锰渣掺合料对混凝土耐久性影响的研究.pdf

2 0 1 0 年 第 3 期 (总 第 2 4 5 期 ) N U mb e r 3 i n2 0 1 0 ( T o t a l N o 2 4 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原 材料及辅助物料 MA TE RI A I AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 O 6 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 3 0 3 0 锰渣掺合料对混凝土耐久性影响的研究 王一靓 。陈平 。刘婷 ，刘荣进 ( 1 桂林理工大学 材料科学与工程学院 ，广西 桂林 5 4 1 0 0 4；2 有色金属及材料加工新技术教育部重点 实验室 ，广西 桂林 5 4 1 0 04) 摘要： 研究锰渣掺合料对混凝土性能的影响。 研究了锰渣掺合料替代 2 0 水泥时， 锰渣混凝土强度高于基准混凝土， 工作性能良好， 干 缩得到明显改善， 保持良 好的体积稳定性， 提高了混凝土的抗渗性， 且抗冻性能优于基准混凝土。 关键词： 锰渣掺合料； 混凝土；耐久性 中圈分类号 ： T U5 2 8 041 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 0 0 0 2 Res e ar ch OR t he d ur ab i l i t y o f c onc r e t e wi t h f er r om a nga ne s e sl a g a dm i x t ur e WANG l i a n g C HE NP i n g 1 , 2 p L UT i n g , L I UR o n g -j i n ( 1 F a c u l t yo f Me fi a l s S c i e n c e a n dE n g in e e ri n g ， Gu i l i nUn i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y ， G u i l i n 5 4 1 0 04 ， C h i n a ； 2 K e y L a b o rat o r yo f Ne wP r o c e s s ing T e c h n o l o g yf o r No n f e r r o u s Me t a l s andMa t e ri a l s C o n stit u t e db yMin i s t r yo f E d u c a t i o n ， G u i l i nU n i v e r s i tyo f T e c tmo l o g y ， Gu i l i n 5 4 1 0 0 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：T he f e rro mang an e s e s l a g a d mi x tu r e f o r c o n c r e m wa s r e s e a r c h e dW i t h 2 0 pe r c e n t o f f e r r o ma ng an e s e s l a g a d d e d， s e n g t h o f Man - g a n e s e s l a g c o n c r e t e a t 2 8 d i s h i g h e r t h an the r e f e r e n c e c o n c ret e ， a n d i t s w o r k a b i l i ty i s g o o d T h e d r y i n g s h ri n k a g e r a t e ， anti - p e r me a b i l i ty a n d f r o s t r e s i s t a n c e a r e e n h a n c e d g r e a t l y K o y wo r d s ： f e r r o ma n g an e s e s l a g a d mi x t u r e ； con c r e t e ； d u r a b i l i ty 0 引言 近年来， 我国在以耐久性为 目标的高性能混凝土研究方面 取得了较大进展， 并在土木建筑和水利工程等领域有较多应用， 但是实际状况令人担忧。许多混凝土只经过二十年 、 十几年甚 至几年的使用就遭到本质性的破坏1 。因此， 如何提高混凝土的 耐久性已经越来越受到关注。要提高混凝土的耐久性 ， 就要降 低混凝土的孔隙率 、 孔分布和空特征， 提高水泥浆体与集料的 界面集合情况嘲 。目前减少孔隙率的途径除掺人高效减水剂外 ， 掺入高效活性矿物掺料也是减少孔隙率提高混凝土耐久性的 技术途径之一。锰铁合金渣( 锰渣) 作为生产锰铁合金的副产 物， 被当作工业废弃物堆积、 填埋， 所以将其作为混凝土掺合料 能合理有效利用资源， 重要意义。但利用锰渣制备的混凝土力 学性能和耐久性试验及详细研究分析相对较少， 在一定程度上 限制了锰渣的利用。本试验研究了锰渣微粉对混凝土力学性 能、 于缩性、 抗渗性能、 抗冻性耐久性的影响， 说明锰渣对增进 混凝土的力学性能和耐久性有本质性的贡献。 1 试 验 1 1 原料 水泥： 桂林鲁山水泥厂 P O 4 2 5 级水泥； 砂 ： 桂林本地河 砂； 石子 ： 5 3 0mlT l 连续级配； 水 ： 自来水； 高效减水剂 ： 萘系高 效减水剂； 锰渣微粉 ： 桂林康密劳铁合金厂排放的高炉水淬锰 铁废渣。主要化学成分见表 1 。粉磨至比表面积 4 0 0 m g 。 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 0 - 0 6 基金项目：广西省重点实验室开放基金项目( 0 6 3 0 0 6 5 C O 1 ) 1 0 0 表 1 主要原材料的化学成分 名称A1 2 03 S i 02 F e 2 03 Ca O M【g O S O 3 Mn O L o s s 锰渣 l 6 4 2 2 4 O 5 1 2 3 3 7 2 6 6 5 2 O 4 8 9 4 0 7 2 1 2试验 方 法 参照 GB T 8 0 7 4 -2 0 0 7 测试锰渣微粉比表面积 ； 参照 GB T5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 测试混凝土拌合物性能； 参照G B T 5 0 0 8 l 一 2 0 0 2 测试各龄期的混凝土力学性能； 参照 G B J 8 2 8 5 测试混 凝 土耐久性 。 2 试验 结果 与讨论 2 1 大掺量锰渣混凝土的工作性能及抗压强度 掺锰渣混凝土的配合比见表2 ， 从表 2可以看出， 本试验是 在胶凝材料用量不变的情况下， 改变混凝土中锰渣的掺量。 表 2不同锰渣掺 量 C3 0混凝土强度 在养护龄期( 3 、 7 、 2 8 d ) 中， 混凝土的抗压强度都是随着锰渣 掺量的增大而呈现先增大后减小的趋势， 当锰渣掺量为 2 0 时， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 强度达到最高。锰渣掺量为 1 0 5 0 的混凝土， 其 2 8 d抗压强 度分别达到基准混凝土的 1 0 1 8 、 1 0 2 8 、 9 0 8 、 8 4 5 、 7 4 6 ， 这说明在混凝土中掺人适量的锰渣有助于混凝土强度的增长； 从混凝土强度的增长率发现， 掺有锰渣的混凝土的 7 2 8 d强度 发展较快， 而基准混凝土在 3 7 d 强度发展较快。 另外通过坍落 度从升高到降低的规律来看， 锰渣并不像粉煤灰等掺合料一样 会增加混凝土工作性p ， 相反， 锰渣掺量的增加会降低混凝土 工作性， 这与锰渣水淬过程和渣的颗粒形貌有很大关系。 2 2 锰渣掺合料对混凝土的耐久性的影响研究 对掺有 2 0 锰渣的混凝土进行相关耐久性试验( 收缩性、 抗 渗性、 抗冻性) ， 以此考察锰渣混凝土的实用性。 2 2 1 锰渣掺合料对混凝土收缩性的影响 混凝土收缩值与养护时间关系如图 1 。 由图可以看出： 在养 护初期( 1 1 4 d ) ， 混凝土试样膨胀现象明显。7 d前混凝土膨胀 率很高， 其中锰渣的混凝土膨胀值低于基准混凝土 ， 这是由于 前期基准混凝土水化程度大， 产生的水化产物膨胀， 而锰渣混 凝土因为水化程度低相对膨胀小。在养护中期( 1 4 - 4 5 d ) ， 混凝 土试样继续缓慢膨胀， 2 8 d处出现膨胀值最高点。前 2 8 d混凝 土试块的体积变化以化学收缩和干燥收缩为主， 而化学收缩方 面主要是由于水泥中膨胀性水化产物的产生 ， 导致试块体积整 体膨胀， 锰渣混凝土膨胀值不高， 保持良好的体积稳定。在养护 后期( 4 5 - 1 2 0 d ) ， 混凝土都出现了相对收缩的情况。 这段时间的 收缩主要因为混凝土长时间放置在低湿度的环境中， 混凝土结 构中的部分水分蒸发造成收缩， 即干燥收缩， 同时水泥水化反 应缓慢造成化学收缩程度低， 与此同时在试验过程中还存在碳 化收缩。锰渣的加入能保持混凝土良好的体积稳定性。 6 龄期 ， d 图 1 混凝土收缩值 与养护 时间关 系曲线图 2 2 2 锰渣掺合料对混凝土抗渗性的影响 试验结果如表 3 。 基准混凝土抗渗等级为 P 7 ， 而掺有 2 0 锰渣的混凝土抗渗等级为P 8 。 试验表明， 当有适量锰渣加入时， 混凝土的抗渗等级得到提高 ， 混凝土内部相互连通的孔隙和毛 细管通路是造成抗渗性降低的原因， 而这些孔隙和通路都是泌 水和水分迁移造成的， 锰渣的加入改变了混凝土内部孔隙结构 ， 使泌水和水分迁移情况减少。在水泥浆分散体系中， 固体粒子 表面都有相应的吸水层和分散层过渡区， 当固体粒子在单位空 间浓度达到一定值时， 在分子力的作用下可以连成一个凝聚空 间网嘲 所以锰渣的加入改变了混凝土的微观结构， 特别是孔结 构。前期， 锰渣的加入主要作用为填充水泥的微细孔起到微集 料作用， 即增高单位空间固体粒子数量作用 ； 后期锰渣逐渐水 化， 产生水化产物是锰渣周围孔隙更加充实， 使水泥浆体密实 度更高。 表 3 混凝土抗渗试验结果 2 2 _ 3 锰渣掺合料对混凝土抗冻性的影响 由表 4可以看出， 两种混凝土在 2 5次冻融循环下质量都 有所损失， 基准混凝土的质量损失率最低， 仅为 0 0 4 。锰渣混 凝土损失率为O 1 6 。当冻融循环次数到 5 0次后 ， 两种试样较 2 5次循环时质量减幅不大， 基准混凝土无质量损失， 锰渣混凝 土质量略有增加， 与冻融破坏扩大孔隙吸水量增大有关。 表 4 抗冻试验混凝土质量变化表 初始 冻融循环次数 2 5 次循环质 冻融循环次数 5 0 次循环质 骊 亏 g D 2 5 g 量损失率 D 5 O 量损失率 表 5是 2 5 次和 5 0次冻融循环后混凝土抗冻试验土强度。 由表看出， 2 5次冻融循环后两种混凝土的强度损失明显。其中 基准混凝土的强度损失最小 ， 损失率为 5 4 3 ， 锰渣混凝土由于 锰渣吸附的水凝固膨胀造成破坏， 强度损失率为 8 1 5 ， 随着冻 融循环次数增多， 5 0次冻融循环后，基准混凝土的强度损失增 大到 1 5 2 9 ， 锰渣混凝土强度损失有所回升， 提高了 1 9 8 。 锰 渣混凝土强度损失减小是因为锰渣在冻融情况下水化速率减 慢， 但仍然具有潜在水硬性， 随着养护龄期增加， 内部孔隙更加 充实 ， 自由水也被极大的利用， 故冻融循环的破坏作用被极大 的削弱。说明锰渣混凝土发挥了锰渣掺合料的作用， 抗冻性能 优于基准混凝土 。 表 5 抗冻试验混凝土强度表 编号 初 始 勰 D2 5 M P 娥 a茎 冻 数 3结 论 ( 1 ) 锰渣掺合料替代 P O 4 2 5级水泥制备的 C 3 0锰渣混 凝土， 随锰渣掺人量增加 2 8 d强度先升高后降低， 当替代量为 2 0 时， 锰渣混凝土为基准混凝土的 1 0 2 8 ， 工作性能良好。 ( 2 ) 锰渣掺合料对混凝土的干缩具有明显的改善作用， 与基 准混凝土相比， 锰渣混凝土膨胀值不高， 保持良好的体积稳定。 ( 3 ) 基准混凝土抗渗等级为 P 7 ， 而掺有 2 0 锰渣的混凝土 抗渗等级为 P 8 。锰渣的加入改变了混凝土的孔结构 ， 使混凝土 密实度更高， 提高了混凝土的抗渗性。 ( 4 ) 冻融循环次数到 5 O次后， 锰渣混凝土强度损失和质量 损失均小于基准混凝土， 发挥了锰渣掺合料的作用 ， 抗冻性能 优于基准混凝土。 参考文献： 1 】 姚武 绿色混凝土【 M 】 京： 化学工业出版社， 2 0 0 5 【 2 朱清江 高强高性能混凝土的研制及应用 M 】 _ C 京： 中国建材工业出 版社 ， 1 9 9 9 3 】3 米文瑜 粉煤灰对高性能混凝土工作性的影响研究叨 煤炭科学技 术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 7 ) ： 7 7 7 9 【 4 】 陈伟 ， 宗连喜 粉煤灰掺量对高性能混凝土强度和工作性的影响J 】 粉煤灰综合利用， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 1 6 1 7 【 5 】范莲花矿渣微粉掺合料对混凝土性能的影响 D 】 西安： 西安建筑科 技大学 ， 2 0 0 7 作者简介 ： 单位地 址： 联 系电话 ： 王一靓( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 硕士研究生， 主要从事工业废渣资源 合理利用及绿色混凝土掺合料相关方面的研究。 广西省桂林市桂林理工大学 6 6 8 号信箱( 5 4 1 0 0 4 ) 1 3 7 3 7 7 3 7 6 5 6 1 0 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m