不同岩性石粉对混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 5年 第 1 2期 【总 第 3 1 4 期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 1 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材 料及辅助物料 MATE RI AL AND ADM 1 NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 1 5 不 同岩性 石粉对混凝土性能 的影响研 究 李 崇智 ，张方财 ，刘雷霆 ，马健 ， 葛挺 林 ( 1 北京建筑大学 土木与交通工程学院， 北京 1 0 0 0 4 4 ； 2 北京君盛混凝土制品有限公司， 北京 1 0 0 0 1 2 ； 3 和创新天 ( 北京 ) 环保科技有限公司 ， 北京 1 0 0 0 1 5 ) 摘要： 选取岩性不同的石灰石粉和砂岩石粉 ， 按照 1 ： 1 的比例组合成复合粉体， 用该粉体 以不同比例替代水泥用于配制水泥 砂浆和混凝土， 通过掺入自制的高性能聚羧酸系减水剂 P C E和黏土改性剂 S MA， 可 以很好 的改善因为复合石粉的掺人导致的 混凝土相容性问题 。 结果表明， 复合石粉掺量达到 1 0 对混凝土的工作性具有很大影响， 加入 5 的黏土改性剂 S MA， 对粉体含 量低于 1 5 的水泥净浆的流动度和经时损失都达到要求 ； 混凝土工作性良好， 各龄期强度最高， 并通过对不同岩性的石粉形貌进 行分析， 初步探索石粉对混凝土影响机理。 关键词 ： 聚羧酸减水剂 ； 相容性 ； 黏土改性剂 中图分类号： T U 5 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 5 ) 1 2 0 0 5 6 0 4 S t u d y o f t h e e ffe c t s o f c l a y m o d i f i e r on t h e p r o p e r t i e s o f d i ffe r e n t mu d c on c r e t e LI Ch o n g z h i ， ZHAN G Fa n gc a i ， U 【 ，Le i ti n g ， M A J j a 刀 ， GE T i n g l i n ( 1 S c h o o l o f C i v i l a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ， B e i j i n g U n i v e r s i t y o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， B e ij i n g 1 0 0 044 ， C h i n a ； 2 B e ij i n g J u n s h e n g C o n c r e t e P r o d u c t s C o ， L t d ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 2 ， C h i n a ； 3 H a r m o n i z a ti o n a n d C r e a t i o n ( B e ij i n g ) E n v i r o n me n t P r o t e c ti o n T e c h n o l o g y C o ， L t d ， Be ij i n g 1 0 0 0 1 5， C h i n a ) Abst r a c t： S e l e c t i n g l i me s t o n e po wde r a n d s a n d s t on e p o wd e r o f d i f f e r e n t l i t h o l o g y， a c c o r d i n g t o t he r a tio o f 1 ： 1 t o c o mb i n e t h e m i n t o a c o mpo s i t e p o wd e r ， u s e t h e p o wd e r i n t h e p r e p a r a t i o n o f c e me n t mo r t a r a n d c o nc r e t e wi t h d i f f e r e n t p r o p o rti o n o f r e p l a c e me n t o f c e me n t ， t h r o u gh a d d i n g the h i g h p e r f o r ma n c e p o l y c a r b o x y l a t e s u pe r p l a s tic i z e r PCE a n d c l a y mo d i fie r S M A， t h e c o mp a t i b i l i t y p r o b l e ms c a u s e d b y c o mp o s i t e p o wd e r i n c o r p o r a t i o n c a n b e we l l i mp r o v e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t i t ha s a g r e a t i nfl u e n c e o n t h e c o n c r e t e wo r k wh e n t h e c o n t e n t o f c o mp os i t e p o wd e r r e a c h e d 1 0 o f c e me n t ， a d d i n g 5 c l a y mo d i fie r S MA ， t he i n i t i a l flu i d i t y a n d the l os s o f flu i d i t y o f t h e c e me nt p a s t e wi t h t he p o wd e r c o n t e n t l o we r t h a n 1 5 o f c e me n t c a n r e a c h r e q u i r e me n t s Co n c r e t e wo r k a b i l i t y i s g o o d， t he s t r e n g th o f v a r i O US a g e i s t h e h i g h e s t An d b a s e d o n t h e po wd e r morpho l o g y o f d i f f e r e n t l i t h ol o g i c a l a n a l y s i s， a p r e l i mi na r y e x p l o r a t i o n o f t h e me c h a - n i s m o f t h e i n flu e n c e o f p o wd e r on c o nc r e t e Ke y wor ds： po l y c a r b o x y l i c a c i d wa t e r r e d u c i n g a g e n t ； c o mp a ti b i l i t y； c l a y mo d i fie r 近几年中国经济 的快速增长 ， 建筑业 快速发展 ， 大量 使用预拌混凝土导致砂石资源严重短缺 ， 机制砂 已经是取 代天然砂用于配 制现代混凝 土 的主要材 料 ， 但其 含泥量 高 ， 含石粉量高 ， 导致 昆 凝土坍落度损失过大 ， 影响施工和 混凝土的性能和质量 。 聚羧酸高性能减水剂作为一种新 型减水剂， 其减水率高， 坍落度损失较小， 绿色环保而得到 市场广泛应用 ， 但由于石粉与聚羧酸高性能减水剂的相容 性问题 ， 混凝土性能 与质量受到极大 的挑 战 。 有研究表 明通过聚羧酸系减水剂 的复配技术 可 以有效 的改善集料 当中黏土对 聚羧酸系减水剂 的影 响 J 。 目前 的研究主要集 中在对聚羧酸减水剂进行针对性 的分子设计 ， 减少集料 的 含泥量对聚羧酸系减水剂 的分散 能力和水 泥对其 的吸附 能力的影响， 进而减少对混凝土流变性产 生的影 响 J 。 这 些研究对深人分析含泥量对 聚羧酸减水剂分散能力 的影 响及机理有较好的参考作用 。 已有研究表明， 在混凝土 当中掺人石粉 已经非常成熟 ， 在工 程实践 当 中也 得 到应 用 ， 通过黏土改性剂对混凝土集料 当中的黏土进行 改性 ， 改善其对减水剂分子 的吸附行为 ， 减少其对混凝土强度的 影 响， 使得更多的含泥量高的砂石原料可以得到利用 。 本研究选取岩l生 不同的石灰石粉和砂岩石粉 ， 按照1 ： l 的 比例组合成复合粉体 ， 将复合石粉以不同的比例掺入到混凝 土当中。 同时在混凝土 中加入 自制黏土改性剂 S MA， 研究黏 土改I生 剂对不同复合石粉含量的混凝土相关陛能的影响。 1 原材料 与试验 方法 1 1 试验原材料 ( 1 ) 水泥采用金隅 P O 4 2 5 级水泥 ， 其相关的化学组 成如表 1所示 ： 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 3 0 1 基金 项 目 ： 北京 自然科学基金资助项 目( 2 1 1 2 0 1 2 ) ； 北京教育委员会基金资 助项 目( K M2 0 1 2 1 0 0 1 6 0 0 9) ； 北京市 属高校创 新团 队建 设与教 师职 I 发 展计划项 目( I D H T 2 0 1 3 0 5 1 2 ) 5 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 水泥 化学 组成 ( 2 ) 石灰石粉为北京市 昌平上苑石粉厂提供 。 砂岩石 粉取 自北 京 地 区 样 品， 经 过 筛 滤 ， 供 干 ， 研 磨 ， 通 过 0 0 7 5 m m的筛制得砂 岩石粉作 为试 验用 掺合料 。 石粉化 学组成如表 2 所示 。 表 2石灰石粉和砂岩石粉的化学组成 ( 3 ) 自制 的聚羧 酸系高性 能减水剂 P C E和黏土改性 剂 S MA。 1 2试验 方 法 ( 1 ) 微观形貌分析 采用 V H X一 2 0 0 0 C数码显微系统对石灰石粉 C S F和 砂岩石粉 S S F 进行数码显微 拍照 ， 通过 0 0 7 5 m m 的筛制 得粉料 ， 分别取样 1 0 0 g ， 在 8 0 c 下 干燥至恒 重 ， 然后 取 5 g 样品置于玻璃样品座上， 获取其显微照片进行对比分 析。 扫描电镜微观形貌分 析 ( S E M) 石灰石 粉 C S F和砂 岩 石粉 S S F碎块 ， 分别取样 1 0 0 g ， 在 4 0下干燥至恒重 ， 用 导电胶将样 品粘贴在铜质样品座上 ， 真空渡金后置于 日本 产 S X一 4 0型扫描 电镜中观察试样断面微观形貌 。 ( 2 ) 水泥净浆试验 水泥 的浆 体 流 动 性 及 流 动 保 持 性 能 检 测 均 采 用 G B 5 0 1 l 9 2 o 0 3 混凝土外加剂应用技术规 范 附录 A混 凝土外加剂对 水泥 的适 应性检 测方 法 ， 保证 初始流 动度 2 0 0 mm 以上 。 ( 3 ) 混凝 土试验 混凝土试验参 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 ， 进行坍落度与扩展度的测试， 标 准条件下养护。 混凝土力学性 能的测试参考 G B T 5 0 o 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行测试。 抗压试 件尺寸为 1 5 0 m mx 1 5 0 m m x 1 5 0 m m立方体 ， 每组 3 块 ， 分别 测试 7 、 2 8 d 强度。 混凝土试验配合比如表 3 所示。 表3混凝土试验配合比设计方案 2 结果与分析 2 1 不同石粉掺量水泥净浆的影响 水泥净浆 当中石粉含量对减水剂 与水 泥的适应 性具 有较大影响 ， 在 相 同 S MA 的掺量 下 ， 随着 粉体含 量 的增 加 ， 粉体吸附减水 剂的量增加 ， 水泥浆 中有效减水剂 量下 降 ， 水泥净浆初始流动度下降( 见 图 1 ) ， 1 h净浆流动度损 失变大 ( 见图 2 ) 。 从 S MA 的角度来说 ， 其 主要的作用是改 善砂岩石粉的微观表面 ， 减少其对减 水剂 的吸 附量 ， 随着 S MA掺量的增加 ， 水泥净浆流 动度 增大 ( 见图 1 ) ， 1 h净 浆流动度损失变小 ( 见 图 2 ) ， 粉体 当中影响减水剂与水泥 适应性 的主要是吸附能力更强的砂岩石粉 ， 同时石灰石粉 需水量较小 ， 可 以有效提高净浆流动度 ， S MA 可以有 效改 善砂岩石粉对减水剂的吸附 。 吕 吕 需 媛 彀 恳 她 U l Z j 4 ) 6 7 S MA含 量， 图 1 S M A掺量对不同石粉含量水泥净浆初始流动度的影响 2 2 不 同石粉掺 量对混凝 土性 能的影响 在混凝土配合 比不变 的情 况下 ， 当 S MA的掺量小于 5 时 ， 坍落度 和扩 展度 都 随着 S MA 掺量 的增加 而变 大 ( 见图 3 4 ) ， 混凝土拌合物 的状 态 良好 ， 当 S MA 的掺量 超过 5 ， 坍落度和扩展度反而下降， 而且混凝土出现离析 7 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 图 1 0 砂岩石粉 S S F碎块 电镜扫描图片 黏、 过稠， 坍落度减小。 砂岩石粉 S S F为层状结构， 水加入 其 中， 会被其颗粒吸附。 同时由于层状结构的存在 ， 使得其 有效吸附减水剂的表面积增大 。 S MA黏土改性剂可以很好的改善砂 岩石粉 S S F层状 结构 的表 面性 能 ， 减 少其 对减 水剂 分子 的吸 附量。 掺人 5 的 S MA 的石灰石粉 C S F ， 其对 P C E减水剂分子的吸附 能力没有改变 ， 但 是砂岩 石粉 S S F对 P C E减水剂 分子 的 吸附能力 明显下 降。 S MA 黏土改性剂 中的钙类化合 物加 铁类化合物和硅类化合物在水中化合形成圆球型的络合 物 ， 能填充砂岩石粉 S S F层状 结构 的空 隙， 同时能与水泥 的水化产物起叠加作用形成络合物， 这类络合物能与石粉 中的二氧化硅反应生成低钙水化合物， 增加混凝土的密实 度从 而提高强度 。 3 结论 ( 1 ) 石灰石粉 由不规则的岛 伏白云石、 方解石组成 ， 主 要成分为碳酸钙 ， 含有少量微 晶硅质泥 ； 砂岩石粉 为层 状 砾石 、 凝灰岩或者流纹岩等 ， 其主要成分为硅铝酸盐矿物。 ( 2 ) 根据水泥净浆流动度和混凝土试验结果 ， S MA的 最优掺量为5 之 间， 过掺容易导致离析泌水 ， 对砂岩石粉 上接第 4 5页 高 ， 减少 了结构构件 的承载力 ， 降低 了荷 载对地基承载 力 的作用 。 与蒸压加气 昆 凝 土相 比， 泡沫混凝土使用 了不 同 的发泡原理形成孔 隙。 泡 沫混凝 土 的孔 隙是 由发泡剂 产 生 ， 这种发泡机理是物理反应。 相对而言 ， 蒸压加气混凝 土 的孔 隙是因为向其材料 中加了铝粉 ， 并 和它们之 间产生化 学反应而形成 ， 是化学反应 。 轻骨料加气混凝土 中孔隙是 均匀分布 。 相对蒸压加气混凝土 ， 泡沫混凝土 的抗 压强度 可以达到结构强度 的要求 。 从经济性上考虑 ， 加气 混凝土 可利用废弃材料制成 ， 如粉煤灰等 ， 具有较强 的经济性 。 参考文献： 1 B I N G W， Z H E N， L N i n g ， E x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h f o a m e d c o n c r e t e J Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r - i n g ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 1 3 1 1 8 1- 2 J U S T a n d B Mi d d e n d o r f ， Mi c r o s t mc t u r e o f h i g hs tr e n g th f o a m c o n c r e t e M Ma t e ri a l s C h ar a c t e ：fi z a t i o n ， 2 0 0 9 ， 6 0 ( 7 ) ： 7 4 1 7 48 3 MY D I N M O， WA N G Y C Me c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f f o a m e d c o n c r e t e e x p o s e d t o h i g h t e m p e r a t u r e s J C o n s t r u c ti o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 2 ( 1 ) 含量为 5 0 的粉体在 1 5 以下 的砂石具有很好 的改善效 果 。 水泥胶砂的流动度随着石粉含量 的增加而不 断下 降 ， S MA黏土改性剂 的掺人减缓不 同石粉 含量 的水 泥胶砂 流 动度下降。 ( 3 ) 黏土改性剂 S MA有效 的提高水泥砂浆 和混凝土 的强度 。 水泥胶砂的 3 、 2 8 d 抗压强度值随着 S MA掺量 的 增加而增大 ， 混凝土的 7 d 抗压强度就达到了7 0 左右 、 同 时混凝土各龄期的强度值 随着 S MA掺量 的增加 而增加 。 在 S MA黏土改性剂的掺量为 5 时 ， 混凝土强度值提高的 最明显 参考 文献 ： 1 宋良瑞 混凝土外加剂与 水泥双向适应性分析 J 混 凝土， 2 0 1 3 ( 4 ) r 2 - 1陈伟 ， 田亚坡 ， 水中和 减水剂在粉煤灰水泥浆体中的吸附及 其流变性能影响 J 混凝土， 2 0 1 2 ( 4 ) 3 李家成 混凝土原材 料中的石粉引起减水剂适应性异常的原 因分析I- J 科技风， 2 0 1 1 ( 1 7 ) 1- 4 刘金梅 ， 卢忠远， 严云 ， 等 超细粉煤灰对水泥与高效减水剂相 容性的影l ift l- J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) 5 王稷良， 牛开民， 刘英， 等 机制砂中石粉对混凝土性能影响的 研究现状 J 公路交通科技( 应用技术版) ， 2 0 0 8 ( 1 ) 6 王士超， 俞黎明， 虞孝伟 混凝土? b O M与水泥、 掺合料适应性 的影响因素分析 J 粉煤灰 ， 2 0 0 7 ( 4 ) 第一作者： 李崇智( 1 9 6 9一) ， 男， 工学博士， 副教授 ， 长期从 事高 性能混凝土与化学外加剂研究。 联系地址 ： 北京市西城区展览馆路 1 号 北京建筑大学( 1 0 0 0 4 4 ) 联系电话 ： 1 3 3 1 1 1 0 9 7 2 6 通讯作者 ： 张方财( 1 9 9 0一) ， 男， 硕士研究生， 主要从事高性能混 凝土以及聚羧酸系减水剂的研究。 联系电话 ： 1 3 5 2 1 0 8 1 3 7 2 r 4 o R I CHAR D， M R AML I ， K M A1 S h are e m， E x p e ri me n t a l p r o d u c t i o n o f s u s t a i n a b l e l i g h t w e i g h t f o a me d c o n c r e t e J A p p l i e d S c i e n c e&T e c h n o l o g y ， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 1 1 2 5 A WA N G H， N O O R D I N N M E f f e c t o f a l k a l i n e r e s i s ta n t g l a s s fi - b e t o n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f l i g h t w e i g h t f o ame d c o n c r e t e C 2 7 t h c o n f e r e n c e o n Ou r W o r l d I n Co n c r e t e & S t r u c t u r e s ， Si n g a p o r e， 2 0 0 2： 2 2 5 2 3 0 6 N A A Y U D H Y A B I C o mp r e s s i v e a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e ( A A C) c o n t a i n i n g p e r l i t e a g g r e g a t e a n d p o l y p r o p y l e n e f i b e r s u b j e c t c d t O h i g h t e m p e r a t u r e s J j S c i e n c e T e c h n o l o g y ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 5 5 5 5 6 3 7 S A L MA N M M ， H A S S A N S A E m p i r i c a l f o r mu l a s f o r e s t i ma t i o n o f s o m e p h y s i c a l p r o pe r t i e s o f g a s c o n c r e t e p r o d u c e d b y a d d i n g a l u m i n u m p o w d e r J J E n g i n e e ri n g a n d D e v e l o p m e n t ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 1 4 第一作者： 谷亚新( 1 9 6 9 一) ， 女， 博士研究生， 教授 ， 主要从 事保 温材料的研究及改性。 联系地址 ： 沈阳市浑南新区浑南东路 9号 沈阳建筑大学材 料学 院( 1 1 0 1 6 8 ) 联系电话 ： 1 3 0 3 2 4 6 3 4 7 6 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m