钢渣粉颗粒特征对活性粉末混凝土强度的影响.pdf

第 1 4卷第 4 期 2 0 1 1年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI ALS Vo 1 1 4 。 No 4 Au g ， 2 01 1 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 5 4 1 0 5 钢渣粉颗粒 特征对活性粉末 混凝土强度 的影 响 彭艳周 ， 陈 凯 ， ( 1 三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 硅 酸盐 材料 工程 教育 部 重点 实验 室 ， 胡 曙 光 4 4 3 0 0 2 ；2 武 汉理 工大 学 湖 北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 研究 了钢渣粉比表面积对含钢渣粉 活性粉末混凝 土( R P C) 抗压 强度的影响， 运用灰 色关联 度分析法探讨 了钢渣粉颗粒群特征对 R P C抗压强度 的影响规律 结果表 明： 钢渣粉的比表 面积 宜 控 制 在 4 6 0 5 5 0 m k g之 间 ， 同时 ， 应尽 量 减 少或 限制 粒 径 大 于 3 0 m 的 钢 渣 粉 颗 粒 含 量 ， 增 加 粒径 为 5 3 0 m， 尤其是 粒 径 为 5 1 0 m 的钢 渣粉 颗 粒 的含 量 ， 以优 化 钢 渣 粉 的颗 粒 级 配 ， 从 而 提 高钢渣粉 颗 粒群 的反 应 活性 、 改善 含钢 渣 粉 R P C的性 能 关键词 ： 活性粉末混凝土；钢渣粉 ；粒径分布；抗压强度；灰 色关联度分析 中 图分类 号 ： TU5 2 8 0 1 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 O 4 0 2 1 I n f l u e n c e o f t h e Cha r a c t e r i s t i c s o f S t e e l S t r e ng t h o f Re a c t i v e S l a g Po wd e r Pa r t i c l e o n Co mpr e s s i v e Po wd e r Co n c r e t e PENG Yan z ho u 。 CH EN Kai ， H Sh u gu an g ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g& Ar c h i t e c t u r e ，C h i n a Th r e e Go r g e s Un i v e r s i t y ，Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2 ，Ch i n a ；2 Ke y L a b o r a t o r y f o r S i l i c a t e 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 o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n，W u h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，W u h a n 4 3 0 0 7 0 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e i n f l u e n c e o f s p e c i f i c s u r f a c e a r e a o f s t e e l s l a g p o wd e r ( S S )o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ( RPC)wa s s t u d i e d a n d t h e e f f e c t o f p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n ( P S D)o f S S o n c o mp r e s - s i v e s t r e n gt h of RPC wa s i nv e s t i g a t e d b y g r a y c o r r e l a t i o n a n a l y s i s The r e s ul t i n di c a t e d t h a t t he op t i ma l s p e c i f i c s u r f a c e a r e a o f S S wa s 4 6 05 5 0 m k g f o r RPC p r e p a r a t i o n Mo r e o v e r ，t h e c o n t e n t o f 53 0 p m， e s pe c i a l l y 51 0 m p a r t i c l e s s hou l d b e i n c r e a s e d whi l e t he c on t e nt of pa r t i c l e s ov e r 30 m s hou l d b e r e d u c e d i n o r d e r t o o p t i mi z e t h e PS D o f S S，e n h a n c e t h e r e a c t i v i t y o f S S a n d t h u s i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f RPC Ke y wo r d s ：r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ；s t e e l s l a g p o wd e r ；p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n；c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； gr e y c o r r e l a t i o n a na l y s i s 活 性 粉 末 混 凝 土 ( r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ， RP C ) 是 一种 新 型超 高性 能混 凝土 l 1 ， 具 有 广 阔 的应 用前景 Hu等 依据 R P C配制原理 ， 用磨细钢渣 粉代替石英粉 ， 细河砂代 替石英砂 ， 辅 以超 细粉煤 灰 、 硅灰等 ， 经一定成 型养护工艺 制备 了抗 压强度 2 0 0级的含钢渣粉 RP C 显然 ， 钢渣粉等矿物掺合料 的活性对 R P C的性能有重要影响 ， 而矿物掺合料 的 活性与其细度密切相关 张永娟等 4 研究 了水泥基 材料 中矿渣粉 、 煤矸石等掺合料的 比表面积对其 活 性的影响 然而， 仅用比表面积表征掺合料的活性还 不够 ， 掺合 料 的颗粒 群特 征对其 活 性也 有重 要影 响l 4 本 文 在研 究钢 渣粉 比表面 积对 R P C强 度影 响 的基础上 ， 运用灰色关联度分析了不同粒径范 围的 钢渣粉颗粒对 RP C抗压强度的影响规律 ， 并以此来 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 3 1 2 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 1 0 - 2 0 基金项 目： “ 十五” 国家科技攻关计划项 目( 2 0 0 3 B A6 5 2 C ) ； 三峡大学科学基金资助项 目( KJ 2 0 0 9 B 0 6 2 ) 第一作者 ： 彭艳周( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 湖北麻城人 ， 三峡大学教师 ， 博士 E ma i l ： p n y z h 1 6 3 c o rn 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 第 4期 彭艳周 ， 等 ： 钢渣粉 颗粒特征对活性粉末混凝 土强度的影响 5 4 3 由图 1 可见 ， 4种配合 比的 RP C在 2种养护条 件下的抗压强度 均随钢渣粉 比表面积 的增 大而提 高 ， 而且 当 比表 面 积 为 4 6 0 5 5 4 7 8 r n k g时 ， 抗 压强度提高幅度较大 ， 比表面积为 6 2 8 6 m k g时 ， 抗 压 强度 提 高幅度 较小 ，S 1 6 F 1 6 ， S 1 8 F 1 2试 件甚 至 还出现了负增长 这可能 与钢渣粉 中不 同粒度范围 的颗粒含量有关 ， 其具体原 因将在下文讨论 综合以 上试验结 果 ， 建议 钢渣 粉 的 比表 面 积宜 控 制在 4 6 0 5 5 0 m0 k g之 间 由图 1还可见， 在相同养护条件下 的 4种配合 比试 件 中 ， S S 3 0的 抗 压 强 度最 低 ， 即 在 胶凝 材 料 中 水泥用量相近的情况下 ， 三元复合胶凝体系试件 的 抗压强度低于四元复合胶凝体系试件的抗压强度 ， 这主要应归因于钢渣粉 、 超细粉煤灰等矿物掺合料 的影 响 6 因此 ， 掺超 细粉 煤 灰 的 3组试 件 的抗 压 强度均高于未掺粉煤灰试件 当然 ， 强度 的差别还与 钢渣粉 、 超细粉煤灰等掺合料本身 的化学活性差异 密切相关 除化学组成 、 矿物组成及热处理历史等因 素对钢渣粉等掺合料 的火 山灰活性有显著影响外 ， 掺合 料 的颗 粒粒 径 及 其分 布 对 其 活性 也 有 较 大 影 响 2 2 钢 渣 粉 粒 径 分 布 与 RP C强 度 的 灰 色 关 联 度 分析 根 据上 述试 验 结 果 ， 运 用 灰 色 关 联 度 分 析 了 钢 渣粉 的颗粒粒径分布对 R P C抗压强度 的影响规律 ， 并 以此来优化钢渣粉颗粒级配， 以期改善钢渣粉颗 粒群 活性 、 提 高 R P C强 度 2 。 2 1 灰色 关联 分析 的基 本原 理 L g 。 。 灰色关联分析是为了考察各行为因素之间微观 或宏观的几何接近 ， 以确定各 因素之间的影响程度 或者若干个子因素( 子序列) 对主因素( 母序列) 的贡 献度的一种分析方法_ 5 关联度是 因素之间关联 性的量度 ， 其值愈大 ， 子序列与母序列的相关性就越 大 正关联表示子序列对母序列起积极或称增进作 用 ， 而负关联 表示 子序 列对母 序 列起 消极或 削弱 作用 对 于某 一灰 色 系统 ， 考虑 有 m 个 时间序列 ： z 1 ( 愚 ) ) ， k一 1 ， 2， ， N1 z z ( 忌 ) ， k一 1 ， 2， ， N2 z ( 是 ) ， k= = =1 ， 2， ， N 其中 N “， N 均属于 自然数 集， 且 不一定相等 ， 代表有 m 种 影 响 因素 再给 定 时 间序列 z 。 ( k ) ( 点 一1 ， 2 ， ， N。 ) 为母序列 ， 相应有子序列 ( 是 ) ( 一1 ， 2 ， ， ) 子序 列 z 对母 系 列 z。 在 k时 刻 的 关 联 系数 ( 忌 ) ， 也 即 ( k )对 z 。 ( k )的 关 联 系数 岛 ( 是 ) 为 ： rai n mi n f z o ( ) 一 ( 志 ) f +P ma x ma x J z o ( 忌 ) 一z ( 忌 ) f 一 厂 式 中 ： P为分辨 系 数 ， 且 p E( O ， 1 ) ， 通 常取 p O 5 则子序列 。 对母序列 z 。的关联度 ( 尼 ) 为： 1 ( 愚 )一 ( 忌 ) ( 2 ) k= i 关联 极性 的判 定 方法 如下 ： 一 z ( 尼 ) 忌 一z ( 忌 ) k i n ( 3 ) i 1 2 1 k= 1 一 k 一( 是 ) 。 n ( 4 ) 式 中： 为 X ( 志 ) 样本量 则 z ( 志 ) 与 ( 志 ) 的关 联 极 性可 按下 述准 则判 断 ： 若 s g n( O a a )一 s g n( O b a ) ， 则 z ( k ) ) 与 z b ( 忌 ) 为正关联 ； 若 s g n ( a a ) 一一s g n ( a b ) ， 则 z ( ) ) 与 钆 ( 忌 ) 为 负关联 2 2 2 灰色关联度 的计算与分析 运 用 灰 色关 联 度 分 析 了钢 渣 粉 颗粒 分 布 与 RP C抗压强度之间的关系 用 Ma l v e r n激光粒度仪 测 试 了 5种 比表 面 积 钢 渣 粉 的粒 径 分 布 ， 结 果 见 表 3 ， S 1 7 F 1 0在不同养护条件下 ( 标准养护和 9 0热 水 养护 ) 的抗 压 强度 ( T 2 O 一 7 d ， T2 0 2 8 d ， T9 0 3 d ) 也 列 于表 3 分别 以 S 1 7 F 1 0的抗压强度 T2 0 7 d ， T2 0 2 8 d ， T9 0 - 3 d为母序列 ( 依次记为 3 2 z 。 。 ， z 。 。 ) ， 将钢渣 粉 颗 粒 分 成 6 0 m 共 7个 区 间 ， 以钢渣 粉 的粒 径分 布 为 子序 列 ( 依 次 记 为 ， i 一1 ，2 ， ，7 ) ， 分别 对 各 母序列和各子序列进行均值化处理 ， 得到新 的母序 列( z ) 和子序列( ) ， 结果见表 4 根据表 4中的数 据 ， 按式( 1 ) ( 4 ) 计算得到母序列 z 。 ( i ：1 ， 2 ， 3 ) 与 子 序 列 X ( i ：1 ，2 ， ，7 ) 的关联 度及 关 联极 性 ， 即 钢渣 粉各 粒径 区 间与 R P C抗 压 强 度 的关 联 度 和 关 联 极 性 ， 结 果 见 表 5 与 此 类 似 ， 可 以得 到 S 1 6 F 1 6 ， S 1 8 F 1 2 ， S S 3 0中钢渣粉各粒径区间与其不同养护条 件 、 龄期的抗压强度 的关联度和关联极性 ， 结果如表 5所示 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 4 建筑材料学报 第 l 4卷 表 5 钢渣粉各粒径 区间与 R P C抗压强度的关联度和关联极 性 Ta b l e 5 Gr e y c o r r e l a t i o n d e g r e e a nd c o r r e l a t i o n p o l a r i t y b e t we e n P S D o f s t e e l s l a g p o wd e r a n d c o mpr e s s i v e s t r e n g t h o f RPC T2 0 7 d T2 O 一 2 8 d T9 0 3 d T2 O 一 7 d T2 O 一 2 8 d T9 O 一 3 d 0 8 9 O 8 8 0 9 3 0 9 1 O 9 1 0 9 0 0 7 7 O 7 6 0 8 0 0 83 O 8 4 0 8 5 0 6 8 一 O 6 9 一 O 67 0 6 6 一 O 6 6 0 65 0 5 O O 5 l 一 0 5 1 由表 可 见 ： ( 1 ) RP C抗压 强度 ( 标 准养护和 9 0热养护 ) 与钢渣 粉 中粒 径 6 0 m 的颗 粒含 量负 关联 这 说 明粒 径小 于 3 0 m 的钢 渣 粉颗粒对 R P C抗压强度起 增强 作用 ， 而粒径 大于 3 0 m 的颗粒对 RP C抗压强度起削弱作用 ( 2 ) 关联度具有有序性 不同粒径的钢渣粉颗粒 对 RP C抗压强度( 标准养护和 9 0热养护) 的影响 顺 序 基 本 相 同 ， 除 S 1 6 F 1 6中 的 T 2 0 2 8 d试 件 及 S S 3 0中的 T9 0 3 d试件外 ， 粒径小于 5 z m 的颗粒 对 RP C抗 压强度 的增强 作用不如 5 1 0 m 的颗 粒 ， 这很 可 能是 由于粒 径减 小 时钢 渣 粉 的需 水 量 增 加 ， 从而对浆体的流动性和成型密实度有负面影响 钉 0 O O 一 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 彭艳周 ， 等 ： 钢渣粉颗粒特 征对活性粉末混凝 土强度 的影响 5 4 5 各 粒径 颗粒 对 RP C抗 压 强 度 增 强 作 用 的 大 小 顺 序 是 ： 5 1 0 p m 小 于 5 g m 2 0 3 0 ， 1 0 2 0 m 由于 R P C的抗压强度不仅与整个颗粒体系 的 颗粒群特征密切相关 ( 密实填充效应) ， 更与整个胶 凝体系( 包括所使用矿物掺合料) 的胶凝性 能( 化学 效应) 密不 可 分 上 述 之 不 同粒 径 钢渣 粉 颗 粒 对 R P C抗 压强 度 的影 响顺 序 ， 正 好 反 映 了这 些 颗 粒 对 整个复合体系密实度 和胶凝性能影响的综合 效果 ， 当然 ， 这 尚有待进一步试验研究的证实 由此可 知 ， 钢 渣 粉 中 5 1 0 m 的 颗 粒 含 量 与 各龄 期 抗压 强度 的关 联 度 最 大 ， 是 影 响钢 渣 粉 R P C 抗 压强 度 的关键 因 子 ， 该 粒径 范 围 的钢 渣 粉 含 量 越 高 ， R P C抗压强度就越高 由表 3中钢渣 粉的颗粒 分布情况可知 ， 在 比表面积为 6 2 8 6 m。 k g的钢渣 粉 中 ， 粒 径 为 5 1 0 m 的颗 粒 含 量 较 少 ， 与 抗 压 强 度 为负 关 联 的 3 0 4 5“ m 颗 粒 含 量 较 多 ， 因此 ， 尽 管其 比表面积较大 ， 但 由于颗粒粒径分布情况发生 了变化 ， 致使颗粒群活性略有下降， 从而使其抗压强 度 比比表 面积 为 5 4 7 8 1 T I k g的 试 件 低 ( 见 图 1 ) 综上所述可知 ， 采用钢渣粉制备 R P C时， 应 尽量限 制 和减 小 粒 径 大 于 3 0 I n的 颗 粒 含 量 ， 增 加 粒 径 5 3 O m尤其是 5 1 O m 的颗粒含量 3 结 论 采用钢渣粉制备 R P C时， 钢渣粉 的比表面积宜 控制 在 4 6 0 5 5 0 In k g之 间 ， 同 时应尽 量减 少 或 限 制粒 径 大于 3 0 g m 的颗粒 含量 ， 增 加粒 径 5 3 O m 尤其 是 5 1 0 m 的颗 粒含 量 参考文献： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RI c HAR D P， CHE YRE Z Y M C o mp o s i t i o n o f r e a c t i V e p o w E l O d e r c o n c r e t e s J C e m C o n c r R e s ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 5 0 1 1 5 1 1 HU S h u g u a n g ， PE NG Ya n - z h o u ， D I NG Qi n g - j u n S t r e n g t h a n d c h l o r ide i o n p e r me a b i l i t y o f r e a c t i v e p owd e r c o nc r e t e c o n - t a i n i n g s t e e l s l a g p o w d e r a n d u l t r a f i n e f l y a s h C P r o c e e d i n g s o f t h e Pr o c e e d i n g s o f t h e F i r s t I n t e r na t i o n a l Co n f e r e n c e o n Ii c r o s t r u c t u r e Re l a t e d Du r a b i l i t y o f Ce me n t i t i o u s Co rn p o s i t e s Na n j i n g ： RI L E M P u b l i c a t i o n s S A RL， 2 0 0 8 ： 4 3 7 4 4 4 彭艳周 钢渣 粉 活性 粉 末 混 凝 土 组成 、 结构 与性 能 的研 究 D 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 9 PENG Ya n z h o u S t u d y o n c o m p o s i t i o n， s t r u c t u r e a nd p r o p e r t i e s o f r e a c t i v e p o wd e r c o nc r e t e c o nt a i n i n g s t e e l s l a g p o wd e r E D Wu h a n ： Wu h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ( i n Ch i n e s e ) 张永娟 ， 张雄 ， 窦竞 矿渣微粉颗 粒分布 与其活性 指数 的灰色 关联分析 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 1 ， 4 ( 1 ) ： 4 4 4 8 Z HANG Yo n g - j u a n ， Z HANG Xi o n g ， D OU J i n g Gr e y c o n n e c t i o n a n a l y s i s b e t we e n p a r t i c l e s i z e d i s t r i bu t i o n o f s l a g p o wd e r a n d i t s a c t i v i t y c o e ff i c i e n t J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r ia l s ， 2 0 0 1， 4 ( 1 )： 4 4 - 48 ( i n Ch i n e s e ) 陆红兵 煤矸石一 水泥体系的颗粒群分布与其性能的相关性研 究 D 武汉 ： 武汉 理工 大学 ， 2 0 0 7 LU H o n g b i n g S t u d y o n c o r r e l a t i o n o f g a n g u e - c e me n t s ys t e m p a r t i c l e s iz e d i s t r i b u t i o n a n d i t s p e r f o r ma n c e D Wu h a n ： Wu h a n Unive r s i t y o f Te c hn o l o g y， 2 0 0 7 ( i n Ch i n e s e ) ZHANG Che n g z h i ，W ANG Ai q i n，TANG M i n g s hu The f i l l i n g r o l e o f p o z z o l a n i c ma t e r i a l J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 6， 2 6( 6 )： 9 4 3 9 4 7 L ANGE F ， MO RTE L H ， RUDE NT V De n s e p a c k i n g o f c e me n t p a s t e s a n d r e s u l t i n g c o ns e q u e n c e s o n mo r t a r pr o pe r t i e s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7( 1 0) ： 1 4 8 1 1 4 8 8 P ENG Ya n z h o u ，HU S h u g u a n g ，D I NG Qi n g i u n D e n s e p a c k i n g p r o p e r t i e s o f min e r a l a d mi x t u r e s i n c e me n t i t i o u s J P a r t i c u o l o g y， 2 0 0 9 ， 7 ( 5 )： 3 9 9 4 0 2 、 邓聚龙 灰色控 制 系 统 M 武 汉 ： 华 中理 工 大 学 出版 社 ， 1 9 9 3： 3 0 9 3 2 0 D E NG J u l o n g Th e g r e y c o n t r o l s y s t e m M Wu h a n ： Hu a z h o n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y Pr e s s ，1 9 9 3：3 0 9 3 20 ( i n Ch i n e s e ) 袁嘉祖 灰色 系统 理 论 及 其 应 用 M 北 京 ： 科 学 出版 社 ， 1 9 9 1： 1 6 3 8 YUAN J i a Z U Gr e y s y s t e m t h e o r y a n d i t s a p p l i c a t i o n M B e ij i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 1 9 9 1 ： 1 6 3 8 ( i n C h i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m