超细矿渣粉在特细砂水工混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 0年 第 8 期 (总 第 2 5 0 期 ) N u mb e r 8 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 5 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 8 0 4 3 超细矿渣粉在特细砂水工混凝土中的应用研究 赵玉青 ， ，仝玉萍 ，闫雪莲 。 。邢振贤 ( 1 华北水利水电学院，河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ；2 长春工程学院，吉林 长春 1 3 0 0 0 0 ) 摘要 ： 采用超 细矿渣粉和高性能泵送剂复合配制特细砂水工混凝土 ， 试验结果表 明： 配制出的特细砂混凝 土能满足一般水利工程的质 量要求， 证明“ 双掺技术” 是可行的。配制特细砂水工混凝土， 水泥用量略多于粗、 中砂配制的混凝土， 但节省了从外地运进大量粗、 中砂所 耗费的人力 、 物力 ； 超 细矿渣 粉的掺加 ， 一方面提高 了混凝土 的各项性 能 ， 另一方面减少 了环境污染 ， 维护混凝土材 料的可持续 发展 ， 具有 很好 的经济效益和环保效益 。 关键词 ： 超细矿渣粉 ；高性能泵送剂 ；特 细砂；水工混凝土 中图分类号： T U5 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 0 ) 0 8 0 1 2 9 0 3 St udy on a ppl i c a t ion of ul t r a f i n e s l ag w i t h s upe r f i ne s and h ydr a ul i c con c r e t e Z H AO Yu q 地 ， T O NG Y u - p i n g ， Y ANXu e - l i an 2 X I NGZ h e n - x i a n ( 1 No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ， C h i n a ； 2 C h a n g c h u n E n g i n e e ri n g Ins t it u t e ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 0 0 ， Ch i n a ) s u p e r fin e s a n d h y dra u l i c c o n c r e t e i s mi x e d b y me ans o f u l t r a f ine s l a g p o wd e r an d h i g h - p e r f o r man c e P u mp i n g a g e n t i t i s p r o v e d t h a t t h e q u i t y r e q u i r e me n t s o f t h e g e n e r a l h y d r a u l i c p r o j e c t C an b e me t d o u b l e d o p e d t e c h n o l o g y i s p r o v e d f e a s i b l e In s u p e r fi n e s a n d h y d r a u l i c c o n c r e t e， the a mo u nt o f c e m e nt i s s l i g h t l yl a r g e r th an t h e c o a r s e s an d c o n c r e t ean dme di u m s a n d c o n c r e t e b u t al arg en u mbe ro f h u m an an dm o n e y whi c h s p e n d s t h e r o a d f r o m f o r e i g n c o u n t r i e s t o l o c a l c o u n t r i e s i s s a v e d u l t r a fi n e s l a g p o wd e r a d m ixtur e， o n the o n e h an d， the pe r f o rm an c e o f c o n c r e t e c o u l db ei mp r o v e d， o nt h e o th e rh a n d， t h ep o l l u t i o nma yb e r e d u c e d Th e s u s t a i n a bl e d e v e l o p m e n t o fc o n c r e t ema t e ria l si sma i n taine d i ti s p r o v i d e d with g oo d e c o n o m i c an d e n v i r o n m e nt a l b e ne fit s Ke y wor ds ： d o u bl e d o p e d t e c hn o l o gy ； s u p e rfi n e s an d； h ydra ul i c c o n c r e t e 0 引言 从 2 0 世纪 3 0年代开始， 外加剂的使用， 使得混凝土的种类 也不断增多， 其陛能也得到了很大的改善。 因此许多新型混凝土不 断得到发展应用。 过去认为混凝土通常都是以中砂做细骨料， 而特 细砂不适合配制混凝土或只能配制低强度等级混凝土， 因此对特 细砂混凝土的研制很少。 使得砂子资源的利用受到很大限制。 随着 基本建设的发展， 利用特细砂配制混凝土的技术在不断发展和提高。 从 1 9 6 9年起， 英国、 德国等发达国家就开始了超细矿渣粉 在混凝土中作为矿物掺合料的应用。自2 0 世纪 9 0 年代起， 我国 开始 了超细矿渣粉 的应用研究工作。 超细矿渣粉系指符合国家标准 G B T 2 0 3 -1 9 9 4 用于水泥 中粒化高炉矿渣 规定的粒化高炉矿渣经干燥、 粉磨( 或添加少 量石膏一起粉磨) 达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。我 国具有丰富的矿渣资源， 且采用矿渣粉作为掺合料不但提高混 凝土的性能， 而且减少对环境的污染 ， 符合可持续发展的原则。 因此研究超细矿渣粉特细砂混凝土是有意义的。 1 试验设想及要求 1 1 试 验设 想 本试验是将超细矿渣粉掺入到特细砂水工混凝土中。配制 满足国家标准的 C1 5 -4 2 3 5多等级特细砂水工混凝土。由于特 细砂细度模数较小， 比表面积较大， 孔隙率大而将会导致水泥 用量和用水量均加大。用水量大使得混凝土中含水量增加； 水 泥用量大使得混凝土中浆体含量增加。这样对硬化后混凝土强 度指标及体积收缩极为不利。 为弥补这种材料的质量缺陷， 本试验拟采取“ 彤阳” 牌 S 1 0 5 级超细矿渣粉和 T u 1 0 7高性能泵送剂复合使用。超细矿渣粉 具有良好的增强和膨胀作用 ， 改善了混凝土结构中“ 水泥水化 产物之间的孔隙” 的薄弱部位； T L J 1 0 7高性能泵送剂可大量减 少混凝土拌和用水。理论上讲， 两种外加剂的复合使用是可以 克服特细砂水工混凝土的先天不足的。 从而会使混凝土的各种 性能( 和易性 、 力学性能和耐久性等) 得以改善。 1 2试验要 求 本试验应同时满足以下几点要求： ( 1 ) 特细砂混凝土中砂的允许含量， 一般应按粗、 中砂的含 量规定， 但不得含有泥团。 ( 2 ) 新拌混凝土坍落度保留值应控制在 1 h内基本无损失。 ( 3 ) 硬化后混凝土物理收缩值不大于普通混凝土物理收缩 值范围( 1 5 0 x l O l 0 0 0 x l 0 ) 。 ( 4 ) 检验方法按 D B 5 1 5 0 0 2 -9 2 特细砂混凝土应用技术 收稿 日期：2 0 1 0 - - 0 3 - 2 1 基金项目：水利部澧水流域水利水电综合开发公司资助项目( J Y 服务一 0 6 1 2 0 0 3 0 0 2 ) 1 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 规程 。 2 试验原材料 在某特细砂试验研究基地， 经过大量取样和检验分析， 结果 证明，所选用的特细砂各项质量指标均符合 GB T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 标准二类砂的规定， 可以配制 C1 5 、 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5多等级 混凝土。 本试验采用 P O 3 2 5 R级水泥 ， 2 8 d抗压强度为 4 7 - 3 MP a 。 5 2 5 i n l n碎石 ， 细度 模数为 1 2 1 的特 细砂 ， “ 彤 阳” 牌 S 1 0 5级 超细矿渣粉， T u 1 0 7 高性能泵送剂， 现场生产用水。 各种原材料质量均符合国家检测依据。 彤阳” 牌 s l 0 5 级超细 矿渣粉和T L J 1 0 7 商l生 能泵送剂的主要技术指标如表 1 和表 2 。 3试 验 结 果 本次试验将配制 5个强度等级的特细砂水工混凝土， 强度 等级分别是 C1 5 、 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5 ， 每个强度等级采用九次平 行试验进行优选。共制作 3 、 7 、 l 4 、 2 8 、 6 0、 9 0 、 1 8 0 、 3 6 5 d抗压强 度试块 2 7 0组， 收缩试件 1 组和抗渗试件 5组。试配时， 采用水 泥用量以2 0 0 k g m3 开始， 直到 3 0 0 k g m ； 碎石采用二级配， 复 配后的碎石为 5 3 1 5 级， 级配合格。混凝土初始坍落度控制在 ( 2 2 0 2 0 ) n L r n范围内， 混凝土初始配合比及坍落度测值见表 3 。 测得各龄期标准养护试件抗压强度值、 收缩值及抗冻抗渗测值 见表 4 ， 表中数据已经是优选检验结果。 表 1 S1 O 5级超细矿渣粉主要技术指标 项 目 名称 水泥用量 配合比 ， 坍落度 m m ( k g m3 ) C S G W Y G S 初始 1 hC GS ) w (+ = 一 4 试验结果分析 ( 1 ) 从表 3可看出各强度等级混凝土的坍落度在 1 h内几 乎没有损失， 符合设计要求。且随着高性能泵送剂掺量的增加， 坍落度损失逐渐减少。这表明在混凝土拌合物中缓凝组分的增 加对抑制混凝土拌合物坍落度损失是有积极意义的。 ( 2 ) 从表 4中可以看出混凝土强度随着龄期的增加而增大。 为了更加直观的了解其变化规律 ， 做出混凝土抗压强度测值与 龄期关系曲线如图 1 。 从图 1 可以看出， 混凝土强度随龄期增加 l 3 O 龄期， d 图 1 混凝土抗压强度 R与龄期的关 系曲线 的速 率是递减 的， 即混凝土在早期 强度增长很快 ， 而 6 0 d以后 则是平稳的增长。各个强度等级的混凝土强度和龄期都有近似 的相关性 。 45 o 420 2 3 9 0 遥 3 6 0 婚 3 3 0 擎 3 0 0 2 7 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 龄 期 ， d 图 2混凝土收缩值与龄期的关 系曲线 ( 3 ) 从图 2可以看出。混凝土的收缩值也在规范要求的范 围内， 且随着龄期得增长， 各个强度等级的混凝土收缩值增长 的速率呈现了递减趋势， 各个强度等级的混凝土收缩也有近似 相关性 。 ( 4 ) 掺加了超细矿渣粉的特细砂混凝土比同等级的普通特 细砂水工混凝土强度高、 性能好， 这是超细矿渣粉的活性发挥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 作用的缘故。从图 3可以看出， 随着混凝土强度等级的提高， 其 用水量减少， 使得较小水胶比成立。整个试验过程用水量十分 稳定 ， 水胶比层次分明， 强度等级递增均匀。 0 + 7 0 6O 5 0 40 3 0芒 2 0旺 1 0 00 混 凝土 强度等级 ， MP 图 3 混凝 土强度与水胶 比及用水量关系曲线 ( 5 ) 对于水工混凝土来说 ， 抗渗性是决定其耐久性最重要 的技术指标， 而掺加了超细矿渣粉的特细砂水工混凝土的抗渗 性和抗冻性是符合规范要求的， 可以满足工程需要。 5结 语 本试验采用 S 1 0 5级超细矿渣粉和 T L J 一 1 0 7高性能泵送剂 双掺的技术手段是很成功的。 T L J 1 0 7高性能泵送剂使混凝土 拌和用水量减小， 较小水胶比得以成立， 加之超细矿渣粉的增 j 虽_与微膨作用 ， 对提高特细砂混凝土强度和补偿收缩有很大的 贡献 。这次系列性试验符合鲍 罗米公式规律 。 上接第 8 1页 鲁 j 暖 量 水胶 比 圈 3 水胶 比对混凝 土 2 8 c l 抗冲磨强度的影响 ： 蠢 。0 羹 。 0 图 4 隧 撩 量 0 5 l 0 1 5 2 0 2 5 粉 煤灰掺 量 ， 粉煤灰掺量对混凝土抗冲磨强度的影响 l El 2一l E2-l 22 E2-2 3一l E3一l 图 5引气剂对混凝土抗冲磨强度的影响 冲磨强度迅速下降。 且粉煤灰掺量对混凝土2 8 d 抗冲磨强度的 影响比水胶 比大 。 例如 ， 水胶 比为 0 5 O ， 粉煤灰掺量为 1 0 混凝 土的抗冲磨强度 比水胶比为 O 3 5 、 0 4 0 、 0 4 5 ， 粉煤灰掺量分别为 1 5 和 2 0 混凝土的抗冲磨强度高。同样 ， 水胶比为 0 4 5 ， 粉煤 灰掺量为 1 0 混凝土的抗冲磨强度高于水胶 比为 0 3 5和 O 4 0 ， 值得注意的是 ， 施工时要特别注意施工环境的湿度 ， 未来 的施工环境湿度和实验室养护湿度是有很大差异的。养护湿度 对混凝土体积收缩是至关重要的， 尤其是特细砂混凝土。 采用 特细砂配制的混凝土， 水泥用量略多于粗、 中砂配制的混凝土， 但符合“ 因地制宜， 就地取材” 的原则 ， 它的经济效果仍然是很 显著的。随着超细矿渣粉在特细砂混凝土的推广使用 ， 对特细 砂混凝土的性能和施工工艺必然会进行更深入的研究。 参考文献 ： 【 l 】 赵玉青， 王丽梅， 王静， 等 灰色系统模型在混凝土坝体温度预测中 的应用 J 人民黄河， 2 0 0 6 ( 7 ) ： 5 1 - 5 2 2 赵玉青， 王丽梅 ， 等 多变量灰色动态模型在大坝混凝土温度分析中 的应用【 J 】 灌溉排水学报， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 2 5 2 6 【 3 杨东海 ， 李喜昌 建筑材料手册【 M 】 北京 ： 中国建筑工业出版社， 1 9 7 8： 3 4 3 5 【 4 】4 赵述智， 王忠德建材与检澳 IJ M 郑州： 河南混凝土协会， 1 9 9 5 ： 8 9 9 2 5 】 沈在康混凝土结构试验 M I 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 5 ： 7 8 7 9 作者简介： 赵玉青( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 讲师， 硕士， 主要从事混凝土材料教学 与研究。 单位地址： 郑州市北环路 3 6 号 华北水利水电学院土木与交通学院 ( 4 5 0 0 1 1 ) 联系电话 ： 1 3 8 3 8 3 7 3 8 3 5 粉煤灰掺量为 1 5 和2 0 的混凝土。 对于掺引气剂t 昆 凝土 ， 胶凝材料用量不变时， 抗冲磨强度 较不掺引气剂混凝土的抗冲磨强度明显降低。 例如， E l 与 1 相比， 混凝土抗冲磨强度减小 6 3 ； E 2 1 与 2 - 1 相比，抗冲磨强度减 小 7 8 ； E 4 3与 4 3相比， 抗冲磨强度较小 1 0 _ 8 。 因此 ， 从提高混凝土抗冲磨强度的角度出发， 选择混凝土 水胶比时应结合粉煤灰掺量大小进行选取。若不掺粉煤灰或粉 煤灰掺量较小时， 水胶比满足混凝土强度设计要求即可。若粉 煤灰掺量较大时， 则应尽可能选取低水胶比配制混凝土。 3结 语 从以上研究结果可知， 混凝土掺人少量的优质粉煤灰时， 混 凝土的抗压强度得到提高。但粉煤灰的掺入明显地降低了混凝 土 2 8 d 抗冲磨强度。粉煤灰掺量一定的情况下， 混凝土 2 8 d抗 冲磨强度随水胶比的减小而增大。引气剂的掺入同时降低了混 凝土 的强度和抗冲磨强度。 因此， 从提高混凝土 2 8 d 抗冲磨强度的角度出发， 应降低 混凝土的水胶比， 尽量少掺或不掺粉煤灰， 减少混凝土含气量。 但低水胶比混凝土中水泥用量较大， 混凝土的温升和体积变形 较大。笔者认为 ， 为了兼顾混凝土的抗冲磨性能和耐久性能， 采 用粉煤灰配制抗冲磨混凝土时可以利用混凝土 9 0 d的抗冲磨 强度， 而非 2 8 d 龄期的抗冲磨强度值。 参考文献 ： 【 1 】 陈磊， 张宏来， 黄登成 粉煤灰在抗冲磨混凝土中掺量问题的探讨 J 1 粉煤灰 ， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 1 0 1 4 作者简介： 刘冬梅( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 博士 ， 讲师， 从事水工混凝土性能研究。 单位地址： 湖j 噩 学路8 号 三峡大学土木水电水利系( 4 4 3 0 0 2 ) 联系电话 ： 1 5 8 7 2 4 7 1 7 0 5 1 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m