超高强磷铝酸盐水泥混凝土的强度发展研究.pdf

2 0 1 2年 第 4期 I总 第 2 7 0期 ) N u mb e r 4 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM D叮CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 ， i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 4 0 1 6 超高强磷铝酸盐水泥混凝土的强度发展研究 王卫仑 ，胡佳山 2 。李仕群 2 。邢锋 ， ( 1 深圳大学 深圳市土木工程耐久性重点实验室，广东 深圳 5 1 8 0 6 0 ；2 济南大学 材料学院，山东 济南 4 3 0 0 4 0 ) 摘要： 采用常规工艺， 在无需超细和添加其他增强物料的条件下， 制备早强、 高强的磷铝酸盐水泥混凝土， 研究了其强度随水化龄期 和养护温度的变化规律， 通过 X R D分析探讨了其微观特性。 结果表明： 磷铝酸盐水泥混凝土 1 d 强度 7 7 3 2 M P a ， 为其 2 8 d 强度的7 1 7 2 ， 远 高于同条件下硅酸盐水泥混凝土的4 3 3 3 ； 标准养护 2 8 d后， 在 3 7 、 5 0干燥 3 d ， 磷铝酸盐水泥混凝土强度分别提高了 7 1 4 和 5 7 5 。 此外， 高强磷铝酸盐水泥混凝土在只掺入 O 2 8 聚羧酸减水剂的情况下， 即可获得同样的坍落度。 关键词： 磷铝酸盐水泥混凝土； 早强 ；高强 ；温度养护 中圈分 类号： TU 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 2 ) 0 4 0 0 4 9 0 3 St udy on t he s t r eng t h g r o wt h o f u l t r a hi gh s t r eng t h ph os phoa l umi nete c onc r e t e WANG We i - I n n , HUJ i a s h a h1 ,2 U Sh i - q t m2 , XI NGFe n g ( 1 S h e n z h e n D u r a b i l i t y C e n t e r f o r C i v i l E n g i n e e ri n g ， S h e n z h e n U n i v e r s i ty S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， Un i v e r s i t y o f J i n a n ， J i n an 4 3 0 0 4 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： E a r l y and h i 曲 s tr e n g t h p h o s p h o a l u mi n a t e c o n c r e t e h a s b e e n o b t a i n e d wi th o u t s u p e r f i n e c e me n t a n d a d d i n g a n y s t r e n g t h e n - a g e n t s T h e d e v e l o p me n t o fme c h a n i c a l s t r e n g t h o fp h o s p h o a l u mi n a t e c o n c r e t e wi t h h y d r a t i o n a ge an d t e mp e r a t u r e wa s i n v e s t i g a t e d， an d the n i t s mi c r os c o p i c c hara c t e r i s t i c wa s d i s c u s s e d us i n g XRD ana l y s i s T he r e s ul t s s h o w t ha t p h os p h oa l umi n a t e c o n c r e t e s tre n g t h 7 7 3 2 MP a o f l d i s 7 1 7 2 o f i t s 2 8 d s t r e n g t h， f a r h i g h e r t h a n4 3 3 3 o f P o r t l a n dC O n C r e t ei nthe s a mec o n d i t i o n T h e s t r e n g t ho f t h ec o n c r e t ea t d r yc o n d i t i o nf o r3da t 3 7 a n d5 0 r e - s p e c t i v e l y ri g h t a ft e r 2 8 d s t a n d a r d c u r i n g a r e 7 1 4 and 5 7 5 h ig h e r r e s p e c t i v e than tha t s t a n d ard c o n d i t i o n f o r 2 8 d I n a d d i t i o n h i g h s t r e n gth p h o s p h o a l um i n a t e c o n c r e t e c a n o b t a i n the s a me s l um p wi t l l Po r t l and c o n c r e t e b y a d d i n g 0 2 8 wa t e r - r e d uc e r o f po l y c a r b o x y l i c a c i d o n l y K e y wo r d s ： p h o s p h o a l um i n a t e c e me n t c o n c r e t e ； e arl y s tr e n gth ； h i gh s tr e n g t h ； t e mp e r a t u r e c u r i n g 0 引言 超高强混凝土致密的微观结构使其具有高强度和高耐久 性特征， 应用超高强度混凝土能够减小构件截面尺寸 、 降低结 构 自重、 加快施工进度， 并使结构具有较高的刚度， 还能够增加 结构的使用寿命 ， 适应现代工程结构向大跨度、 重载、 超高层发 展和承受恶劣环境作用的需要【 1 】。 目前 ， 超高强混凝土制备的主 要技术途径除了采用低水灰 比及减水剂外， 往往还需要掺加超 细矿物掺合料( 如， 粉煤灰、 矿渣微粉、 硅粉及高炉钛渣微粉等 ) ， 或者同时改变混凝土集料种类 如采用铜渣代替石灰石嗍 ) 。 超 高强混凝土早期水化过程非常剧烈 ， 内部温度时变效应较大， 容易出现早龄期开裂 ， 这种现象对硬化后混凝土的力学性能及 耐久性能都会有重大的影响四 。 磷铝酸盐水泥( 以下简称 P A L e) 是一种具有我国自主知识 产权的新型高性能水泥， 其矿物的骨架结构主要是由P O和A1 0 基团构成 ， 以 【 Al 0 4 、 AI O 】 、 【 P O P、 【 S i O 】 一 离子团的形式 存在。 主要水化产物为水化磷铝酸盐( C P H) 和水化磷酸盐 ( c P H) 胶凝、 铝胶( An ， ) 以及相应的结晶相昀 。 这一组合赋予了 该新体系若干的优 良胶凝特性， 如具有早强、 高强以及长期强 度稳定增长等优点。 在对磷铝酸盐水泥的浆体和砂浆力学强度 和耐水性7 - 8 ， 以及耐久性 等方面研究的基础上， 本试验着重研 究了高性能磷铝酸盐水泥最低等级( 3 d ， 6 2 5级) 混凝土的力学 强度特性， 为该材料在建筑工程领域中的应用提供基础的试验 和理论依据。 n 1 原材料与试件制备 t 1 试验材料 水泥采用两种： 华磷牌磷铝酸盐水泥( P A L c) ， 工业窑炉 生产 ， 3 d强度等级为 6 2 5级( P A L e强度等级较高， 6 2 5级已是 目前最低强度等级) ， 2 0 0目筛筛余为 5 0 ； 深圳小野田公司 目前生产的最高强度等级 5 2 5级硅酸盐水泥( P C) , 2 0 0目筛筛 余为 4 5 。 细骨料为普通建筑中砂， 细度模数 2 9 5 ； 粗骨料为深 圳地区花岗岩级配石子( 骨料最大粒径 2 0 mm) 。 通过减水剂适 用性试验， 混凝土制备选用固含量 2 0 的巴斯夫消泡型聚羧酸 减水剂( B AS F ) 。 1 2混凝 土制备 按照 P AL C混凝土 2 8d 强度达到 1 0 0MP a以上， 设计混凝 土配合比， 见表 1 。 一般而言， 欲获得超高强 P C混凝土都需要 超细措施 ， 然而由于 P A L e自身的高强性能 ， 可以不用掺加超 细矿物掺合料即可制备超高强混凝土， 作为对比P C混凝土基本 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 0 _ 2 4 基金项目：国家 自 然科学基金( 5 1 O 7 8 2 3 6 ) ； 国家杰出青年科学基金( 5 0 9 2 5 8 2 9 ) ； 深圳市科技研发资金( 2 0 1 0 0 5 2 4 0 0 1 3 A) 4 9 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 为了进一步揭示这一现象的内部规律 ， 采用 x射线衍射仪 分析混凝土的微观性能( D 8 AD VA NC E型， 德国 B R U KE R公 司) ， 测试条件 C u Ka ， 加速电压 4 0 k V， 管流 4 0 mA。 图 5为测试结果， 表示了磷铝酸盐水泥浆体标养 2 8 d后， 又分别在 3 7 、 5 0干燥环境下水化 3 d的XR D衍射图。 由图 5 可见 ， 在( a ) 、 ( b ) 和( c ) 3种温度环境下 ， 构成磷铝酸盐熟料的 主要矿物【 6 ， 磷铝酸钙 L H S S固溶体和铝酸钙 C A1 - Y( P Y) 固 溶体已基本上水化了， 剩有少量的磷酸钙 固溶体 C P 1 一 Z ( A Z) ( 1 l o = 3 0 0 C P S ) ； 水化产物主要是含硅、 磷的水化铝酸钙 C A( P ， S i ) 晶体， 含硅的水化磷铝酸钙晶体 c A P ( S i ) 和相应的凝胶 以及 少量的碳羟磷酸钙 C P ( C O O H) 。 更为重要的是 ， 图 5 显示了在试验温度下 P AL C水化产物 是稳定的， 没有发生不利于混凝土力学强度的相转变。 尽管从某 种意义上讲， 标养2 8 d 后在 3 7 、 5 0干燥环境下再水化 3 d ， 其强 度变化可能由于试样干燥失水引起， 但是从图 5 所示的( b ) 和( c ) 图中， 晶相 C P 1 Z ( AZ ) 的衍射峰强度较( a ) 中有所减弱， 也从一 个侧面反映其水化程度有了进一步的增加 ， 可以佐证图 3中相 应混凝土试样的强度均较常温下有所提高这一特性。 在以后的 研究中应该设计对比试验， 结合差热分析等测试手段 ， 进一步 证明这一结论。 1 2 0 0 1 000 800 8 6 0 0 4 0 0 2 0 O 0 1 0 2 0 3 O 4 O 5 0 6 0 7 0 8 O Cu Ka 2 0， ( 。 ) 图 5 标养 2 8 d后 ， 又分别在 ( a ) 室温、 ( b) 3 7和 ( c) 5 0干燥环境下水化 3 d fl 0XR D衍射花样 3结语 ( 1 ) 采用常规水泥混凝土成型工艺， 最低等级( 3 d指标 ) 6 2 5 级磷铝酸盐水泥所制备的混凝土试样可呈现早强， 超高强和 长期强度持续增长的优良性能： 1 d ， 7 7 3 2 MP a ； 2 8 d ， 1 0 7 8 0 MP a ； 2 3 0 d ， 1 1 1 5 0 MP a以及 3 8 0d ， 1 1 2 5 0MP a 。 ( 2 ) 磷铝酸盐水泥混凝土对高效减水剂较敏感 ， 研究 中采 上接 第 4 8页 凝土 ， 2 0 o 0 ( 1 ) ： 1 8 2 3 【 5 15 沈军 ， 傅乐峰， 冯中军， 等 聚醚基超塑化剂的合成及其性能研究 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 6 1 6 4 6 K I N O S H I T A M， 等含有聚氧乙烯链的超化剂其化学结构对混凝土 流动性机理的影IFNC 中国g F 3 D U 协会， 第六届超塑化剂及其他 混凝土外加剂国际会议译文集 E 京： 2 0 0 1 7 B A S I L E F ， B I A G I N N I S ， F E R R A R I G ， e t a1 M a l h o a ( E d ) ， P r o c e e d i n g s o f T h i r d I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n S u p e r p l a s t i c i z e r s a n d o t h e r Ch e mi c a l Ad mi x t u r e i n C o n c r e t e ， Ot t a wa， 1 9 8 9： 2 0 9 【 8 RA MA C HA ND R A N V S ， MAL HO T R A V M， J OL I CO E U R C P r o p e r t i e s a n d a p p l i c a t i o n s i n c o n c r e t e M C A N ME T， O t t a w a ， 1 9 9 8 ： 4 0 4 【 9 YA MA DA K， T A KA H A S H I T， HA N E HA R A S E f f e c t s o f t h e e h e mi e s t r u c t u r e o n t h e p mp e rt i e s o f p o l y c a r b o x y l a t e - t y p e s u p e r p l a s t i c i z e r J 用 B A S F消泡型聚羧酸减水剂来控制超高强混凝土 2 4 0 m n的 坍落度 ， 用量 0 2 8 仅为硅酸盐水泥混凝土用量的 2 8 。 ( 3 ) 在 3 7 、 5 0干燥环境养护 ， 磷铝酸盐水泥的水化产物 没有出现不利于力学强度发展的相变， 其混凝土试样的力学强 度较标准养护下有一定提高， 未出现强度损失现象。 参考 文献 ： 1 S U Z U K I M， A K I Y A MA M， WA N G We i l u n ， e t a1 S h e a r s t r e n g t h o f R C b e a ms w i t h o u t s t i r r u p u s i n g h i g h- s t r e n g t h c o n c r e t e o f c o mp r e s s i v e s t r e n gth r a n g i n g t o 1 3 0 MP a J P r o c e e d i n g o f J S C E， 2 0 0 3 ， 7 3 9 ( 6 0 ) ： 7 5 91 2 张云莲， 周宏凯， 庞崇安 ， 等 高性能掺合料改善聚丙烯纤维海工混 凝土性能的研究 水利水电技术， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 9 0 9 2 3 王怀斌， 程相利， 苍大强， 等 的作用机理【J 1 建筑材料学报， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 4 ) ： 4 0 2 4 0 6 4 MO S T AF A K， A U B Me c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e i n - c o r p o r a t i n g c o p p e r s l a g a s c o ars e a g g r e g a t e田C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri als ， 2 0 0 9 ( 2 3 ) ： 2 1 8 3 - 2 1 8 8 5 I G A R AS H I S ， K A WAMU R A M， MOR I S HI T A T F e a t u r e s o f c h a r a c t e ri s t i c mi c r o s t r uc t u r e a n d t h e i r e f f e c t s o n r e s t r a i ne d a u t o g e n o u s s h rin k a g e be - h a v i o r i n h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e a t e a r l y a g e s J 1 P r o c e e d i n g o f J S C E， 2 0 0 2 ， 7 O 4 ( 5 5 ) ： 1 7 3 1 8 6 【 6 】L I S h i - q u n ， HU J i a - s h a n ， L I U B i a o ， e t a 1 F u n d a me n t al s t u d y o n al u - m i n o p h o s p h a t e c e m e n t J C e m C o n R e s ， 1 9 9 9 ( 2 9 ) ： 1 5 4 9 - 1 5 5 4 【 7 L J S ， Y I Z， WA N G W， e t a 1 F u n d a me n t al s t u d y o n c h e mi c a l s t a b i l i t y o f p h 0 s p h 0 a l u mi n a t e c e m e n t h ard e n e d p a s t e s J Ma t e r i als R e s e arc h I n n o r a t i o n s ， 2 0 0 7 ， 1 1 ( 2 ) ： 7 8 8 2 8 】任书霞， 张光磊 ， 李仕群， 等 磷铝酸盐水泥耐水性研究f J 1 硅酸盐通 报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 1 ) ： 4 8 5 1 【 9 X I N G F e n g ， YI Z h a o h u a ， L I S h i q u n ， e t a1 S i mu l a t e d s e a w a t e r r e s i s t a n c e o f b l e n d e d p o r t l a n d - p h o s p h o alu mi n a t e mo rt arJ S i l i c a t e s I n d u s - t ri a l s C e r a m i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ， 7 4 ( 1 1 - 1 2 ) ： 3 3 9 - 3 4 2 作者简 介 联 系地址 ： 联 系电话 ： 王卫仑( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 博士， 副教授， 从事混凝土结构耐久性 及高强高性能混凝土研究。 广东省深圳l市深圳l大学土木工程学院( 5 1 8 0 6 0 ) 0 7 5 5 2 6 9 5 88 6 3 C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0， 3 0 ( 1 ) ： 1 9 7 - 2 0 7 【 1 O 】 李崇智， 冯乃谦， 王栋民， 等梳形聚羧酸系减水剂的制备、 表征及其 作用机理【 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 5 ， 1 ( 3 3 ) ： 8 7 9 2 1 1 】 朱琳俐， 冯恩娟 ， 徐正华， 等 聚醚接枝聚羧酸系高效减水剂合成 J 南京工业大学学报： 自然科学版， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 1 ) ： 1 0 8 1 1 0 【 1 2 H EMME R HI n t e r a c t i o n o f p o l y c arb o x y l a t e e t h e r w i t h s i l i c a f u me J 】 J o u rna l o f t h e E u r o p e a n C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 0 9 ( 2 9 ) ： 1 8 4 7 1 8 5 3 作者简介 联 系地址 联 系电话 ： 袁莉弟( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 混凝土外加剂 合成及应用研究。 江苏省盐城市亭湖区迎宾大道 9 号 盐城工学院化学与生 物工程学院( 2 1 2 0 1 3 ) 1 8 2 61 2 21 5 9 0 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m