不同矿物掺合料对混凝土早期强度和工作性能影响的研究.pdf

2 0 1 3年 第 4期 (总 第 2 8 2 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 2 ) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 THE ORETI CAL RES E ARCH 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 3 0 4 0 0 1 不同矿物掺合料对混凝土早期强度 和工作性能影响的研究 王立久 ，董晶亮。谷鑫 ( 大连理工大学 建设工程学部 ，辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ) 摘要 ： 研究了 3 种不 同矿物掺合料( 硅灰、 矿粉、 粉煤灰) 和不 同水胶 比对混凝土早期强度和工作性能的影响。 试验结果表 明： 硅灰、 矿粉和粉煤灰会不同程度 的降低混凝土的坍落度 ， 但是能提高混凝土的黏聚性和保水性 ； 硅灰会降低混凝土 的早期强度 ， 但随着水胶比的增大其抗压强度会增大。 粉煤灰能提高混凝土的早期抗压强度 ， 但随水胶比的增大其早期抗压强度会降低 。 在水 胶比较小时矿粉会降低混凝土的早期抗压强度 ， 但是水胶比较大时会提高混凝土的早期抗压强度。 关键词： 硅灰 ；矿粉；粉煤灰 ；抗压强度；水胶 比；坍落度 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 0 1 0 3 S t u d y o n t h e i n f l u e n c e o f s t r e n g t h a n d wo r k a b i l it y o f c o n c r e t e o wi n g t o d iffe r e n t mi n e a d mi x t u r e s WA N GL i -j i u ， DO NGJ i n g - l i a n g ， G UX i n ( F a c u l t y o f I n f r a s t r u c t u r e E n g i n e e r i n g ， D a l i a n U n i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y ， D a l i a n 1 1 6 0 2 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e o f e a r l y - s t a g e s t r e n g t h a n d wo r k a b i l i t y o f c o n c r e t e o wi n g t o t h e t h r e e d i ff e r e n t mine a d mi x t u r e s ( s i l i c o n p o w- d e r ， s l a g ， fl y a s h ) and d i ff e r e nt w a t e r - b i n d e r r a t i o s w e r e s t u di e d Th e e x p e ri me n tal r e s u l t s s h o w e d t h a t ： s i l i c o n a s h ， s l a g a n d fl y a s h w o u l d s i g n i fi c a n t l y r e d u c e the s l u mp o f c o n c r e t e ， b u t c o u l d i mp r o v e t h e c o h e s i v e n e s s a n d wa t e r - r e t e n t i o n c a p a c i ty o f c o n c r e t e ； s i l i c a p o wd e r wo u l d r e d uc e the e arl y - s t a g e s tre n g t h o fc o n c r e t e ， b ut wi th the i n c r e a s e of the wa t e r - b i n d e r r a t i o the c o mpr e s s i v e s tre n g t h i n c r e a s e s F l y a s h c o u l d i mp r o ve the e arl y - s t a g e c o mp r e s s i v e s tre n g t h o f c o n c r e t e Bu t wi n 1 t h e i n c r e ase of wa t e r - b i nd e r r a t i o t he e arl y - s t a g e c o mpr e s s i v e s tre n g t h de c r e ase W h e n the wa t e r - bi nd e r r a t i o wa s s ma l l ， the s l a y wo uld r e d uc e t h e e arl y - s tag e c o mp r e s s i v e s tre n gt h o fthe c o n c r e t e， b u t wh e n the wa t e r - bi n d e r r a t i o i nc r e a s e s ， the e arl y- s tag e c o mp r e s s i ve s tre ng t h of c o n c r e t e wo u l d i mpr o v e K e yw o r d s ： s i l i c o np o wd e r ； s l a g ； fl ya s h ； c o mp r e s s i v e s tr e n g t h ； wa t e r - b i n d er r a t i o ； s l um p 0 引言 混凝土是当前用量最大的建筑材料 ， 据不完全统计世界 水泥产量已超过 1 5 亿 t ， 折算成混凝土应不少于4 5 亿m3 1】 ， 随着混凝土广泛应用于建筑 ， 单纯的混凝土已经满足不了 工程对其各个方面性能的要求， 因而必须对混凝土进行改 性， 向混凝土中掺人其他的矿物掺合料以提高混凝土的耐 久性 、 强度和工作性等各个方面的指标是最简单实用 的手 段。 硅灰和粉煤灰是两种工业废弃物， 我国每年都会产生大 量的硅灰和粉煤灰 ， 造成严重的大气污染 。 硅灰 、 粉煤灰和 矿粉是混凝土三大重要的矿物掺合料， 将它们掺入混凝土 不仅能减少水泥用量而且实现了对废弃 物的资源化更能 提高混凝土的强度和耐久性等各个方面的性能， 从而实现 工业废渣经济、 有效的资源化利用， 具有利废、 节地、 节能、 环保等多重社会效益和良好的经济效益圆 。 粉煤灰的特性是具有火山灰活性， 这使得其在常温下 与石灰起化学反应生成具有胶凝性 的水化产 物。 硅酸盐水 泥在水化过程中要产生。 在混凝土中掺人粉煤灰， 不但能部 分取代水泥， 降低工程造价 ， 而且能改善和提高混凝土的 工作性 ， 从而获得更具耐久性 的混凝土 ， 是一种理想 的矿 物掺合料。 矿渣潜在活性大， 其来源丰富， 有利于环保， 并且 节省水泥降低能耗， 是一种优质的绿色混凝土掺合料。 硅 灰是冶金厂生产硅铁和工业硅过程 中产生的废灰 ， 灰色粉 末状 ， 由于其颗粒非常细小 ， 称为“ 超细微珠 ” ， 或者叫微硅 粉。 硅灰掺入混凝土 中后能改善混凝土的耐久性和提高后 期强度嘲 。 本试验 以硅灰 、 粉煤粉 、 矿 粉三种 材料作为混凝 土的 掺合料 ， 研究其对混凝土早期强度的影响， 以确定合适的 配合比来确保混凝土的早期强度和工作性。 1 试 验 1 1 试验材料 试验水泥选用 大连小野 田水泥厂生产的 P O 4 2 5 级 收稿 日期 ：2 0 1 2 一 l 0 - J 0 4 基金项目：辽宁省 自然科学基金项 目( 2 0 0 6 2 1 4 7 ) ； “ 十一五” 国家科技支撑计划重大项 目( 2 0 0 6 B A J 0 4 A 0 4 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水泥， 试验砂为大连产山砂， 级配合格， 符合 J G J 5 2 2 0 0 8 的规定。 石子为石灰岩， 符合J G J 5 3 2 0 0 8 的规定。 减水剂 为木质磺酸钠普通减水剂 ； 拌和混凝土用水符合 J G J 6 3 2 0 0 8的规定 。 粉煤灰为 I 级粉煤灰 。 矿粉为大连金桥超细 粉有 限公司生产的 $ 9 5 型矿粉。 1 2试 验 方 法 本试验重点测试 在水胶 比为 0 4 2 、 0 4 6 、 0 5 0 ， 矿粉 、 粉 煤灰、 硅灰等量取代水泥 0 、 1 5 、 3 0 时对混凝土 7 d 抗压 强 度和工 作性能 的影 响。 本试 验成 型 1 0 0 m mx l 0 0 m mx 1 0 0 m l n的混凝土试件， 同时测试混凝土的坍落度考察其工 作性能 。 然后把成型的试件在标准状态下养护 7 d ， 得到其 7 d的抗压强度。 1 3配合 比 混凝土配合 比， 如表 1 所示 。 表 1 混凝土配合比 2 试验结果与分析 2 1 掺合料对混凝土工作性能的影响 通过试验发现掺硅灰、 矿粉、 粉煤灰都会不同程度的降 低混凝土的工作性能尤其是 流动性 ， 其 中硅灰对混凝土流 动性能降低最大， 矿粉次之， 粉煤灰对混凝土工作性能的负 面影响最小。 由于水胶比较小 ， 为了获得 良好和相 同的工作 性能得向其中加入不同剂量的减水剂， 其中以硅灰为掺合 料的混凝土 中加人最 多为 2 5 ( 占总 的胶凝材料 的量 ) ， 矿粉和粉煤灰均为 1 5 ， 空 白对照组只需 0 2 。 通过试验 观察 发现掺合料能过有效提高混凝土的黏聚性和保水性。 从试验得出随水胶 比的增大 ， 其坍落度增大 ， 流动 l生 增大 。 2 1 1 矿粉对混凝土工作性能 的影响 当减水剂掺量为 1 5 时空白对照组 已经发生严重 的 离析现象， 同时坍落度变得很大几乎为 3 0 0 m m。 因而无法 与掺掺合料混凝土的坍落度进行定量的比较， 但是可以得 出掺掺合料会使得混凝土的坍落度和流动性降低。 从图 1 我们发现矿粉掺量为 3 0 时相 比较于矿粉掺量 为 1 5 时 其坍落度增大 了， 这一点和粉煤 灰得 到的结果相类似 。 这 可能是因为矿粉发挥了“ 微粉体” 的作用对混凝土起到润 滑的作用 ， 我们还可 以得出随水胶比增大混凝土 的坍落度 和流动性都会增大。 2 1 2 粉煤灰对混凝土工作性能的影响 从图 2 我们可以得出随水胶比的增大， 粉煤灰一 水泥 2 吕 目 、 裢 密 水胶 比 图 1 水胶比和矿粉掺量对混凝土坍落度的影响 日 山 、 越 鼎 幽 水 胶 比 图 2 水胶比和粉煤灰掺量对混凝土坍落度的影响 混凝土的坍落度增大。 并且在试验中观察到粉煤灰一 水泥 混凝土有良好的黏聚性和保水性。 虽然粉煤灰掺入混凝土 中相对于不掺粉煤灰的混凝土其坍落度会降低， 但是掺量 较高时比掺量低时其坍落度会增大， 这是因为粉煤灰中含 有微珠粒对混凝 土起到润滑作用 。 2 1 - 3 硅灰对混凝土工作性能的影响 从 图 3我们 可以得 到类似 的结论水胶 比的增 大会增 大混凝土的坍落度 ， 但是掺合料 的取代量 的增加 ， 降低 了 硅灰一 水泥混凝土的坍落度。 这是因为由于硅灰微粉体对 水的吸附作用大于其对混凝土的润滑作用。 水 股 比 图 3 水胶 E 和硅灰掺量对混凝土坍落度的影响 2 2 掺合料对混凝土早期抗压强度的影响 通过试 验我们 发现粉煤灰能增大混凝土早期抗压 强 度 ， 硅灰会降低混凝土的早期强度， 然而矿粉对混凝土早 期抗压强度 的影 响取决 于水胶 比。 2 2 1 矿粉对混凝土 7 d 抗压强度 的影响 从图4我们可以发现不掺矿粉的混凝土随水胶比的 增大混凝土的早期强度急剧降低， 但是掺了矿粉的混凝土， 其 7 d 抗压强度 随水胶 比的增大而增大。 这是矿粉在混凝 土 中具有填充效应 、 火山灰效应和微集料效应 。 矿粉与水泥水 化产生的 C a ( O H) ： 进行二次反应 ， 消耗了大量的 C a ( O H) ， 对骨料与水泥浆的界面过渡区起到了增强作用， 而二次反 应生成的 C S H凝胶不但填充 了空隙， 优化了孑 L 级配 ， 更使 如 m 鲫0 2 2 2 2 2 1 1 如 柏 如 加 0 2 2 2 2 2 2 0 O O O O O 0 0 0 O O 0 加 堪 g眦 犍密 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水股 比 图 4 矿粉对混凝土 7 d抗压强度的影响 得界 面过渡 区的增强效果进一步加强 ， 同时其 水化反应 需要更多的水 ， 即其水相对较多时其水化反应 的程度就会 越高， 所以水胶比增大时其 7 d 抗压强度会增大。 因此在水 胶 比较低时掺矿粉 的混凝土其 7 d 抗压强度会低于不掺矿 粉的混凝土的强度 。 2 2 2 粉煤灰对混凝土 7 d 抗压强度 的影响 从 图 5我们可 以得 出粉煤灰一 水泥混凝土与普通混凝 土一样满足水胶 比定律 ， 随水胶比的增大其 7 d 抗压强度会 急剧降低 ， 但是其 7 d 抗压强度会高于不掺粉煤灰的混凝土。 这是因为粉煤灰 具有火 山灰活性 ， 而粉煤灰 的火山灰活性 与这些 C a ( O H) ： 结合生成新的胶凝物质阎 ， 从而提高混凝 土的 7 d 抗压强度。 但是其水化反应并不需要大量的水， 因 而其 7 d抗压强度随水胶比增大而减小。 但是随着粉煤灰 掺量的增加混凝土中 C a ( O H) 量就会不足， 影响了粉煤灰 的水化反应， 这样就导致当粉煤灰掺量过大时会比掺量较 低时其 7 d 抗压强度降低。 矗 山 、 熊 4 2 0 4 4 0 4 6 0 4 8 0 5 0 水胶比 图 5 粉煤灰对混凝 7 d抗压强度的影响 2 2 3 硅灰对混凝土 7 d 抗压强度的影响 从图 6 我们可以得出在混凝土中掺人硅灰会急剧的 降低混凝土的 7 d 抗压强度 ， 大概为 5 0 1 0 0 之间 ， 这是 因为硅灰掺人混凝土 中会极大的减缓混凝土的水化反应 速度， 这样就降低混凝土的早期强度， 同时我们发现随水 胶 比的增大混凝 土的早期强度会有小幅度 的增长 ， 这是 因 为掺入硅灰后混凝土水化反应对水的需求量会增加， 水胶 比大时其水化反应程度会更高。 日 、 皤 出 水 胶 比 图 6 硅灰对混凝土 7 d抗压强度的影响 3结 论 硅灰， 粉煤灰和矿粉掺人混凝土中会降低混凝土的坍落 度和流动度 ， 但是能提高混凝土的黏 聚性和保水性 。 这可能 是因为矿粉能够填充混凝土中的毛细孔及其他孑 L 隙， 提高了 混凝土的保水性和黏聚性。 粉煤灰和矿粉掺量较大时相对 于掺量较小时其坍落度会略微的增大， 硅灰会极大的降低 混凝土的坍落度， 掺量越多对坍落度和流动性降低的越大。 在水胶 比较小 时， 矿粉掺入混凝土 中会 降低混凝土的 早期( 7 d ) 抗压强度， 大概为 2 0 - 4 0 左右。 但当水胶比大 于 0 4 4时其会 提高混凝土 的早 期( 7 d ) 抗压强度 ， 大概为 1 O 8 0 之间 。 因而在实际工程应用 中建议采用 0 5的水 胶比。 粉煤灰能够提高混凝土的早期( 7 d ) 抗压强度 ， 但掺 量过大相对于掺量小的混凝土早期强度会降低 ， 综合考虑 粉煤灰掺量不建议超过 3 0 ， 掺人粉煤灰的混凝土随水胶 比的增大其早期抗压强度会降低。 硅灰会严重降低混凝土 的早期 抗压强度大概 为 3 0 5 0 。 因而在 实际工程应用 中要采取一定措施如加入早强剂或适当提高水胶比等来 提高其早期强度。 参考文献 ： 1 11蔡基伟 铁尾矿砂对混凝土工作性和强度的影响 J 】 武汉理工大 学学报， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 1 0 4 1 0 7 【 2 】池召坤， 赵贤 混凝土中粉煤灰、 矿粉的应用 J 工业建筑， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 7 8 5 7 8 9 【 3 】刘嘉璐 高性能混凝土工作性及渗透性评价方法研究【 D 大连 ： 大连理工大学， 2 0 0 5 ： 1 9 2 0 【 4 1潘钢华， 孙伟 活性混合材微集料效应理论和试验研究 J 混凝 土与水泥制品， 1 9 9 7 ( 6 ) ： 2 4 2 5 5 15 陈立军， 刘韬， 荣华 混凝土掺和料优化组合方法的研究 J 】 _混凝 土与水泥制品， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 1 2 1 5 作者简介 ： 王立久( 1 9 4 5 一 ) ， 男， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从事材料 改性、 新材料研发等方面的研究。 联系地址： 大连理工大学建筑材料研究所综合试验一号楼 2 1 9 ( 1 1 6 0 2 4 ) 联系电话 ： 1 3 0 8 4 1 7 7 5 4 9 s 、 _ 墓 圈 福田 雷萨L 8 系 列 新品 全国 巡 展 沈阳站 告捷 2 0 1 3 年 4月 1 3日， 福田汽车旗下福田雷萨全新 L 8 系列新品在沈阳碧桂园玛丽蒂姆酒店举办了以“ 新技术、 新突破、 新格局” 为主题的新品发布活动。 L 8 系列的上市体现了中国泵送机械行业迎来了真正的世界一体化、 系列化的产品， 也体 现了福田雷萨“ 创造客户价值、 帮助客户成功” 的承诺， 至此， 福田雷萨已发展成为集泵车、 搅拌车、 车载泵以及搅拌站成套 混凝土设备、 干混成套设备等产品的专业成套装备服务商， 在混凝土行业微利时代逐步来临的今天成为价值新先锋、 引 领行业发展。 3 站 弘 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m