大掺量矿渣粉混凝土（精选4篇）
大掺量矿渣粉混凝土 篇1
混凝土在饱水状态下经受冻融循环作用而导致其强度和外观受损的现象称之为冻融破坏。在寒冷地区,特别是在接触水又受冻的环境下,冻害是混凝土结构的主要破坏形式之一,为此,要求混凝土具有较高的抗冻性。
混凝土冻融破坏是由于混凝土内部孔隙中的水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力和因冰水蒸汽压推动未冻水向冻结区的迁移所造成的渗透压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度,混凝土就会产生裂缝,多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。静水压力的大小取决于孔的尺寸、相邻孔之间的距离(即Powers空间系数)及孔隙中水结冰的速度。许多学者研究证明,若饱水试件的孔的空间系数小于0.2 mm ,则破坏压力将进一步提高[1]。因此,对普通混凝土而言,使用引气剂是有效地减轻冻害的重要措施之一。但是近年来,由于超塑化剂和超细矿物掺合料的使用,水灰比大大降低,因而水泥浆体中的孔隙率更低,孔径小且互不连通,因此在混凝土中只有少量可冻结水。所以,从理论上讲,即使不加引气剂,掺合料混凝土也应是抗冻的。
矿渣是高炉炼铁的副产品,具有较高的潜在活性,磨细矿渣粉作为混凝土的独立组分,使混凝土形成细观层次的自紧密体系,降低了水泥石的孔隙率。同时由于增加了C—S—H凝胶体与凝胶孔数量的增加,减少了结冻孔的数目,缓解了产生结冰水压的来源。因此,磨细矿渣粉的掺入可改善混凝土的抗冻性。
本文主要研究了大比例(50%和70%)磨细高炉矿渣粉代替硅酸盐水泥所配制的混凝土的抗冻性能。
1试验
1.1试验原料
(1)水泥:
中国水泥厂生产的海螺P·Ⅱ 42.5级水泥,系由90.5 %水泥熟料、4.5 %石膏和5.0% 矿渣粉磨制得,比表面积为350 m2/kg ,水泥熟料的化学组成见表1。
(2)矿渣粉:
南京雨江水泥厂提供,系由南京梅山钢铁厂矿渣粉磨制得,比表面积为450 m2/kg,化学组成见表1,其碱度系数Mo=1.62>1,质量系数K=1.94>1.2,活度系数Mn= 0.31>1.2,均远高于标准要求,说明该矿渣粉活性较高;
(3)石膏:
南京化工厂提供的磷石膏,SO3含量为44.2 % ;
(4)砂:
普通河砂,中砂,颗粒级配Ⅲ区,细度模数2.5 ;
(5)石子:
石灰岩碎石,最大粒径20 mm ;
(6)减水剂:
FDN高效减水剂。
1.2试验方法
大掺量矿渣粉混凝土按C30强度等级进行设计,采用两种水灰比,不使用减水剂控制在0.53,使用减水剂则控制在0.42,配合比及其力学性能见表2。
混凝土抗冻耐久性的测试或评定一般以标准养护28 d龄期为准,但对于大掺量矿渣粉混凝土而言,由于二次水化反应慢且持续时间长,28 d龄期的混凝土不能完全反映实际使用过程中的性能,因此养护龄期延长到60 d,此时的混凝土成熟度较高、孔隙率较低,所测得的耐久性相对较好。故本文混凝土的抗冻试验于养护60 d后进行。
抗冻性试验采用GB J82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的“快冻法”进行。所成型的试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm,每组三块,成型后标准养护56 d 将冻融试件从标准养护室中取出,在温度为15～20 ℃ 的水中浸泡4 d后测定饱和试件质量及超声波通过试件的时间(超声波测时装置见图1),最后放进美国产H—3185型快速冻融箱中进行冻融试验,之后每25次冻融循环称重并测时一次。
GBJ82—85规定用相对动弹模量和重量损失率来评价混凝土的抗冻性,有研究表明[2]混凝土动弹模量与超声波速度之间存在着良好的相关性,相关系数非常接近于1,相关性显著。因此,对应于混凝土试件测量到的某一波速,可相应求得其动弹模量及相对动弹模量。所以本文采用测超声波通过试件的时间推得其波速度,计算出相对动弹性模量并结合质量损失率来评价混凝土试件的抗冻性。随着冻融次数的增加,混凝土内部裂缝逐渐发展,超声波通过试件的时间变长,试件动弹模量减小;质量损失率则可反映混凝土的表面破坏程度,达到一定的质量损失后,混凝土表面浆体剥落,骨料外露。因此,用这两个指标可反映混凝土在冻融循环条件下混凝土内部和表面的损伤情况,并由此得到混凝土的抗冻等级。
混凝土试件的相对动弹性模量按式(1)计算:
式(1)中:Pn—n次冻融循环后试件相对动弹性模量,%; Vn—n次冻融循环后超声波速度,m/s;V0—初始超声波速度,m/s;Tn—n次冻融循环后超声波时长,μs;T0—初始超声波时长,μs。
混凝土耐久性系数应按式(2)计算:
式(2)中:Kn—混凝土耐久性系数; N—终止实验时的冻融循环次数;P—经N次冻融循环后试件的相对动弹模量。
质量损失率采用式(3)计算:
式(3)中:ΔWn—n次冻融循环后试件的质量损失率,以三个试件的平均值计算,%;G0—冻融循环前试件的质量,kg;Gn—n次冻融循环后试件的质量,kg。
2结果与讨论
2.1本文实验结果分析
混凝土试块相对动弹模量测定结果见图2。
由图可见,试件在经受25 次冻融循环其动弹模量值保持不变,表明在这个循环次数内冻融破坏作用还不明显,还没有对混凝土产生损伤。随着冻融次数的增加,混凝土内部开始产生微细裂缝,相对动弹模量近似呈线性下降。这表明在冻融后期,微细裂缝逐渐发展为贯通缝,外部水经裂缝通道进入混凝土内部并积存于孔隙中,使得冰冻破坏作用加剧,导致混凝土最终被冻坏。
由图3则可得出,混凝土的抗冻性、耐久性指数与其强度基本呈正相关关系,也即意味着提高混凝土的强度可以在一定程度上提高其抗冻性,因为强度高从某种程度上意味着更理想的微观结构,更小的孔隙率,而这些因素都会影响混凝土的抗冻性。从图中还可以看到,当混凝土抗压强度为35～40 MPa时,可经受175次标准抗冻偱环试验,混凝土抗压强度为40～55 MPa时,抗冻等级可达F200,当混凝土抗压强度高于60 MPa时,可经受250次以上的标准抗冻偱环试验。
2.2实验结果的比较和讨论
冯乃谦[1,3]认为用矿渣粉代替水泥,如果不掺引气剂的话,混凝土的抗冻性得不到改善。也有研究者[4,5]研究得出,当掺量为30%～40%时对于改善混凝土的抗冻性效果最明显,掺量超过50%后,对混凝土的抗冻性将不再有积极作用。从本实验结果来看,在加大矿渣粉掺量但不掺外加剂的情况下,矿渣粉的掺入对混凝土的抗冻性虽不具有改善作用,但也没有明显的劣化,能经受175～200次冻融循环,仍可认为大掺量矿渣粉混凝土是抗冻的,能满足南方大部分地区的抗冻要求。在矿渣粉掺量不大于50%时,其抗冻性能甚至优于硅酸盐水泥混凝土,而掺加0.5%减水剂将该组混凝土的抗冻等级提高到F250。另外,从混凝土的质量损失方面来看,在整个实验过程中,混凝土的质量损失很小,最大不超过2%。值得注意的是,在冻融循环的早期,试件的重量并没有预想地减小,反而有较小的增加,这同许多文献[6,7,8]介绍的一致,主要是由于冻融后试件表面形成大量的微裂纹,水分通过微裂纹进入试件中,引起了试件重量的微小增加。混凝土试件冻前和冻后的外观比较见图4和图5,可以看到,混凝土试件冻前外观完整,表面光滑;冻后表面浆体大量剥落,骨料外露甚至剥落,完整性被破坏。
3结论
本文实验结果表明,大掺量矿渣粉混凝土能经受175～200次冻融循环,矿渣粉掺量不大于50%时,其抗冻性能甚至优于硅酸盐水泥混凝土,在掺量加大为70%但不掺外加剂的情况下,矿渣粉的掺入对混凝土的抗冻性也无明显的劣化作用。另外,掺用0.5%的FDN减水剂,对大掺量矿渣粉混凝土的抗冻性具有较好的改善作用,因此可以认为,当水灰比较低时,即使不加引气剂,也可以得到抗冻性能较好的混凝土,因此降低水灰比无疑是提高抗冻性的途径之一。此外,合理的混凝土配合比,良好的养护环境[8],高效减水剂和引气剂的掺配使用,均可有效提高混凝土的抗冻性。
摘要：研究了用50%和70%(质量分数)矿渣粉替代硅酸盐水泥对混凝土抗冻性能的影响。结果表明:大掺量矿渣粉混凝土能经受175～200次冻融循环。矿渣粉掺量为50%时,其抗冻性能甚至优于硅酸盐水泥混凝土。在掺量加大为70%但不掺外加剂的情况下,矿渣粉的掺入对混凝土的抗冻性也无明显的劣化作用。另外,掺用0.5%的FDN减水剂,对大掺量矿渣粉混凝土的抗冻性具有较好的改善作用,可以配制满足大部分南方建筑工程抗冻要求的混凝土。
关键词：矿渣粉,混凝土,抗冻性能
参考文献
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[4]袁玲,汪正兰,李燕.矿渣微粉对混凝土抗冻融耐久性的影响.安徽建筑工业学院学报,2002;10(2):62—65
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大掺量矿渣粉混凝土 篇2
在一般情况下,混凝土是碱性材料,可使钢筋处于钝化状态,不易锈蚀,但由于大气中的CO2、水等渗入到混凝土产生碳化作用,导致混凝土碱度降低,使钢筋失去钝化保护,可能引起钢筋锈蚀并导致混凝土保护层胀裂[1],影响结构安全,降低耐久性。
大量矿渣粉掺加到混凝土后,一方面会导致高钙水泥水化产物减少,并降低混凝土的孔隙液相碱度,另一方面,其二次水化反应降低了连通孔的孔隙率,有效地改善了孔结构。在这两种不同效应的作用下,其抗碳化性能更为复杂。因此对大掺量矿渣粉混凝土进行碳化研究,对于该种类的混凝土结构耐久性的设计、评定等均有重要意义。
试验采用大比例(50%和70%)磨细高炉矿渣粉代替硅酸盐水泥配制混凝土,测试大掺量矿渣粉混凝土的抗压强度与碳化深度随掺量的变化情况,重点讨论其抗碳化性。
1 试验
1.1 试验原料
(1)水泥:中国水泥厂生产的海螺P.Ⅱ42.5级水泥,系由90.5%水泥熟料、4.5%石膏和5.0%矿渣粉磨制得,比表面积为350 m2/kg,水泥熟料的化学组成见表1;
(2)矿渣粉:南京雨江水泥厂提供,系由南京梅山钢铁厂矿渣粉磨制得,比表面积为450 m2/kg,化学组成见表1,其碱度系数Mo=1.62>1,质量系数K=1.94>1.2,活度系数Mn=0.31>0.12,均远高于标准要求,说明该矿渣粉活性较高;
(3)石膏:南京化工厂提供的磷石膏,SO3含量为44.2%;
(4)砂:普通河砂,中砂,颗粒级配Ⅲ区,细度模数2.5;
(5)石子:石灰岩碎石,最大粒径20 mm;
(6)减水剂:FDN高效减水剂。
1.2 试验方法
1.2.1 混凝土物理力学性能测定
实验按GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行,制作边长为100 mm的立方体试件,每组三块,并测定坍落度。在标准条件下(温度20±2℃,相对湿度95%以上),养护到28 d龄期,取出将试件表面及承压面擦干净,在压力试验机上测得其破坏荷载,按规范规定计算并取其立方体抗压强度。
1.2.2 硬化混凝土的抗碳化试验
混凝土碳化耐久性的测试或评定一般以标准养护28d龄期为准,但对于大掺量矿渣粉混凝土而言,由于二次水化反应慢且持续时间长,28 d龄期混凝土的性能不能完全反映实际使用过程中混凝土的性能,因此养护龄期延长到60d,此时的混凝土成熟度较高、孔隙率较低,所测得的耐久性相对较好。故本文混凝土的抗碳化实验于养护60 d后进行。
混凝土的碳化试验参照GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的“碳化试验”规定进行。采用全自动碳化试验箱,自动调节二氧化碳浓度及温湿度。试验所用试件为100 mm×100mm×400 mm的棱柱体。成型标准养护60 d后在60℃温度下烘48 h,然后用熔化的石蜡封成型面和与其相对的面及两个端面,只留下两个侧面。在二氧化碳浓度为20±3%、温度20±5℃、相对湿度70±5%的环境中碳化,并于碳化3 d、7 d、14 d、28 d后取出试件,从一端用劈裂法破型(每次切除的厚度约为试件宽度的一半),破型后试件的劈裂面用石蜡封好,放入箱中继续碳化,直至下一试验龄期。切除所得的试件部分用1%的酚酞酒精溶液测定其碳化深度。
2 结果与讨论
2.1 混凝土物理力学性能
表2为不同编号大掺量矿渣粉混凝土试件的配合比及各配比混凝土立方体试件28 d抗压强度的测定结果。从结果可以看出,掺50%和70%矿渣粉混凝土试验组的28 d抗压强度均能达到设计的C30等级要求,其中CS5组在掺或不掺减水剂的情况下强度均超过了CSO组硅酸盐水泥混凝土;另一方面,掺减水剂并降低水灰比的三组试件强度比不掺减水剂的对比试件提高了35%～40%,硅酸盐混凝土和掺50%矿渣粉混凝土甚至达到了C50的等级标准。可见减小水灰比,提高密实度,减小孔隙率是提高水泥石强度的有效途径之一。此外,掺加磷石膏的试块28 d强度略低于不掺的同配比试件,这与曾经报道过的胶凝材料强度试验结果得出的结论相同[2,7],即磷石膏对于早期强度的提高作用明显,但对后期强度贡献不大。这可能是由于硫酸激发作用促进了早期钙矾石的形成,但对最终水化产物和浆体结构略有不利影响,导致28 d强度存在差异,但降幅较小,仍然能够满足设计的强度要求。
2.2 混凝土的抗碳化性
2.2.1 各组分对混凝土各龄期碳化深度的影响
混凝土碳化试验结果见图1。由图1 (a)可知,硅酸盐水泥混凝土有较好的抗碳化性能,在28 d碳化试验中碳化深度很小,随着矿渣粉的掺入,抗碳化性能变差;掺50%矿渣粉的混凝土在碳化第一周速率较大,7 d至28 d的碳化速率减小,呈缓斜直线趋势;当矿渣粉掺量增加到70%时,前3 d的碳化速率非常大,呈一陡斜直线状态,3 d的碳化深度已达到9 mm,与CS5组14 d的碳化水平相近,7 d后,碳化速率虽有减弱,但仍比CS5组快。
由图1(b)可以看出,在大掺量混凝土中使用减水剂,降低水灰比可以有效地降低碳化速度和碳化深度,掺0.5%减水剂的CS5-2-0.5和CS7-2-0.5组分别与不掺组相比,同龄期的碳化深度不到不掺减水剂组的70%,以CS7-2-0.5组混凝土为例,使用了0.5%减水剂使其碳化速率和深度降至CS5-2组混凝土的水平。这主要是由于减水剂的使用降低了混凝土中水的用量,减少了由于水分蒸发留下的孔隙,更致密的结构阻碍了二氧化碳扩散,从而使得碳化速度减缓,掺减水剂使两组碳化曲线线位降低。此外,由图1(c)可得出的结论是掺磷石膏对混凝土的碳化性能无明显影响。
大掺量矿渣粉混凝土与硅酸盐水泥混凝土相比,抗碳化性能变差,这主要是由于水泥熟料用量少,CaO含量低,水泥石中生成的Ca(OH)2量也就少,且矿渣粉的二次水化反应还会消耗掉一部分Ca(OH) 2,使得水泥孔溶液碱度降低,对Co2的吸附和缓冲能力下降,碳化速度加快。因此,随着矿渣粉掺量的加大,碳化深度也明显加大,这与参考文献[2]中得出的结论相同。
2.2.2 碳化深度随时间的变化
众多研究认为,混凝土的碳化深度与碳化时间的平方根成正比,即X=Kt1/2 (X为碳化深度,K为碳化系数,t为碳化时间),但考虑到碳化系数K随时间变化的特点以及受众多因素的影响等,许多学者认为[4,5,6]X与t之间应是指数关系,而不是与t1/2单纯地成直线关系。于是将该式修正为如下关系式
根据实测混凝土各龄期的碳化深度X与碳化时间t按式(1)进行回归分析,得到回归系数K、b见表3所示。
由表3可以看到,CSO组硅酸盐混凝土的碳化系数K值较小,而大掺量矿渣粉混凝土的碳化系数是它的几倍至几十倍,且随着矿渣粉掺量的增加,K值呈上升趋势。与此对应,与时间相关的指数b值则呈下降趋势,且b值并不完全在0.5附近,由相关系数r来看,用方程X=Ktb进行回归分析,把b也作为一个变量来描述碳化深度随时间变化的规律比单纯地把b固定一定值更为合理一些。此外,由图2还可以得到的一点结论是:在使用同一胶凝材料的情况下,碳化系数K均随着混凝土强度的递增而递减。其原因在于混凝土的强度越高,意味着混凝土越密实,不仅孔隙率相对较低且界面结构理想。这就意味着碳化深度和强度是负相关的,提高混凝土强度能在一定程度上提高混凝土的抗碳化性能。
3 结论
(1)矿渣粉掺量为50%时,所配制的混凝土28 d立方体抗压均能达到C40等级要求,在某种程度上优于硅酸盐混凝土;矿渣粉掺量为70%时,混凝土28 d立方体抗压能达到设计的C30等级要求;减水剂作用明显,混凝土强度提高了35%～40%。磷石膏对混凝土的后期强度贡献不大。
(2)大掺量矿渣粉混凝土的抗碳化性能比硅酸盐水泥混凝土差,且随着矿渣粉取代量的加大,抗碳化性能进一步劣化。
(3)用方程X=Ktb对碳化深度进行回归分析可得到较好的相关性,碳化系数K随矿渣粉掺量的增加而增加,而指数b则呈下降趋势,且不完全在0.5附近。
(4)在使用一种胶凝材料的情况下,碳化深度及碳化系数K均随着混凝土强度的递减而递增,成负相关;
参考文献
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[5]杨林德,潘洪科,祝彦知,等.多因素作用下混凝土抗碳化性能的试验研究.建筑材料学报,2008;11(3):345-348
[6]张誉,蒋利学.基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型.工业建筑,1998;1:16-20
大掺量矿渣粉混凝土 篇3
握裹力是钢筋与混凝土得以共同工作的基础,主要由化学胶结力、摩阻力和机械咬合力3部分组成。影响混凝土中钢筋握裹力的因素很多,例如混凝土的抗压强度、抗拉强度、钢筋的直径、锚固长度、和肋部形状、混凝土保护层厚度、混凝土掺合料和外加剂等[1]。
为了改善混凝土的性能和利废等目的,矿渣作为掺合料在混凝土中的应用日益普及,掺量也不断提高,尤其在硫酸盐、氯离子和海水侵蚀环境的混凝土中,掺合料是不可或缺的重要组分[2]。与水泥熟料相比,矿渣的水化速度要慢得多,因此对养护的敏感性也会更强,在大掺量时更是如此。如果不能得到恰当的养护,大掺量矿渣混凝土的胶凝材料不能充分水化,力学性能和钢筋握裹力就会受到显著影响[3,4]。混凝土工程的养护必须引起足够的重视,在使用大掺量矿渣的混凝土的工程尤其如此。本文就养护制度对大掺量矿渣的混凝土钢筋握裹力进行了系统研究。
1 试验用原材料
采用广东省梅州市塔牌集团有限公司生产的P.II型硅酸盐水泥(转窑),强度等级为42.5R,物理力学性能见表1;石英质河砂,物理性能见表3;5～20 mm和20～40 mm 2种规格花岗石碎石,物理性能见表4;减水剂为TL-400高效缓凝减水剂;韶钢嘉羊公司生产的S95级矿渣粉,物理性能见表5。钢筋采用广州钢铁厂生产的直径Φ22的热轧带肋钢筋,其物理力学性能指标均符合标准要求。
2 试验方法
2.1 养护条件
钢筋握裹力试件成型后采用先标准养护(温度20±2 ℃、湿度≥95%)、后放入干缩室(温度20±2 ℃、湿度(60±5)%)的养护方式,标准养护的时间共3种:3 d、14 d和28 d;试验龄期为45 d,以保证不同养护方式的试件在混凝土与钢筋握裹力试验的含水量相同。
2.2 试验标准与方法
2.2.1 试验标准
试验按照SL352-2006《水工混凝土试验规程》进行,每组6件。
2.2.2 试验方法
成型150 mm×150 mm×150 mm试件,在试件正中央水平埋设一根钢筋,在试件上安装量表固定架和千分表,使千分表杆端垂直向下,与钢筋顶面相接触,记下千分表的初始读数,以不超过400 N/s的加荷速度拉拔钢筋,每加一定荷载,记录相应的千分表读数。将各级荷载下的千分表读数减去初始读数,即得该荷载下的滑动变形。以荷载为纵坐标,绘出荷载-滑动变形关系曲线,取滑动变形0.01、0.05、0.10 mm,在曲线上查出相应的荷载。钢筋握裹强度按下式计算:
式中: Г为钢筋握裹强度,MPa;P1为滑动变形为0.01 mm时的荷载,N;P2滑动变形为0.05 mm时的荷载,N;P3为滑动变形为0.1 mm时的荷载,N;A为埋入混凝土的钢筋表面积,mm2;D为钢筋的计算直径,mm;L为钢筋埋入的长度,mm。
3 试验配合比设计
粗细集料按风干状态为基准,矿渣掺量为30%和60%,均等量取代水泥。粗骨料组成:20～40 mm和20～40 mm 2种规格碎石的质量百分数分别为40%和60%。混凝土配合比件见表7,其中0号配合比为不掺掺合料的基准混凝土,K组掺矿渣粉。水胶比均为0.46,砂率34%,坍落度5～7 cm,水、胶凝材料、砂、碎石的质量固定,通过调整外加剂的掺量控制混凝土的坍落度。试验按照国家行业标准SL352-2006《水工混凝土试验规程》中的有关规定进行。
由表6可见,矿渣粉在30%掺量时有一定的减水作用,维持相同的坍落度,外加剂掺量由0.6%减小到0.45%,相当于减水8 kg/m3,可能是30%的矿渣粉改善了水泥的颗粒级配,当矿渣粉掺量增大到60%时,不再具有减水作用。
4 试验结果及分析
以荷载为纵坐标,钢筋滑动变形为横坐标,各组试验结果见图1～图10。
由图1～图9可知,各组的荷载-滑动变形关系曲线形状均为相似的折线形:在产生滑动变形的早期,随着荷载增大,滑动变形增加缓慢,呈线性,斜率较大,然后随着荷载增大,滑动变形明显增大增加,直至钢筋拔出,呈一条斜率较小的直线,从而总体上形成折线形。钢筋与混凝土握裹力主要由化学胶结力、摩阻力和机械咬合力3部分组成,试验早期这3种作用力均存在,变形阻力较大,钢筋与混凝土的黏结界面处于弹性变形阶段,因此荷载-滑动变形关系呈线性;当钢筋与混凝土的黏结界面的剪应力超过其极限强度时,产生滑动,钢筋与混凝土握裹力之间的化学胶结力消失,变形阻力主要依靠摩阻力和机械咬合力2部分组成,变形阻力较试验早期减小,因此随着荷载增大,滑动变形显著增大,这个过程类似于滑动摩擦,呈线性关系[5]。
由表7、图1～图9可知,当养护时间相同时,掺入矿渣粉的混凝土试件的钢筋握裹强度均比不掺的低,且随掺量增加,钢筋握裹强度降低,这主要是由于矿渣粉的水化较水泥熟料慢,掺矿渣粉的混凝土抗压强度降低,因此钢筋握裹强度也随之降低。
与养护28 d的试件相比,养护3 d的试件钢筋握裹强度降低18.4%～28.3%,养护对混凝土的钢筋握裹力的增长非常重要,对矿渣粉混凝土更加重要。
由表7、图10可知,钢筋握裹强度与混凝土抗压强度呈线性关系,随抗压强度增大而增大。
5 结 语
(1)当养护时间相同时,掺入矿渣粉的混凝土试件的钢筋握裹强度均比不掺的低,且随掺量增加,钢筋握裹强度降低。
(2)养护对混凝土的钢筋握裹力的增长非常重要,对矿渣粉混凝土更加重要,与养护3d的试件相比,养护28d的试件钢筋握裹力增加了18.4%～28.3%。
(3)钢筋握裹强度与混凝土抗压强度呈线性关系,随抗压强度增大而增大。
摘要：研究了大掺量矿渣混凝土的钢筋握裹力与掺合料掺量、养护制度及抗压强度之间的关系。结果表明,当养护时间相同时,掺入矿渣粉的混凝土试件的钢筋握裹强度均比不掺的低,且随掺量增加,钢筋握裹强度降低。养护对混凝土的钢筋握裹力的增长非常重要,对矿渣粉混凝土更加重要,与养护3d的试件相比,养护28d的试件钢筋握裹强度增加18.4%～28.3%。钢筋握裹强度与混凝土抗压强度呈线性关系,随抗压强度增大而增大。
关键词：矿渣混凝土,钢筋握裹力,养护
参考文献
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大掺量矿渣粉混凝土 篇4
发达国家工业废渣的利用率达到70%以上,而我国的利用率低于40%。国外应用工业废渣激发剂已有几十年的发展历史,国内起步较晚而且应用效果不理想。
目前,国内市场上的激发剂产品大都采用无机材料或者无机与有机材料通过简单复配而成,存在掺量大、成本高、稳定性低、激发效果和适应性差的问题[11,12]。
为此,本文研制了一种能有效地激发工业废渣粉活性的混凝土用大掺量工业废渣粉增效剂,从而实现在保证混凝土性能的前提下,可以用工业废渣粉代替80%的水泥,早期强度明显提高,且制法简单合理,易于生产,配制的混凝土抗压强度高、耐久性能好。
1 实 验
1.1 原材料
甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG):辽宁奥克化学股份有限公司;甲基丙烯酸(MAA):工业级,山东开泰实业有限公司;烯丙基磺酸钠、过硫酸钾(K2S2O8):试剂级,天津市凯通化学试剂有限公司;亚硫酸氢钠(Na HSO3):试剂级,天津光复化学试剂公司;巯基类链转移剂:试剂级,天津市科密欧化学试剂有限公司;三乙醇胺:分析纯,烟台市双双化工有限公司;二羟乙基乙二胺:分析纯,苏州联胜化学有限公司;硫氰酸钠、硫氰酸镁:分析纯,淄博市博山双田化工制造有限公司;糖蜜:青州宏盛科技。
山铝牌P·O42.5水泥;临朐中砂,细度模数为2.6~3.0,含泥量<2.0%;边河碎石,5~25 mm连续级配,含泥量<1.0%;莱芜电厂Ⅱ级粉煤灰;张店钢铁厂矿粉,S95级。
1.2 试验仪器
恒温水浴锅:HH-S1,金坛市晶玻试验仪器厂;数显电动搅拌器:JJ-1A,常州普天仪器制造有限公司;旋转黏度计:NDJ1,上海安德仪器设备有限公司;电热鼓风干燥箱:龙口市电炉总厂;水泥净浆搅拌机:NJ-160A,无锡建仪仪器机械有限公司;混凝土试验用强制式搅拌机:HJW60型,无锡建仪仪器机械有限公司;微机控制压力试验机:WHY-2000,上海华龙测试仪器有限公司。
1.3 分散激发组分的制备
向四口烧瓶中加入一定量的HPEG大单体和去离子水, 升温至40 ℃后,加入一定量的SAS和Na HSO3,搅拌10 min。开始向烧瓶内滴加共聚单体溶液A和引发剂溶液B。A料由MAA、链转移剂和一定量水配成,3.0 h加完;B料由K2S2O8和一定量的水配成,3.5 h加完。B料加完后,保温1.0 h,降温,加碱调节p H值至7~8,得到固含量为40%的产品,作为聚羧酸增效剂的分散激发组分,待用。
1.4 聚羧酸增效剂的制备
将一定量的水、硫氰酸钠、硫氰酸镁和糖蜜按顺序加入四口反应瓶中,搅拌10 min,使其完全溶解;再向烧瓶中依次加入分散激发组分、三乙醇胺、二羟乙基乙二胺,搅拌至其混合均匀,即得固含量为20%的聚羧酸增效剂产品。
1.5 混凝土性能测试方法
按GB 8076—2008《混凝土外加剂》和GB/T 50082—2009 《普通混凝土长期耐久性能试验方法》对混凝土的强度和耐久性进行测试。基准混凝土配合比为:m(水泥)∶m(砂)∶m(石子)∶ m(水)=330∶760∶1120∶210,大掺量工业废渣粉混凝土中聚羧酸增效剂添加量为胶凝材料用量的3%~5%,用水量以达到混凝土初始坍落度为(80±10)mm时为准。相对耐久性(200次)测试时,将28 d龄期的受检混凝土试件快速冻融循环200次后, 测试动弹性模量保留值。
2 结果与讨论
2.1 聚羧酸盐减水剂中原料配合比的确定
在混凝土用大掺量工业废渣粉增效剂成分中,聚羧酸盐减水剂作为分散激发组分起到主要的作用。增效剂必须能破坏工业废渣粉玻璃体表面光滑致密、牢固的Si—O—Si、Al—O—Al和Si—O—Al网络结构,还要具有一定的吸附分散能力。
研究了HPEG、MAA与SAS最佳摩尔比对大掺量工业废渣粉混凝土性能的影响。根据前期试验探索,选择HPEG、MAA和SAS的摩尔比分别为1∶3∶1、1∶4∶1、1∶5∶1、1∶3∶0.5,研究了4种配合比条件下,大掺量工业废渣粉混凝土的抗压强度及相对耐久性,试验结果见表1。其它试验条件完全相同,试验所用的增效剂用量为胶凝材料的3.5%,大掺量工业废渣粉混凝土配合比为:m(水泥)∶m(矿粉)∶m(粉煤灰)∶m(砂)∶m(石子)=70∶155∶ 105∶760∶1120,用水量以达到基准混凝土初始坍落度(80±10) mm为准。
由表1可见,当聚羧酸盐减水剂中n(HPEG)∶n(MAA)∶ n(SAS)=1∶4∶1时,制得的聚羧酸增效剂在大掺量工业废渣粉混凝土中的应用效果最好,此时,混凝土早期强度较高,状态较好,不离析、不泌水,28 d抗压强度比为115%,动弹性模量保留值(200次)达97%。
2.2 聚羧酸增效剂掺量对混凝土性能的影响(见表2)
从表2可以看出,随着聚羧酸增效剂掺量的增加,混凝土的3 d、7 d及28 d抗压强度比提高,当掺量为3.5%时,混凝土3 d抗压强度比为102%,继续增加聚羧酸增效剂的掺量,抗压强度比变化不大,综合考虑混凝土成本及性能,选择聚羧酸增效剂的掺量为3.5%。试验中发现,当聚羧酸增效剂掺量达到5.0%时,混凝土出现泌水现象。聚羧酸增效剂掺量为3.5% 时,制得的混凝土和易性较好,不离析、不泌水,28 d抗压强度比达到112%。
2.3 工业废渣粉替代水泥的量
节约水泥用量和工业废渣资源化作为水泥和混凝土掺合料的资源化一直都是世界性的研究热点。用大量工业废渣粉替代水泥,可以得到低碳环保的混凝土,符合国家的发展战略。
研究了在自制聚羧酸增效剂的作用下,大掺量工业废渣粉混凝土中工业废渣粉对水泥的替代量对混凝土综合性能的影响,结果见表3。
由表3可见,在不掺加聚羧酸增效剂时,制得的大掺量工业废渣粉混凝土早期强度低,达不到施工要求。当工业废渣粉替代水泥量为80%时,3 d抗压强度比只有26%,掺加聚羧酸增效剂的工业废渣混凝土,早期强度增长快,3 d抗压强度明显提高,28 d强度为基准混凝土的90%以上;掺加聚羧酸增效剂的工业废渣粉混凝土,在保证混凝土性能相同的情况下, 可以实现80%的水泥替代量。掺聚羧酸增效剂工业废渣粉混凝土比不掺聚羧酸增效剂工业废渣粉混凝土具有更高的抗压强度比和更好的耐久性。
3 结 语
制备了一种可以用于大掺量工业废渣混凝土的聚羧酸增效剂。考察了分散激发组分中单体配比对混凝土抗压强度及相对耐久性的影响,并研究了在大掺量工业废渣粉混凝土中, 聚羧酸增效剂掺量及替代水泥量对混凝土性能的影响。
(1)在其它试验条件相同的条件下,当n(HPEG)∶n(MAA)∶ n(SAS)=1∶4∶1时,制备的聚羧酸增效剂在大掺量工业废渣粉混凝土中应用效果较好,当其掺量为胶凝材料质量的3.5% 时,制得的混凝土和易性较好,不离析、不泌水,28 d抗压强度比为115%,动弹性模量保留值(200次)达到97%。
(2)聚羧酸增效剂用于混凝土中,在保证其性能的前提下, 可以用工业废渣粉(例如粉煤灰和钢厂废渣等)代替80%的水泥;掺加聚羧酸增效剂可以大大提高混凝土的早期强度,并具有优异的相对耐久性。