不同矿物掺合料掺量的调整对浆体工作性能影响的研究.pdf

162820238BuildingConstruction-BUILDINGMATERIAL材建料筑不同矿物掺合料掺量的调整对浆体工作性能影响的研究唐晓蒙上海建工建材科技集团股份有限公司上海200086摘要：针对自密实混凝土在大流动度下易离析、泌水现象展开研究，通过改变矿粉、粉煤灰、硅灰和微珠的复掺比例，研究不同矿物掺合料掺量的调整对浆体工作性能影响。进行正交试验，研究各种掺合料对水泥浆体黏度和稠度的影响趋势，确定各种掺合料掺入的比例，通过进行种类或比例的动态调整，复配出针对浆体黏度和稠度不同要求的复合掺合料最佳配比，实现复合掺合料与功能性外加剂、胶凝材料体系的协同耦合作用，保证混凝土高流动性、良好的间隙通过能力及适宜的黏聚性。关键词：自密实混凝土；配合比优化；复合掺合料；硅灰；微珠中图分类号：TU52文献标志码：A文章编号：10 0 4-10 0 1(2 0 2 3)0 8-16 2 8-0 3DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.038Study on Effect of Adjusting Dosage of Different Mineral AdditivesonWorking Performanceof SlurryTANG XiaomengShanghai Construction Building Materials Technology Group Co.,Ltd.,Shanghai 200086,ChinaAbstract:A study is conducted on the phenomenon of segregation and bleeding of self-compacting concrete underhigh fluidity.By changing the composite ratio of mineral powder,fly ash,silica fume,and cenosphere,the effect ofadjusting the amount of different mineral additives on the working performance of the slurry is studied.The orthogonalexperiments are conducted to study the influence trend of various additives on the viscosity and consistency of concreteslurry,determine the proportion of various additives added,and dynamically adjust the type or proportion to compoundthe optimal ratio of composite admixtures for different requirements of slurry viscosity and consistency.It achieves thesynergistic coupling effect of composite admixtures with functional admixtures and cementitious material systems,andensures the concrete with high fluidity,good clearance passing ability and suitable adhesion.Keywords:self-compacting concrete;mix ratio optimization;composite additive;silica ash;cenosphere随着国内外学者对自密实混凝土的不懈研究，我国在高层建筑、桥梁、隧道、轨道等施工难度大、钢筋密集、薄壁、复杂形体的施工部位大量应用自密实混凝土，为我国带来了良好的社会效益、生态效益和经济效益。研究表明，粉煤灰、矿渣、硅灰等掺合料单掺，能有效地改善混凝土的性能，由于每种掺合料来源和生产过程不同，其矿物组成、结构形貌、活性组分含量、细度等指标各不相同，除了具备各自优点外，也均存在相应的不足。粉煤灰会导致混凝土早期强度降低，但后期及长期强度发展较好；能有效抑制碱骨料反应，但掺量过高时，材料的碱组分含量可能不足，抗碳化性能可能降低；温峰削减效应好，能有效降低水化热，特别适合大体积混凝土的作者简介：唐晓蒙（19 8 6 一），女，本科，工程师。通信地址：上海市杨浦区黎平路2 0 4号（2 0 0 0 9 0）。电子邮箱：txmeng_收稿日期：2 0 2 3-0 4-19施工 2 。矿粉可获得较好的早期强度，但后期强度发展不如粉煤灰；性能优异的矿渣掺量可以达到5 0%7 0%，同时不会引起强度的急剧下降和碱含量的大幅减少。硅灰粒径小，化学组成中SiO,含量最多，活性指数最大，所以火山灰反应最快，早期强度高，后期强度的发展也很有优势；但其比表面积过大，水化过程需水量大 3-4。掺量增加时，混凝土的流动性急剧下降。因此采用多种掺合料复掺，实现优势互补，进一步提高综合性能，成为目前研究的重点和发展的方向。目前，自密实混凝土在大流动度下极易发生离析、泌水等现象，为此展开对复合掺合料的研究。混凝土中在其掺量15%的条件下，实现复合掺合料与功能型外加剂、胶凝材料体系的协同耦合，保证混凝土落扩展度达到（6 5 0 土5 0）mm，不发生离析、泌水现象；Tsoo（扩展度达到5 0 0 mm时所需时间）控制在3 5 s内；保时间3h；且力学性能和耐久性能均符合工程质量要求。建筑施工第45 卷第8 期1629唐晓蒙：不同矿物掺合料掺量的调整对浆体工作性能影响的研究1试验原材料选择1.1硅酸盐水泥水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥。1.2矿物掺合料现有研究结果表明，部分矿物掺合料具有不错的降黏作用，宜选用高活性且具有降黏功效的掺合料来改善混凝土的工作性能。此外，掺合料各项技术指标还应满足相关规定。1）粉煤灰分别为I级C类、II级C类。2）矿渣微粉分别为S95级、S105级。3）硅灰：艾肯9 2 硅灰。4）微珠：一种全球状、连续粒径分布、超细、实心、超细粉煤灰硅铝酸盐精细微珠未（沉珠）。2试验研究2.1净浆黏度测试方法设计采用正交试验，研究不同矿物掺合料、不同掺量等因素对浆体流动性的影响。对照组选用标准水泥净浆试验。设计6 因素（矿粉S95、矿粉S105、粉煤灰I级、粉煤灰II级、硅灰、微珠）、3 水平（矿粉0、15%、3 0%；粉煤灰0、10%、2 0%；硅灰0、5%、10%；微珠0、5%、10%）正交试验，共2 7 个试验配比。2.2砂浆流动度及稠度测试方法设计在对净浆黏度设计方法的基础上引入标准砂，采用相同的试验方法，以标准砂浆组为参考，研究不同比例复合的掺合料对砂浆体系的低黏增稠效果。3试验结果及分析3.1掺合料对净浆、砂浆性能的影响3.1.1掺合料对净浆黏度影响的结果分析本试验按6 因素、3 水平开展，选用NDJ-8S数字式旋转黏度计测定净浆黏度，定量分析各因素对水泥浆黏度的影响程度和趋势。根据实验设计与数据处理中的理论方法，选用直观分析法并结合相关软件，通过对每一因素的平均极差处理和分析，找到影响水泥浆黏度的相对主要因素。各因素下黏度均值主效应如图1所示。矿粉S95矿粉S105|级粉煤灰II级粉煤灰硅灰微珠2500020:000值15 0 0 0510.000500001231231231231 23123水平图1各因素下黏度均值主效应根据上图可以看出，6 个因素中硅灰对黏度影响最大，I级粉煤灰对黏度影响最弱。掺量0 10%范围内，硅灰具有增黏作用，且随着掺量的增加，影响效果更加明显；掺量在0 2 0%范围内，1级粉煤灰的掺入导致浆体黏度出现先增大后降低，与掺量在0 10%微珠的变化趋势相同，但微珠的影响效果更加明显。掺量在10%范围内的I级粉煤灰、5%以内的微珠均有略微的增黏作用；掺量在0 2 0%范围内的II级粉煤灰对浆体具有降黏作用，且效果优于1级粉煤灰；掺量在0 3 0%范围内的S95级矿粉、S105级矿粉均引起浆体黏度值先降低后增大，在15%以内，S95、S105级矿粉均具有降黏作用，S105级矿粉效果优于S95级矿粉。3.1.2持掺合料对砂浆流动度及稠度影响的结果分析根据试验方案，砂浆正交试验流动度及稠度数据，得出各因素下砂浆流动度均值主效应如图2 所示。一矿粉S95矿粉S105I级粉煤灰II级粉煤灰硅灰微珠230220210值2 0 0519018017016015012323123123123123水平图2各因素下砂浆流动度均值主效应选用直观分析法，通过对各因素的平均极差处理和分析找到影响砂浆稠度的相对主要因素。根据各因素的均值，得到各因素下砂浆稠度的均值主效应如图3 所示。矿粉S95矿粉S105I级粉煤灰级粉煤灰硅灰微珠807570656055504540123123123123123123水平图3各因素下砂浆稠度均值主效应根据上图可以看出，6 个因素中硅灰对流动度和稠度的影响效果最大，掺量0 10%范围内，掺量越多浆体的流动度越小、稠度越大，掺入10%以内的硅灰对浆体具有明显的增黏、增稠作用；S105级矿粉对其流动度和稠度影响最弱，掺量在0 15%范围内引起浆体流动度出现增大趋势，具有降黏作用，掺量在0 3 0%范围内对浆体具有增稠趋势；掺量在0 3 0%范围内的S95级矿粉、掺量在0 2 0%范围内1级粉煤灰与掺量在0 10%范围内微珠都引起浆体出现稠度降低、流动度增大的趋势，表现出降黏、降稠趋势；掺量在0 10%范围内II级粉煤灰引起浆体流动度出现增大趋势，具有降黏作用，掺量在0 2 0%范围内对浆体具163020238BuildingConstruction唐晓蒙：不同矿物掺合料掺量的调整对浆体工作性能影响的研究有降稠趋势。表1为各因素对浆体性能的影响趋势。表1各因素对浆体性能的影响趋势矿粉矿粉I级粉煤级粉煤硅灰/%微珠/%S95/%S105/%灰/%灰/%因素01501501001055050515301530102010201010黏度一一一流动度一一稠度注：7 表示增加趋势；表示下降趋势；-表示该范围内趋势或有突变。3.2掺合料对混凝土性能的影响根据表1中各因素的影响趋势，确定掺合料各因素比例（表2），进行混凝土性能验证。基础配比1和改进后配合比2 见表3。表2 3 项指标最优掺量指标矿粉S95矿粉S105I级粉煤灰级粉煤灰硅灰微珠最优黏度15%15%020%00最优流动度30%15%015%010%最优稠度30%020%20%010表3 混凝土配合比编号水水泥粉煤灰复合掺合料中砂石子外加剂一176435928208526.32217639652798208526.32根据表3 中配合比检测的流动度和扩展时间T50o及其经时损失情况，结果见图4和图5。720680640600560配比1一配比252001.53经时损失时间/h图4混凝土落度对比2H0987654配比1-配比2一01.53经时损失时间/h图5混凝土扩展时间T500对比从图4可以看出，使用复合掺合料改进后（配比2），混凝土初始落扩展度较优化前有了很大的改善，经时损失（3 h）也较小；从图5 可以看出，初始扩展时间Tsoo缩短2s以上，经时损失（3 h）优于改进前，泌水现象消失。表明复合掺合料对拌和物状态及其保性能改善明显，具有降低黏度效果。4结语1）采用正交试验研究矿物掺合料（矿粉S95、矿粉S105、I 级粉煤灰、II级粉煤灰、硅灰、微珠）对水泥净浆黏度的影响，综合比较可得：6 个因素中，硅灰对其黏度影响最大，I级粉煤灰影响最弱。各因素对水泥净浆黏度的影响程度为：硅灰 矿粉S105II级粉煤灰 微珠 矿粉S951级粉煤灰。2）采用正交试验研究矿物掺合料对水泥砂浆流动度的影响，综合比较可得：6 个因素中硅灰对其流动度影响最为明显，掺量在0 10%范围内，掺量越多浆体的流动度越小，且随着掺量的增加，影响效果也在不断增加，在此范围内流动度减小趋势并未出现拐点，表明掺入10%以内的硅灰具有增黏作用。各因素对水泥砂浆流动度的影响程度为：硅灰 I级粉煤灰 II级粉煤灰 微珠 矿粉S95矿粉S105。3）采用正交试验研究矿物掺合料对水泥砂浆稠度的影响，综合比较可得：6 个因素中硅灰对其稠度影响最为明显，掺量在0 10%范围内，掺量越多浆体的稠度越大，且随着掺量的增加，影响效果也在不断增加，在此添加范围内稠度值减小趋势并未出现拐点，说明掺入10%以内的硅灰具有增稠作用。各因素对水泥砂浆稠度的影响程度为：硅灰 I级粉煤灰 微珠 矿粉S95II级粉煤灰 矿粉S105。实际配制过程中，可根据各性能的指标需求，动态调整各因素的掺量。同时也可以参考各因素对浆体性能的影响趋势，总结各因素对浆体黏度和稠度的影响趋势，以便在实际工程中，快速配制出降低黏稠度型复合掺合料产品，解决现场对自密实混凝土的需求。参考文献1 3张旭.高掺量复合矿物掺合料自密实混凝土研究 D.重庆：重庆大学,2 0 0 4.2】崔世军,黎鹏平.胶凝材料组成对C50自密实混凝土流变性能影响研究 C中国建设科技集团股份有限公司，中国建筑科学研究院，中国土木工程学会，等.第五届全国建筑结构技术交流会论文集.北京：建筑结构编辑部,2 0 15:6 2 0-6 2 3.3 陈剑雄，石宁，张旭.高掺量复合矿物掺合料自密实混凝土耐久性研究 J.混凝,2 0 0 5(1):2 4-2 6.4】周聪聪,杨浩,李允冠,等.大掺量矿物掺合料自密实混凝土工作性能研究 J.新型建筑材料,2 0 2 0,47(5):10-12.