大掺量矿粉粉煤灰在自密实混凝土中的应用.pdf

文章 编号 ： 1 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 1 5 0 4 粉煤灰 大掺量矿粉粉煤灰在自密实混凝土中的应用 Ap p l i c a t i o n o f La r g e Vo l u me Gr a n u l a t e d S l a g Fl y As h S e l f - Co mp a c t e d Co n c r e t e 白文莉 ，刘金霞 ，刘彬 ( 鲁铭建筑检测有 限公司，山东 聊城) 摘要： “ C L ”建筑节能墙体采用 自密实混凝土浇筑，混凝土设计强度等级不高，要使混凝土具有很好的流动性及 自密实性能 离不开矿粉 、粉 煤灰 的大 量掺加 使 用。通过 初始 试验 、浇筑 ，发现 问题 ，分析 原 因 ，重新 试验 并制 定 生产 、浇筑措施 ， 最终 配制 出优 质 、高效 的 自密 实混 凝土 用 于工程 建设 。 关键词 ： 矿粉 、粉煤 灰 ； 自密 实；适 应性 ；黏 性 流动度 ； 高工作性 ；节 能墙体 中 图分 类 号 ：TU5 2 8 2 文 献 标 识 码 ：A 0前 言 各种性能需要，又节约了能源，降低了混凝土生产成本。 该工程是聊城首个采用现浇混凝土节能墙体试点工程。 工程为全现浇混凝土结构，混凝土墙体中间予置钢丝网架 聚苯板，也称 “ c L ”体系。钢丝网架内部纵横交错布满细 钢丝，振捣棒根本无法插入，因此设计使用 C 2 5自密实混 凝土浇筑。 自密实混凝土是一种具有很高的流动性而不离析 、不 泌水，能不经振捣而 自动流平并充满模型和包裹钢筋的混 凝土。即使在钢筋密集的状态中，也能在 自重的作用下达 到完全的自密实，并且硬化后混凝土质量均匀，比传统的 振捣混凝土具有更好的工作性和耐久性。 采用自密实混凝土在聊城尚属首次，混凝土的配制、 生产及浇筑 、施工都无经验。我们在翻阅有关资料做了大 量试验及工程应用改进后 ，于 2 0 0 9年 7月开始正式将 自 密实混凝土用于该工程，至 2 0 1 0年 5月已完成十五栋楼 4万多 m 工程的浇筑任务 ，混凝土强度及观感质量均达 到 了要求 。通过该工程的施工 ，我们 在 自密实混凝 土配 合比的设计、配制及生产及施工浇筑方面也积累了一些经 验，使大掺量矿粉、粉煤灰得以应用，既满足了混凝土的 1初始试验阶段 1 1原材料 水泥 ：山铝 P 0 4 2 5 。 矿粉：济钢 $ 9 5 级，比表面积 4 1 0 m k g ，流动度比 1 0 2 。 粉煤灰：莱芜卓越粉煤灰公司，级，细度 1 7 8 ， 烧失量 4 3 0 ，需水量 比1 0 3 。 细集料：河砂，细度模数 3 0 ，含泥量 1 1 0 。 粗集料 ：5 1 6 m m碎石。 高效减水剂 ：山东省建科院外加剂厂，萘系 ，固含量 3 5 。 根据设计、施工方要求及翻阅有关资料，我们将试验 目标定为：配制的自密实混凝土坍落度 2 5 0 m m、扩展度 5 5 0 m m，混凝土具有良好的工作性，在不振捣情况下， 混凝土 2 8 d强度3 0 M P a 。 1 2 工作性及强度试验结果 工作性及强度试验结果见表 1 。 表 1 工作性及强度试验结果 1 2 0 1 1 粉煤 灰 1 5 1 3 现场 浇筑试验 通过上述试验看 ，只有 5 # 配 比基本能满足试验 目标 要求，因此我们采用 5 # 配比配合施工单位在施工现场进 行了模拟浇筑。 在模拟浇筑过程中发现，由于墙板中聚苯板钢丝网片 纵横交错钢丝密集，5 1 6 m m石子粒径偏大，采用泵送浇 筑时，混凝土从泵管打出后直接输入墙体中，由于压力大， 混凝土黏度太低 ，混凝土在下落过程中碰到密集 的钢丝 ， 出现了分层、离析、石子堆积现象，拆除模板后发现部分 墙板露石子或墙面呈现桔皮状缺陷。 1 4 原因分析 通过这次模拟浇筑试验，我们分析失败的原因： 一是 混凝土配合比还存在问题。虽然浇筑时混凝土坍落度超过 了 2 5 0 m m、扩展度超过了 5 9 0 m m，但混凝土缺乏黏性 自 主流动性 ，还不能称为真正意义上的自密实混凝土。同时 石子宜用再小一粒级的 5 1 0 m m颗粒；二是泵送浇筑存 在问题，不可将泵管直接对准墙体输入，建议制作一个稍 带斜度的箕状料斗，在泵送浇筑时，将料斗口对准墙体， 混凝土从泵管先打人料斗 ，然后由料斗 口自行流入墙体 ， 这样更加保证了混凝土不出现分层、离析、石子堆积现象； 三是施工人员在浇筑时用振捣棒振捣了聚苯板外露钢丝 ， 结果适得其反 ，更加造成了混凝土的分层 、离析。 2第二阶段试验 2 1胶凝材料对高效减水剂适应性试验 通过第一阶段试验，观察混凝土浇筑时的工作性，混 凝土不具有黏性流动性的主要原因，我们分析还是外加剂 与胶凝材料的适应性存在问题。 因此我们决定采用萘系、聚羧酸 ( 萘系固含量 3 5 ， 聚羧酸固含量 2 1 ) 两种高效减水剂，与我们当地一致认 为与外加剂适应性较好的山铝 、山水两个厂家水泥及掺人 矿粉、粉煤灰做净浆流动度试验 ( 净浆流动度试验操作简 单，称量准确 )， 通过试验确定适应性最好的一组胶凝材 料与外加剂搭配，然后再进行混凝土配合比试验。实验结 果见表 2 。 表 2 胶凝材料对高效减水剂适应性试验 通过以上试验发现，萘系减水剂与山铝、山水两种水 泥都存在流动性损失快的问题，掺人矿粉、粉煤灰适应性 更差。而聚羧酸减水剂与这两种水泥不仅初始净浆流动度 大，且 1 h后流动度不损失反而增大，在掺人矿粉 、粉煤 灰后效果更好。因此，最后我们决定采用聚羧酸高性能减 水剂进行 自密实混凝土的配合 比试验。 2 2 混凝 土 配合 比试验 2 2 1原材料 水泥 ：山铝 P 0 4 2 5 、山水 P 0 4 2 5 。 1 6 COAL ASH 1 2 01 l 矿粉：济钢 $ 9 5 级 ，比表面积 4 1 5 m k g ，流动度比 1 0 2 。 粉煤灰： 莱芜卓越， 级，细度 1 5 3 ，烧失量3 8 0 ， 需水量 比 1 0 3 。 细集料：河砂，细度模数 3 0 ，含泥量 1 2 0 ； 粗集料 ：5 1 0 m m碎石。 减水剂：上海巴斯夫聚羧酸高性能减水剂，固含量 2 l 。 2 2 2 工作性及强度试验结果 从表 3 对比试验结果可看出，用山水水泥配制的混凝 土比用山铝水泥配制的混凝土工作性更好一些，但强度不 如用山铝水泥配制的高 ( 山铝水泥强度富余系数高)。除 4 、8 配 比减水剂掺量稍大 ，混凝土出现泌水 、巴底 ( 聚羧酸减水剂对掺量很敏感 )，5 #配比强度稍低外， 其它 5 个配比都能满足试验要求。但从工作性结合强度 综合考虑， 最后我们决定将2 # 配比用于自密实混凝土生产。 表 3 工作性及强度试验结果 3正式生产、浇筑施工 通过以上胶凝材料对高效减水剂适应性试验、混凝土 的工作性及强度试验，最终确定了用于自密实混凝土浇筑 施工的配合比。在混凝土生产、浇筑施工过程中我们同时 采取了以下措施。 (1 )由于粗集料粒径小，混凝土在搅拌过程中自摩 擦阻力小，易出现胶凝材料结团现象，因此搅拌站在生产 时比正常泵送混凝土增加了 1 倍的搅拌时间。 ( 2) 施工单位用胶合板制作了一个带腿稍有斜度的 簸箕状料斗，泵送浇筑时，先将混凝土打到料斗里，然后 混凝土通过料斗口自 行流入墙体内聚苯板两侧。这样避免 了将泵管直接对准墙体，由于泵送压力大造成混凝土下落 过程中，因受到墙内密集钢丝的碰撞而出现石子与砂浆分 离现象，保证了混凝土的黏聚性不被破坏。 ( 3 ) 施工单位在安装模板时，保证模板支护严密，确 保不出现跑浆、 漏浆现象。 4综合效益分析 虽然自密实混凝土配制成本比普通混凝土要高，但自 密实混凝土更具有以下优势。 ( 1 )自密实混凝土易于浇筑 ，施工快速 ，减少现场 人力及用工费用，提高了劳动生产率。 ( 2 )取消机械振捣，减少了设备损坏 、维修及电能 消耗等费用。 ( 3 )由于自密实混凝土消除了浇筑混凝土时的振捣 噪声，使用了大量的矿粉、粉煤灰，具有重大的社会经济 和环境效应。 ( 4 )在混凝土墙体中预置钢丝网架聚苯板，也是节 能墙体设计的一大进步。从 2 0 0 6 年 7月 1日山东已强制 要求居住工程节能达到 6 5 。目前常规做法都是在外墙表 面覆设一层聚苯乙烯板，这种做法的节能效率低耐久年限 短。而在混凝土墙体中予置聚苯板其寿命可与混凝土相同， 且内、外墙中都可予置，即保温又隔音。因此其长远经济 效益和社会效益是不可估量的。而采用这种做法的节能墙 体都必须使用自 密实混凝土来完成。 5试验研究及应用技术结论 自密实混凝土是一种更加强调高工作性的高性能混凝 土。因使用了优良的材料及配比， 使其具有更高的耐久性。 通过自密实混凝土的试验、生产及浇筑，我们认为自密实 混凝土在试配及浇筑施工中应注意 6 个方面的内容。 ( 1 ) 根据工程配筋及结构情况，选择合适的粗集料 粒径。粒径越小，它在混凝土中的沉降速度越慢 ， 越有利 于保持混凝土的稳定性。该工程“ C L ”节能墙体自密实 混凝土中采用 5 1 0 m m粒径粗集料效果较好。 ( 2 ) 要使自密实混凝土具有高工作性，也就是混凝 土要有很好的黏性自主流动性，其中主要是砂浆的黏度。 砂浆黏度对混凝土的稳定性有较大的影响，砂浆黏度适宜， 混凝土不容易离析，才会具有自主流动性。要提高砂浆黏 度，首先要选择最佳的外加剂与胶凝材料搭配，最佳的混 合材掺量及砂率。 在自密实混凝土中，外加剂和矿物掺合料起到了非常 重要的作用 ，从一定程度上说，配制 自密实混凝土的关键 就是用好外加剂和矿物掺合料。 该混凝土生产中掺加了 ( 下转2 3 页 ) 1 2 0 1 1 粉 煤灰 1 7 近期和较长期人才培养规划，培养一批具有原始创新的科 研人才，吸引一批确有水平的高层次专业和管理人才，促 进工业固体废弃物资源化利用。 3中心组建后的预期社会效益、环境效益 3 1社 会效 益 “ 中心”组建后将为我国工业固体废弃物资源化利用 提供科学理论依据，并提供切实可行的技术与产品支撑， 使工业固体废弃物资源化利用工作真正落到实处，为上海 市低碳、节能减排工作的开展提供必要的技术储备与产品 选择，为我国建设节约型社会，实现国民经济的可持续发 展提供保障。 3 2环境效益 通过工业固体废弃物资源化技术的开发和应用可实现 ! i ! ! ! ! ! 吨! ， ! ， ， 0 ! 圻 ( 上接1 7 页j 2 5 矿粉及 2 0 粉煤灰，使用了聚羧酸高性能减水剂。 ( 3 ) 对于强度等级较低 的自密实混凝土，强度不是主 要问题，尽管仅从强度考虑，可以采用较大的水胶比，但 太大的水胶比会使得水泥浆的黏度较小 ，混凝土容易离析。 因此，对于低强度等级的自密实混凝土，更应该增大水泥 浆的体积含量和黏度，使混凝土中水泥浆相对富余，胶凝 材料总量不宜低于4 5 0 k g m ，同时适当提高砂率。 ( 4 )自密实混凝土一般应用于配筋密集、结构复杂 的： 【 程部位，在泵送施工过程中，不宜将泵管直接对准浇 筑部位 ，这样会因泵送压力大，混凝土下落过程中受到密 集钢筋的碰撞，出现石子分离现象。可制作一个带腿 ( 稍 有斜度)的簸箕状料-4 ，泵送时先将混凝土打入料斗，然 后混凝土通过料斗口自行流人浇筑部位，这样保证了混凝 土的黏聚性不被破坏。 有效的环境效益。若巨量工业固体废弃物得到合理的资源 化利用，以往简单堆积存放的局面将会消除，不但能节省 大量土地面积 ，而且也避免了堆存带来 的尘土飞扬 、 下雨 天的泥泞滂沱 ，为社会营造个干净 、和谐 、可持续的环 境奠定基础。 4结 语 推进工业固体废弃物资源化利用，是提倡节能节地、 减污减排，发展低碳循环经济的重要方向。我们相信，上 海 【 业 固体废弃物资源化利用1 程技术研究 中心的组建 ， 将会为上海地区乃至全国工业崮体废弃物的资源化再生利 用取得进一步的实质进展提供坚实的保障。 收 稿 日期： 2 0 1 0年1 1月1 2 ! ! ! t! 电 ! ! i ! ， ! ，f ， (5 ) 采用 自密实混凝土浇筑时 ，模板必须安装牢固， 特别是在浇筑高度较高时，更要注意模板的安装，必要时 采取一些加固措施 ，或者分段浇筑。 ( 6 )自密实混凝土不宜采取振捣措施，振捣不仅不 能提高混凝土的密实性 ，而且还会引 盘 混凝土的离析 ，影 响混凝土的均匀性 ，同时使混凝土的强度降低。 随着混凝土丁程设计中钢筋设置越来越复杂及新型混 凝土结构的应用 ，社会对施： 】 环境影响和工人劳动环境的 重视等，自密实混凝土的应辟 j 将越来越广泛，而自密实混 凝土的配制、生产同时须掺加大量的矿粉、粉煤灰，既满 足了混凝土的各项性能需要，又降低了混凝土生产成本， 具有 良好的应用效果。 作者简介：A文丽 ( 1 9 6 8 )，女，高级 I 程师，聊城市嚣铭建筑检测有限 公司总经理 单位地址：ll j 东省聊城市东昌东路1 2 3 号 收稿 日期： 2 0 1 0年 8_j 2 5 ， 缔 ! ! ， ! 了 ! ， i ! ! ， 【 l 3 】 吴艳， 翟玉春， 李来时等 新酸碱联合法以粉煤灰制备高纯氯化锅和超 细二氧化硅f J 轻金属， 2 0 0 7 ， ( 9 ) ： 2 4 2 7 1 4 】 丁宏娅 采用改进 酸碱联合法从高银粉煤灰中提取氧化铝的研究f J 】 北京中国地质大学， 2 0 0 7 1 5 】 李来时 翟玉春， 秦晋国等， 以粉煤灰为啄料制备高纯氧化铝l J 1 化工学 报， 2 0 0 6 ， 5 7 ( 9 ) ： 2 】 8 9 2 l 9 2 【 1 6 】 饶拴 民 轻金属对高铝粉煤灰生产氧化铝技术及一 I 业化生产技术路线 的思考 轻金属， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 1 5 1 9 【 l 7 】 鹿方 高铝粉煤灰提取氧化锅的研究现状 有色矿冶， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 5 ) ： 2 5 27 ( 上接2 ( 顷 ) 【 7 】唐云， 陈福林， 粉煤灰烧结熟料中氧化铝的溶出 金属矿山， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： l 6 9 1 71 【 8 】王佳东， 翟玉春， 申晓毅 碱石灰烧结法从脱硅粉煤灰中提取氧化铝 J 轻金属， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ： 1 4 1 6 【 9 】赵鹏 石灰蒸压一 低温煅烧法与煤粉一 石灰直接燃烧法提取粉煤灰中氧 化铝的实验研究 D I 长安大学， 2 0 0 9 【 l O 张佰永， 周风禄 粉煤灰石灰石烧结法生产氧化铝的机理探讨 轻金 属， 2 0 0 7 ， ( 6 ) ： 1 7 一 l 8 【 1 l 】 薛冰，孙培梅， 童军武 从粉煤灰中提取氧化铝烧结过程铝硅反应行为 的研究 J 1 _ 湖南有色金属， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 3 ) ： 9 1 2 【 l 2 】 唐云， 陈福林， 刘安荣 燃煤电厂粉煤灰提取氧化铝研究 【 J 1 煤炭学报， 2 0 0 9 ， 3 4 ( 1 ) ： 1 0 5 1 O 9 牧稿 日期： 2 0 1 0年 7 月 8日 1 2 0 1 1 粉 煤 灰 2 3