石粉对水泥湿堆积密度和混凝土性能的影响.pdf

第 3 O卷第 6期 2 0 0 8年 1 2月 重 庆 建 筑 大 学 学 报 J o u r n a l o f C h o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y Vo I 3 0 No 6 De e 2 0 08 石粉对水泥湿堆积密度和 混凝 土性 能的影响 王 雨利 ， 周 明凯 ， 李北星2 ， 管学茂 ， 杨 雷 ( 1 河南理工大学 材料科学与工程学院 河南焦作4 5 4 0 0 0 ； 2 武汉理 工大学 硅酸盐工程 中心教育部 重点 实验室 ， 武汉4 3 0 0 7 0 ) 摘 要 ： 石灰岩 机 制砂 的用 量越 来越 大 ， 相应 地 ， 它的 副 产 物石 灰 岩 石粉 也 越 来越 多 。如 果 不 能合 理 地将 石 粉 加 以利 用 ， 势 必 给 环 境 造 成 很 大 的 负 担 。 以 石 粉 做 矿 物 掺 合 料 取 代 水 泥 为 研 究 目 的 ， 对 比 了在 0 、 1 0 、 1 5 、 2 0 时的 比例等 质 量取代 水 泥 ， 对混 凝 土 工作 性 能 、 抗 压 强 度 扣抗 渗 性 能 的 影 响 ， 得 出 石 粉 取 代 水 泥 的 比 例 为 1 O 左 右 时 ， 对 混 凝 土 的 性 能 有 较 好 的 改 善 作 用 。 通 过 测 其 石 粉 和 水 泥 混 合 后 的湿堆 积 密度 ， 得 出石粉 的质 量 比为 1 O 时 ， 二 者的 密 实度 最 大 。表 明石 粉做 掺 合料 时 ， 可通 过二 者 混 合 后 密 实度 的 变化 来 判 断 二 者 的 最 佳 比 例 。 关键 词 ： 石灰 岩石粉 ， 掺 合料 ， 混凝 土 ， 湿堆 积 密度 中图分类号： TU5 2 8 0 4 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 6 7 3 2 9 ( 2 0 0 8 ) 0 6 0 1 5 1 0 4 Ef f e c t s o f S t o ne Po wd e r o n W e t Pa c k i n g De ns i t y o f Ce m e nt a n d Pe r f o r ma nc e s o f Co nc r e t e W ANG Yu l i ，ZHOU M i n g ka i ，LI Be i x i n g ， GUAN Xu e ma o ，YANG Le i ( 1 Fa c u l t y o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g，He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y ，J i a o z u o He n a n ，4 5 4 0 0 3，Ch i n a；2 Ke y L a b o r a t o r y o f S i l i c a t e M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g o f M i n i s t r y o f Ed u c a t i o n ，W u h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，W u h a n ，H u b e i ，4 3 0 0 7 0， Ch i n a ) Ab s t r a c t Th e a mo u n t o f l i me s t o n e p o wd e r ，wh i c h i s a b y - p r o d u c t o f ma n u f a c t u r e d f i n e a g g r e g a t e ，i s l a r g e r a n d l a r g e r wi t h t h e i n c r e a s e o f ma n u f a c t u r e d f i n e a g g r e g a t e En v i r o n me n t wi l l b e s e v e r e l y p o l l u t e d i f t h e p o wd e r i s i mp r o p e r l y u s e d Th e e f f e c t s o f l i me s t o n e p o wd e r o n wo r k a b i l i t y ，c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，a n d i mp e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e we r e s t u d i e d wh e n c e me n t i S s u b s t i t u t e d f o r t h e ma s s p r o p o r t i o n o f 0，1 0，1 5，2 0 p e r c e n t wi t h i t Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p e r f o r ma n c e s o f c o n c r e t e a r e b e t t e r i mp r o v e d wh e n t h e p e r c e n t a g e o f l i me s t o n e p o wd e r i S a b o u t 1 0 p e r c e n t Th e we t p a c k i n g d e n s i t y o f mi x t u r e o f l i me s t o n e p o wd e r a n d c e me n t wa s me a s u r e d，a n d i t s ho ws t h a t t h e d e g r e e of de ns i t y wa s b i g ge s t wh e n l i m e s t o ne po wde r i s 1 0 pe r c e nt Th i s s ho ws t h a t t h e be s t mi x i n g p r o p o r t i o n o f l i me s t o n e p o wd e r a n d c e me n t ma y b e d e t e r mi n e d t h r o u g h me a s u r i n g t h e c h a n g e o f c o mpa c t n e s s o f mi x t ur e o f l i m e s t o n e p o wde r a nd c e me n t Ke y wo r d s ：l i me s t o n e p o wd e r ；mi n e r a l a d mi x t u r e ；c o n c r e t e ；we t p a c k i n g d e n s i t y 从 2 0世纪 6 O年代 ， 云、 贵等砂少石多地 区， 开始 用生产碎石 的副产品石屑配制水泥砂浆和低强度等级 混凝土l 1 。到了 2 0世纪 9 0年代 ， 京 、 津 、 沪、 渝 、 湖北 、 河南 、 山东等省市， 也相继出现以机制砂代替天然砂配 制混凝土 ， 在实际工程 中应用， 并取得 了较好的经济效 益和社会效益l 2 。从贵州等地机制砂生产的大致情况 来看 ， 未经处理的机制砂石粉 ( 粒径小 于 7 5 m 的颗 粒) 含量一般 为 1 0 1 5 9 6 3 ， 这远大于规范 中规定 的 含量 。因此 ， “ 多余” 的石粉要采取筛分、 水洗或这两种 工序同时来除去。据估计， 在美国， 每年有四十亿吨的 石粉被堆积在采石场 附近 ， 而且石粉的数量会 因机制 砂生产量的增加而持续增加 ， 久而久之 ， 会造成很大 的 环境污染H J 。 因此， 如何合理有效的利用这些大量 的“ 多余” 石 粉 ， 已成为摆在我们面前一个亟待解决的难题 。为 了 控制和提高机制砂混凝土的性能 ， 许 多专家对机制砂 * 收稿 日期 ： 2 0 0 8 - 0 7 - 2 0 基金项目： 博士基金( B 2 o o 8 4 8 6 4 8 2 5 9 ； 西部交通建设科技项目( 2 0 0 3 3 1 8 8 1 1 0 6 ) 作者简介 ： 王雨利( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 副教授 ， 博士 ， 主要从事新 型建筑 材料研究 。( E - ma i l ) wa n g y u l i 7 5 1 2 6 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 2 重 庆 建 筑 大 学 学 报 第 3 0卷 的最佳石粉含量进行过研究L 5 。对于石粉做掺合料 的研究 ， 重庆大学 的陈剑雄教授 8 采用 P 05 2 5 R水 泥和比表面积为 1 3 0 0 0 e m g的石粉 ， 通过对抗压强 度的测 试 得 出石粉 的最佳 取 代量 为 1 0 。张永 娟 等 9 对不同细度 的石粉做过水泥胶砂试验研究 ， 也得 出石粉做掺合料时最佳掺量为 5 1 0 。但就石粉 做掺合料时最佳含量确定的机理却很少见报道。 为了揭示石灰岩石粉做掺合料 时， 对混凝土性能 影响的机理 。通过测试石粉和水泥在不同比例时的湿 堆积密度， 计算 了二者混合后 的填充率 和空隙率 e ( e 一 1 一 ) 。 1 原材料及 测试 方法 1 1 原 材料 1 1 1 水 泥 本 次 试 验 采 用 的 水 泥 为 华 新 堡 垒 P 03 2 5 ， 密度为 2 9 6 g c m。 。P 03 2 5水泥的主 要性能指标见表 1 。 表 1 华新 P 0 3 2 5 级水 泥性 能指标 1 1 2 石 粉 采 用福 刚 风选 石 粉， 密 度为 2 6 9 CI TI 。 ，8 0 m筛余为 5 2 ， 比表面积为 2 8 6 3 C I T I g 。 1 1 3 骨料细骨料是湖北省 恩施市福刚砂石料厂 的水洗机制砂， 主要性能指标( 表 2 ) 。 粗骨料采用湖北省恩施市福刚碎石厂 5 2 5 mm 连续级 配碎 石 。 1 1 4 减水剂 采用武汉浩源 F D N 一 9 0 0 0缓凝 高效 减水剂 。 表 2 福 刚水 洗 机 制砂 的 主 要 性 能 指标 项 目 g c m-。 亚 M B 甲 蓝 琴 压 碎 值 指标 s 。 z e 。 s 。 s 一。 s z 1 2测试 方 法 1 2 1 坍 落度和抗压强度 依据 中华人 民共和 国行 业标准 J T E 3 O 一 2 0 0 5 公路工程水泥及水泥混凝 土 试 验规 程 1 2 2湿堆积密度的试验试验仪器 ： 1 0 0 ml 的容 器 ， 精度为 0 1 g的电子称 ， 水泥净浆搅拌机， 小刀。 T r ms p mc I 一 一 ! L ( 1 ) t + m。 。 + m Oma x 式中： m 为水泥的质量 ； m 。 为石粉的质量 ； 为水的 质量 ； 为水泥浆的最大容重 ； p c 为水泥的密度 ； p s 为石粉 的密 度 。 试验方法： 固定粉体 的质量 5 0 0 g ， 采用 0 、 5 9 6 、 1 O 、 1 5 、 2 0 、 3 O 不同的比例用石粉等量取代水 泥。其试验过程与 水泥标准稠度用水量 、 凝结时间、 安定性检验方法 ) G B T1 3 4 6 -2 0 0 1中标 准稠度用水 量的测定方法相 似。通过调节用水量 ， 测试不 同浆体 的容重 ， 记 录获 取浆体 的最 大容 重 时 的用水 量 m ， 采用公式 1 计算填充率 。公式 2 计算空隙率 e 。 空隙率 e 采用公式 2计算 。 e一 1一 ( 2 ) 1 。 2 3 混凝土 NE L氯 离子扩散 系数 法快速 试验采 用清华大学基于 Ne r n s t E i n s t e i n方程研究 开发的用 氯离子扩散系数评价混凝土渗透性的试验方法 ( NE L 法) ， 测试氯离子在混凝土中的扩散系数。试验所用仪 器为 NE L P D型混凝土渗透性检测系统。 图 1 NE L氯离子扩散系数试验 将混凝土试件切割成 1 0 0 mm1 0 0 mm5 0 m m 的试件 ， 与电极接触的两个测试面磨光。将试件进行真 空饱盐 ， 在低电压下测试饱盐混凝土试件的扩散系数。 混 凝土 中的氯离 子扩散系数 ： RT ad f 一吾 式中： d 为混凝土中氯离子扩散系数 ， m。 s ； R为气体 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 王 雨利 ， 等 ： 石 粉 对水 泥湿堆 积 密度 和混凝 土性 能 的影 响 1 5 3 常数 ， 为 8 3 1 4 J mo l k ； T 为绝 对 温 度 ， K； 为 饱 盐 混凝土的电导 率， s m； F为法拉第 ( F a r a d a y ) 常数 ， 为 9 6 5 0 0 c m o l 为饱盐混凝土中孔溶液中氯离子浓度 ， 通 常可 以取饱盐溶液浓 度 ， m o l m 3 ( 4 0 1 0 。 mo l m 3 ) i f 为修正系数 ， 通常可以取 1 0 。 2 试验 结果与讨论 2 1 石 粉做 掺合料 时对 混凝 土性 能 的影 响 2 1 1 试验设计 固定水粉 比为 0 4 9不变 ， 固定砂 率 4 1 不变 ， 固定用水量 1 8 0 k g m。不变 ， 减水剂按 粉体质量的 0 6 K 00 掺入 ， 设计容重为 2 4 2 6 k g m。 ； 水泥 用量 为 3 6 8 k g m。作 为 基 准样 ， 然后 分 别按 1 O 、 2 O 、 3 0 的比例用石粉等量取代水泥。 2 1 2 结果与讨论试验结果见表 3 。 从表 3可以看出 ， 在石粉做掺合料取代水泥时 ， 混 凝土的坍落度和扩展度都有所增加 ， 这说 明在适量的 取代范围内， 石粉做掺合料时对混凝 土的工作性能有 改善作用 。随着石粉取代水泥质量的增加 ， 混凝 土的 7 d和 2 8 d的抗压强度先是增加 ， 后又减小 ， 其 中在石 粉取代水泥的比例为 1 0 时 ， 混凝土 7 d和 2 8 d的抗 压强度最大。石 粉做 掺合料 时对混凝 土 2 8 d氯离子 扩散系数影响的规律则与对抗压强度的相反 ， 即先减 小 ， 后又增加， 其 中在取代 比例为 l 0 时， 混凝 土的饱 盐 电导率和氯离子 的扩散系数最 小， 即混凝土抗氯离 子渗透的性能最好。 表 3 石粉做掺合料对氯离子扩散 系数影 响 综合以上分析， 可以得 出， 在石灰岩石粉做掺合料 时， 取代水泥的比例为 1 0 左右时 ， 对混凝 土的抗 压 强度和抗氯离子渗透的性能有较好的改善作用 。 2 2 含有 不 同比例 石 灰 岩 石 粉水 泥 浆湿 堆 积 密 度 的 测试 从 以上试 验结 果 和 试 验 分 析 可 以得 出 ， 石 灰 岩 石 粉做掺合料取代水 泥时， 其取代 比例 为 l O 左右时 ， 对混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能有较好的改 善作用 ， 即在一定程度上提高了混凝土 的密实性。石 灰石粉虽然并非化 学惰性 ， 它可以和 C 3 A 反应， 并且 使混凝土的早期强度增加， 但是它对长期强度并无贡 献 ， 因此被认 为是非胶合剂r 1 。由此， 我们认 为石灰 石粉在做掺合料影响水泥乃至混凝土性能的时候 ， 不 但有化学效应 ， 而且还应该有物理效应。为 了研究其 物理机理 ， 我们测试 了水泥和石灰岩石粉混合后的湿 堆积密度 ， 它可以反映粒径小于 7 5 t m 的颗粒混合后 的堆 积情 况L 1 。 _ 表 4 在不 掺减水剂时湿堆积密度的测试 试验结果见表 4和表 5 ， 其中表 4是在不掺减水剂时湿堆积密度 的测试 ， 表 5是在掺减水剂时湿堆积密度的 测试 。 从表 4和表 5可以看 出， 不管是掺与不掺减水剂 ， 石灰岩石粉取代水泥的比例在 1 O 以内时 ， 二者所组成粉 体混合物的填充率 呈递增的趋势， 当取代量超过 l o 时 ， 填充率 又呈递减趋势， 在 1 O 获得最大值 ； 空隙率 则相反 ， 在取代比例为 1 0 为最小 。这说明石粉和水泥混合时， 石粉取代水泥的比例为 1 O 9 ， 6 时 ， 可以获得空隙率 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 4 重 庆 建 筑 大 学 学 报 第 3 0卷 最小的粉体混合物。 表 5 在掺减水剂的情况下湿堆积密度的对 比 这说明， 石灰岩石粉做掺合料 ， 以 1 0 左右的 比 例取代水泥后， 石粉和水泥的混合后的空隙率最小 ， 从 而提高了混凝土的密实性。 3 结 论 1 ) 采用石灰岩石粉做掺合料 ， 研究石灰岩石粉对 混凝土工作性能 、 抗压强度和抗氯离子渗透性能 的影 响， 得出石灰岩石粉在取代水泥 的比例 为 l O 时， 对 混凝土的性能有较好的改善作用 ； 2 ) 通过测试石灰岩石粉和水泥的湿堆积密度 ， 然 后计算二者混合后的填充率 ， 可 以得 出石灰岩石粉取 代水泥的比例为 1 O 时 ， 混合物 的填充率最 大， 空隙 率最小 。 参考文献 ： 1 冯贵芝 贵州地 区机 制砂 自密实混 凝土 的性能研 究 E J 贵州工业大学学报 ， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 7 6 8 1 F ENG Gu i z h i S t u d y o n p r o p e r t i e s o f ma c h i n e - ma d e s a n d s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e i n g u i z h o u a r e a J J o u r n a l o f Gu i z h o u Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y (Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) ，2 0 0 6 ( 5 ) ： 7 6 8 1 E 2 刘振 机 制砂 的应用 技术及 经济分 析E J 铁道 勘测 与设 计 ， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 6 8 7 O L I U Zh e n E c o n o mi c a n a l y s i s a n d a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y o f ma n u f a c t u r e d f i n e a g g r e g a t e F J R a i l wa y S u r v e y a n d De s i g n，2 0 0 5 ( 5 )：6 8 7 0 3 武汉理工大学， 贵州中建建筑科研设计院， 贵阳市建设 局 ， 等岩 溶 地 区 机 制 砂 生 产 与 应 用 情 况 调 研 报 告 R ， 2 0 0 4 E 4 3 NAM S HI K AHN，B A E，M S E A n E x p e r i me n t a l S t u dy o n t h e Gui de l i ne s f or Us i n g Hi g he r Cont e nt s of A g g r e g a t e Mi c r o F i n e s i n P o r t l a n d C e me n t C o n c r e t e F D Th e Un i v e r s i t y o f Te x a s a t Au s t i n，Au g u s t 2 0 0 0： 1 6 5 TAHI R C ，K NAL E D ME f f e c t s o f c r u s h e d s t o n e d u s t o n s o me p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e I- J C e me n t a n d C o n c r e t e Re a r c h ，1 9 9 6，2 6 ( 7 ) ： 1 1 2 1 - 1 1 3 o I- 6 A K S AHU， S UN I L KUMAR， A K S A C HANC r u s h e d S t o n e w a s t e a s f i n e a g g r e g a t e f o r c o n c r e t e J T h e I n d i a n Co n c r e t e J o u r n a l ，J a n u a r y ，2 0 0 3： 8 4 5 8 4 8 7 杨建国， 刘跃清等 用机制砂拌制水泥砂浆和混凝土 J 铁道建筑技术 ， 1 9 9 6 ( 2 ) ： 2 4 2 5 YANG J i a n - g u o，L I U Yu e - q i n g，e t a 1 Ce me n t mo r t a r a n d c o n c r e t e mi x e d wi t h ma n u f a c t u r e d f i n e a g g r e g a t e J Ra i l wa y Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y ，1 9 9 6 ( 2 ) ： 2 4 2 5 8 陈剑雄 ， 李鸿芳 ， 陈寒斌 石灰 石粉超 高强 高性能 混凝 土 性能研究 J 施工技术 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 2 7 2 8 CHE N J i a n - x i o n g， L I Ho n g f a n g， CHE N Ha n - b i n S t u d y o f p e r f o r ma n c e s o f l i me s t o n e u l t r a h i g h ： s t r e n g t h h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e J Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y ， 2 0 0 5 ( 4 ) ：2 7 2 8 9 张永娟 ， 张雄 石灰石微粉矿 物外加 剂性能研究 I- J 房 材 与 应 用 ， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 3 4 3 7 Z HANG Yo n g - j u a n，Z HANG Xi o n g Pr o p e r t i e s r e s e a r c h o n mi n e r a l a d mi x t u r e o f f i n e l i me s t o n e p o w d e r J H o u s i n g M a t e r i a l s Ap p l i c a t i o n s ，2 0 0 1 ( 4 )：3 4 3 7 1 O M D AI MO N，E S A KAI ， 涂 成厚 译石 灰石 粉 的应 用 J 国外建材科技 ， 1 9 9 9 ( 2 0 ) ： 4 7 5 1 M DAI MON ， E S AKAI 。TU C e n g h o u Ap p l i c a t i o n s o f l i me s t o n e p o w d e r J S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Ov e r s e a s Bu i l d i n g Ma t e r i a l s ，1 9 9 9 ( 2 0 )： 4 7 5 1 1 1 P E D R O N E L QU I R O G A，D A V I D W F O WL E R Th e E f f e c t s o f Ag g r e g a t e s C h a r a c t e r i s t i c s o n t h e Pe r f o r ma n c e O f P o l a n d C e m e n t C o n c r e t e D T h e U n i v e r s i t y o f T e x a s a t Au s t i n ，De c e mb e r 2 0 0 3 ： 1 6 6 1 6 8 ( 编 辑 陈 蓉) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m