研究院( 集团) 有限公司 汇入 帐号 ： 2 1 2 8 8 6 2 8 5 7 1 o 0 0 1 用 途 ： 订 粉煤灰 邮局汇款 ： 地 址 ： 上海市西区徐家汇宛平南路 7 5号 单 位 ： 粉煤灰 编辑部 邮 编： 2 0 0 0 3 2 联 系 人： 李春霞 电 话 ： 0 -2 1 - 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