白云石粉用作混凝土掺合料的试验研究.pdf

2 0 1 4年第 6期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No 6 J u n e 白云石粉用作混凝土掺合料的试验研究 彭 园 ， 高育欣 ， 赵 日煦 ， 吴媛媛 ， 贾丽莉 ， 程 宝军 ， 霍 亮 ( 1 中建商品混凝土有限公司， 武汉 4 3 0 0 7 4 ； 2 中国建筑工程总公司技术 中心 ， 北京 1 0 1 3 0 0 ) 摘 要 ： 研 究 了白云石的 易磨性 ， 并研 究 了粉磨 3 0 ra i n的白云石 粉等质量 替代不 同胶材 组分对净浆 和混凝土 工作性能 、 抗压 强度及砂浆体积稳定性的影响。 结果表 明 ， 球磨 3 0 rai n时， 白云石粉 中位粒径为 2 8 4 p m， 继续延 长粉 磨 时间， 白云石粉 易团聚 ； 在 O 1 5 范围 内， 用磨 细白云石粉 替代水泥、 矿粉 和粉煤灰 可提 高浆体的工作性能 ， 但会 降低 抗 压 强 度 ； 对 于 C6 0混 凝 土 ， 掺 1 0 磨 细 白云 石 粉 可 降 低 5 k g m3 用 水 量 ， 2 8 d抗 压 强 度 损 失 小 于 1 0 ； 白 云石 粉 对 砂 浆 体 积 收 缩 有 一 定 的 补 偿 作 用 。 关键词 ： 白云石粉 ； 易磨性 ； 掺合料 ； 限制膨胀 ； 抗压强度 Ab s t r a c t ：Gr i n d a b i l i t y o f d o l o mi t e p o w d e r i s r e s e a r c h e d W o r k a b i l i t y a n d me c h a n i c s o f c e me n t p a s t e a n d c o n c r e t e ， v o l u me s t a b i l i t y o f mo rt a r a r e d e t e r mi n e d w h e n 3 0 mi n s mi l l i n g d o l o mi t e p o wd e r a mo u n t i n s t e a d o f d i f f e r e n t c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e p a r t i c l e s i z e o f mi l l i n g 3 0 mi n s d o l o mi t e p o wd e r i s 2 8 4 tx m d o l o mi t e p o w d e r e a s i l y r e u n i t e s a s mi l l i n g t i me i n c r e a s i n g c o n t i n u o u s l y W h e n t h e s u b s t i t u t i n g c o n t e n t o f d o l o mi t e p o wd e r a mo u n t i n s t e a d o f c e me n t ， s l a g p o we r a n d fl y a s h i s b e t we e n 0 - 1 5 ， t h e w o r k a b i l i t y o f s l u r r y i mp r o v e s a n d t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c e me n t s t o n e d e c r e a s e s a s s u b s t i t u t i n g c o n t e n t As t o C6 0 c o n c r e t e ， 5 k g m o f wa t e r c o n s u mp t i o n c a n b e r e d u c e d a n d t h e l o s s o f 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n gth i s l e s s t h a n 1 0 wh e n t h e c o n t e n t o f d o l o mi t e p o wd e r a d d e d t o c o n c r e t e i s 1 0 Vo l u me s h r i n k a g e i s c o mp e n s a t e d w h e n t h e d o l o mi t e p o w d e r mi x e d i n t o mo r t a r Ke y wo r d s ： Do l o mi t e p o w d e r ； Gr i n d a b i l i t y ； Ad mi x t u r e s ； C o n f i n e d e x p a n s i o n ；C o mp r e s s i v e s t r e n gth 中 图 分 类 号 ： TU5 2 8 1 文 献 标 识 码 ： A 文 章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 4) 0 6 1 3 0 4 0前 言 随着我 国基础建设 的迅速发展 ， 传统活性掺合 料如矿粉和粉煤灰资源市场需求急增 ，价格上涨 ， 制约了商品混凝土的发展。另一方面 。 由于砂石开 采量的增加 ， 产生大量石屑石粉 ， 堆积存储成本高 ， 造成环境污染 ， 成为困扰砂石企业的难题【 - 2 。我国 石灰石、 白云岩等矿产资 源丰富 ， 现 已探 明储量 4 O 亿 t 以上 ， 其远景储量 巨大。 每年 白云石开采量超过 千万 t ， 平均 1 t 矿石约产生 0 1 5 0 2 0 t 石屑【 。石屑 粒 径 一般 小 于 5 mm， 大 部 分 多 棱 角 状 或 片 状 ， 且 含 有大量石粉 ， 由于其莫 氏硬度较低 通过磨细成微 粉用作混凝土掺合料 不仅可 降低混凝土生产成 本 ， 提高混凝土浆骨比和流动性闱 也能在一定程度 上缓解实际工程中的原材料 紧缺和环境污染等 问 题。白云石粉用作混凝土掺合料 是建筑行业可持 续发展的体现 对绿 色混凝土 的发展具有重要意 义 。 本文对 白云石的易磨性进行研究 ， 并考察了白 云石粉替代不 同胶材组分对水泥混凝土工作性能 、 收 缩性 能 和力 学性 能 的 影 响 为 白云 石粉 用 作 混凝 土掺合料提供 了试验依据。 1 原材料 和试 验方 法 1 1 原材 料 水泥( C ) ： 华新 P 0 4 2 5水泥 ； 粉煤灰 ( F A) ： 麻 城 级粉煤灰 ； 矿粉 ( S L ) ： 鄂钢 $ 9 5粒化高炉矿渣 粉 ； 外加剂( A D) ： 聚羧酸高效减水剂 ， 型号 T J 一 1 8 8 ， 固含量 1 0 ； 河砂 ( S ) ： 洞庭 湖 区中砂 ； 碎石 ( G) ： 武汉石灰石 ， 5 2 5 m m连续级配 ； 白云石粉 ( D P ) ： 武 汉某矿 ， 具体化学组成见表 1 。水泥 、 矿粉和粉煤灰 的物理 性能 见表 2 。 表 1 白云 石 化 学 组 成 密度 比表面积需水 比流动度2 8 d抗压 ( g c m 。 ) ( m 2 k g ) 比 强度 MP a 1 2试验 方法 ( I ) 抗压 强度 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 6期 混凝土与水泥制 品 总第 2 1 8期 混凝 土强 度试 验 按 照 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 混凝土力学性能试验方法标准 进行 。 ( 2 ) 限制膨胀率 普通 磨 3 0 ra i n的白云石粉作为对象开展研究 。 2 2 白云石粉对净浆流动度 和抗压强度的影响 参照 G B 2 3 4 3 9 2 0 0 9 ( 混凝土膨胀剂 中的测试 方法进行 ， 白云石粉 内掺 1 0 ， 水胶 比为 0 4 ， 砂胶 比为 2 0 。 限制 膨 胀 率 试 验 选 用 尺 寸 为 4 0 m m 4 0 m m 1 6 0 m m 的三联模 ，内置纵 向限制器( 长度 为 1 5 8 m m。 试 件 有 效尺 寸 为 1 4 0 m m) ， 将 成 型好 的试 件 置于标准养护箱 内， ( 2 4 _+ 0 5 ) h后脱模 。试件脱模后 1 h内开始测试试件的初始长度 ， 测试后 的试件立即 放入水中养护 ，分别测试 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 1 d 、 2 8 d 、 5 6 d 和 9 0 d限制膨胀率。限制膨胀率 E 计算方法为： r r E = 1 0 0 L 0 式中， E 一龄期为 X时限制膨胀率 ， ； 己 一 龄 期为 X时试 件 的长度 ， mm； 一 试件的初始长度 ， mm； 试 件 的基 准长度 ， 1 4 0 m m。 ( 3 ) 易磨性 采用小型卧轴滚筒式球磨机 ( 粉磨量 ： 5 k g ) 对 白 云石屑 ( D 矿粉 粉煤灰 白云石粉 ， 替代胶 材活性越高 ， 强度损失越大 ； 矿粉和粉煤灰粒径较 水泥小 ， 白云石粉替代水泥时 ， 其改善孔结构 的效 果优于替代掺合料的 ，白云石粉替代水泥 时试件 2 8 d抗压强度损失小于替代掺合料试件的。 2 3 白云石粉 对砂 浆限 制膨胀 性 能的影 响 白云 石用 作 骨料 时可 能 发 生碱 碳 酸 盐 反 应 导 致混凝土开裂 ， 但白云石粉掺人混凝土中是否会导 致混凝土开裂尚未有定论 。为了研究 白云石粉用 作掺合料时对体积稳定性的影响， 采用 2 O 绝湿和 2 0 水养两种养护方式对掺 1 0 白云石粉砂浆的限 制膨胀率进行测试 ， 试验结果见图 3 。 褂 餐 擅 磊 醛 龄期 d 图 3不同养护条件 下掺 1 0 白云石粉砂浆的限制膨 胀率 由图 3可 知 ， 掺 l 0 白云石 粉 砂浆 水养 和绝 湿养护条件下的限制膨胀率均大于基准组 ， 表 明白 云石粉的掺入能一定程度上弥补体积收缩 ， 对水泥 基胶凝材料的体积稳定性无不利影响。其原因可能 是 ： 掺入的白云石粉细度较其它掺合料更 细 ， 填充 了水泥石 内部 的孑 L 隙 ， 改善 了孔结构 ， 从 而减 小了 砂浆试块的收缩 ： 白云石粉颗粒 中的 C a C O 可以与 水 化铝酸钙反应 生成单碳 型碳铝酸钙水合物 或三 碳型碳铝酸钙水合物 ， 可补偿浆体的体积收缩。 2 4 白云石粉对不同强度等级混凝土工作性 能和 抗 压强 度 的影 响 分别研究 了 C 3 0和 C 6 0两 种强度等级下 白云 石粉取代掺合料 ( 矿粉和粉煤灰等质量取代 ) 对混 凝 土 工作性 能 和抗压 强 度 的影 响 。设 计 强度 为 C 3 0 时 ， 固定水胶 比为 0 4 8 ， 外加剂掺量为 1 1 ； 设计强 度为 C 6 0时 ，保证混凝土拌合物工作性能相近 ， 固 定外加剂掺量 为 1 9 调整水胶 比， 两种配合 比下 砂率均为 4 3 ，白云石粉掺量为 5 、 1 0 和 1 5 。 对混凝土拌合物 的坍落度 流动度 和试块抗压强度 进行测试 。试 验配 比和工作性能测试结 果见表 4， C 3 0混 凝 土试块 抗压 强度 测试 结果 见 图 4 。 C 6 0试 块 抗压 强度测 试 结果 见 图 5 。 由表 4可 以看 出 随 白云 石粉 掺 量 的增加 ， 混 凝土坍落度 流动度逐渐增大 ， 白云石粉具有一定的 减水作用 ， 能改善混凝土 的工作性。由 C 3 0混凝土 试块抗压强度可知 。 同一龄期抗压强度随白云石粉 掺量的增加 而降低 ， 且 随着掺量 的增大 ， 强度损失 加 剧 原 因是 C 3 0混凝 土用 水 量 比较 高 ， 白云 石 粉 置换减水作用不明显 ， 且其 自身活性较低 ， 在混凝 土 中主要起填充作用 替代活性较高 的矿粉和粉煤 灰后 ， 使胶凝材料整体 活性 降低 ， 减弱 了浆体与骨 料的胶结力 导致混凝土强度降低 。未掺和掺 1 5 白云 石 粉混 凝 土 养 护 2 8 d时 的 内部 结 构 见 图 6 ， 图 中未掺 白云石 粉 混凝 土 的 内部 结 构 较致 密 。 混 凝 土 压 碎后 胶 材 与骨 料粘 结 较好 ； 掺 l 5 白云 石粉 混 凝 土压碎后混凝 土骨料外露 加压时浆体与骨料界 面 剥离。 由 C 6 0配合 比可知 在保证工作性能相近的条 表 4掺 白云石粉混凝土配合 比及工作性能 一 1 5 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