掺合料

掺合料（精选9篇）

掺合料 篇1

摘要：对超细矿渣粉、S95级矿渣粉、粉煤灰、硅灰的活性进行了对比, 结果表明, 在一定掺量下, 超细矿渣粉的活性远高于其它三种。针对客运专线混凝土轨道板暂行技术条件中掺合料的技术指标要求, 通过掺加早强型复合剂的方法, 使超细矿渣粉的活性得到了明显提高, 由此研制了一种铁路轨道板专用掺合料, 并在京沪高速铁路轨道板厂进行了混凝土试验, 混凝土各项性能指标均满足设计要求。

关键词：轨道板,掺合料,超细矿渣粉

0 引言

随着时代的发展, 国内客运专线和高速铁路日益增多, 我国客运专线铁路建设大多吸收采用日本 (板式轨道) 和德国 (博格板式轨道) 的无碴轨道技术, 但是我国与日本和德国在混凝土质量要求与设计理念、原材料质量标准以及施工控制要求等方面都存在着很大区别, 如京津客运专线采用德国博格板技术, 所用水泥为超细水泥, 价格较贵, 而且生产厂家较少, 目前为把世界先进无碴轨道技术应用到我国客运专线建设上来, 结合中国实际寻找到了符合中国国情的混凝土技术。例如以京沪高铁为代表, 采用硅酸盐水泥和掺加高性能掺合料路线, 为此, 我们以超细矿渣粉 (平均粒径小于4微米, 比表面积大于800 m2/kg) 为原料, 采用复配技术, 研制了一种铁路轨道板专用掺合料, 不仅可部分取代水泥, 降低混凝土生产成本, 又可达到增加混凝土早期强度, 改善混凝土性能的目的。它是利用微粉填隙和微细矿渣的活性作用形成细观的紧密体系, 并且改善界面结构, 提高界面粘结强度[1], 目前单纯S95级矿渣粉有大量的研究, 它具有水化快、水化程度高、需水量小等优点, 所以引起了社会各界人士的广泛关注[2~4]。杭美艳等[5]人通过正交试验对比研究表明利用矿渣微粉的活性, 可以配制C80混凝土。张麟等[6]将超细矿渣粉与硅灰进行了混凝土渗透性对比, 结果表明, 超细矿渣粉可以作为硅灰的代替品用于制备高性能混凝土。本文对超细矿渣粉、S95级矿渣粉、粉煤灰、硅灰的活性进行了对比, 结果表明, 超细矿渣粉的活性远远超过其它三种, 但是与科技基[2008]74号客运专线铁路无砟轨道混凝土轨道板暂行技术条件中的掺合料技术要求有一定差距, 所以本文就超细矿渣粉的活性进行了研究, 并成功研制了一种铁路轨道板专用掺合料, 已经在京沪线、武广线、沪宁线、宁杭线、哈大线等国内开工的高铁客可专线进行了混凝土和实际轨道板试验, 效果较好。

1 试验部分

1.1 试验原材料

(1) 水泥:采用PI42.5级基准水泥, 中国建材总院监制。

(2) 超细矿渣粉:济南鲁新新型建材有限公司生产, 具体成分及物理性质见表1, 2。

(3) S95级矿渣粉:济南鲁新新型建材有限公司生产, 具体成分见表1。

(4) 硅灰:山东鹏程硅业科技发展有限公司生产, 具体成分见表1。

(5) 粉煤灰:黄台电厂生产, 具体成分见表1, 2。

(6) 早强型复合剂:A, B, C, 普通细度:比表面积430 m2/kg;超细:比表面积1 200 m2/kg。

(7) 砂:中国ISO标准。

(8) 水:自来水。

1.2 试验方案

将超细矿渣粉、S95级矿渣粉、粉煤灰、硅灰按10%的取代量等量取代水泥, 然后按GB/T17617-1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》成型、标养24 h后脱模破型测试胶砂强度。以掺加几种掺合料的水泥试件与纯基准水泥试件的1 d抗压强度比来表征掺合料效果。

1.3 结果与分析

从表3和图1可以看出, 掺超细矿渣粉, 胶砂强度明显提高;超细矿渣粉的活性明显高于其它几种掺合料, 粉煤灰的活性最低。

根据铁道部科技基[2008]74号或173号客运专线无砟轨道混凝土轨道板暂行技术条件中的掺合料技术要求, 四种掺合料的1 d活性指数都达不到要求, 但是超细矿渣粉的效果要明显好于其它三种, 所以本文通过掺加早强型复合剂的方法, 对超细矿渣粉活性进行了研究。

2 通过掺加早强型复合剂提高其活性

2.1 早强型复合剂的种类和掺加量对超细矿渣粉1 d活性影响

备注:掺合料占胶凝材料的10%。

从表4和图2中可以看出, 对早强型复合剂A和B, 随着掺加比例的增加, 超细矿渣粉1 d活性逐渐增大;对早强型复合剂C, 随着掺加比例增加, 超细矿渣粉1 d活性先增大后减小, 掺加量为0.6%时, 超细矿渣粉1 d活性最高。从整体结果来看, 加入合适比例的早强型复合剂以后, 超细矿渣粉1 d活性分别提高了18%, 13%, 7%, A的效果明显好于B和C。

2.2 早强型复合剂的细度对超细矿渣粉1 d活性影响

为了考察早强型复合剂细度对超细矿渣粉活性的影响, 将效果较好的早强型复合剂A加工到比表面积为1 200 m2/kg左右, 进行了试验。

从图3可以看出, 对于早强型复合剂A来说, 随着细度的增加, 超细矿渣粉1 d活性明显增加, 掺加超细早强型复合剂, 超细矿渣粉1 d活性先增加后减小, 当掺加量为0.4%时, 1 d活性达到最大, 比同掺量的普通细度增加19%。

这表明, 不同细度的掺合料, 水化速度有所不同, 超细矿渣粉在水化过程中, 早强型复合剂与超细矿渣粉水化速度一致, 早期强度才能得到更好的发挥。

根据大量试验数据, 利用早强型复合剂与超细矿渣粉复配技术, 自行研制了一种铁路轨道板专用掺合料。

3 工程应用

3.1 轨道板掺和料材料检测

对铁路轨道板专用掺合料进行了各项指标检测, 结果如表5。

3.2 混凝土试验配合比

目前我们所研制的轨道板专用掺合料已经在京沪高铁、哈大线等进行了大量混凝土试验, 得到了专业人士的认可。其中在京沪高速铁路一轨道板厂进行的混凝土试验配合比如表6。

从试验结果可以看出, 通过掺加10~15%的掺合料, 混凝土各项性能指标均满足设计要求。

4 结论

(1) 超细矿渣粉、S95级矿渣粉、硅灰、粉煤灰的1 d活性进行了比较, 超细矿渣粉的1 d活性明显高于其它三种。

(2) 通过掺加早强型复合剂, 超细矿渣粉的1 d活性明显提高, A的效果明显好于B和C。

(3) 细度的变化对超细矿渣粉的活性影响很大, 对A来说, 细度越细, 超细矿渣粉的活性越高;当掺加量为0.4%时, 活性最大。

(4) 通过早强型复合剂和超细矿渣粉复掺的方法制得了一种轨道板专用掺合料, 目前在京沪线、哈大线等试验效果较好, 均满足混凝土各项性能指标。

参考文献

[1]湖南大学, 等.土木工程材料[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]冯乃谦.高性能混凝土结构、性能与粉体效应[J].混凝土与水泥制品, 1996, (2) :6-13.

[3]丁涛, 张德成, 邵洪江.含超细矿渣水泥水化的研究[J].建筑材料学报, 1998, (3) :201-205.

[4]姚武.磨细矿渣掺合料对高性能混凝土的流变及力学性能的影响[J].新型建筑材料, 2000, (1) :32-34.

[5]杭美艳, 赵根田, 高春彦.用超细矿渣微粉配制C80混凝土的研究[J].混凝土, 2007, (4) :55-57.

[6]张麟, 李秋义, 郭永智, 等.超细矿渣粉对混凝土渗透性的影响[J].青岛理工大学学报, 2008, 29 (增刊) :39-42.

掺合料 篇2

转载脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料及其作用机理的研究摘要所属专业:物理化

学

脱硫粉煤灰是安装有脱硫装置的燃煤电厂用电收尘方法收集而得到的固体废弃物,它是一种火山灰质材料,自身不具有或仅具有微弱的胶凝性.本论文用脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料,并研究其作用机理,主要可以分为以下三部分.第一部分通过一定的物理和化学方法对脱硫粉煤灰的性质进行了分析和评价,试验表明脱硫粉煤灰在细度、粒径分布、比表面积、含水率等物理性能方面都和普通粉煤灰相近,而用X-荧光进行化学成分分析表明脱硫粉煤灰中的SiO<,2>和Al<,2>O<,3>的总含量比普通粉煤灰要高,其它组分的含量和普通粉煤灰相近.第二部分主要通过单独掺加和复合掺加的方法进行了水泥胶砂和水泥混凝土试验,并测试了其力学性能,试验表明,单掺脱硫粉煤灰制作水泥胶砂和水泥混凝土时,胶砂和混凝土的强度随着脱硫粉煤灰掺量的增加而下降;当复合掺加制作水泥胶砂和水泥混凝土时,则体现了较好的复合效应;另外通过对掺复合掺合料的混凝土在镁盐和硫酸钠溶液中浸泡后测试其强度并观察微观形貌后表明.第三部分对部分水泥胶砂和水泥混凝土的微观结构极及其发展过程进行了分析探讨,通过SEM观察发现,掺脱硫粉煤灰的水泥胶砂其主要水化产物为C-S-H和C-H;掺复合掺合料的混凝土的主要水化产物为C-S-H和C-H,还有少量钙矾石;本论文还采用XRD和DTA对掺复合掺合料的混凝土进行了物相分析,探讨了脱硫粉煤灰对水泥混凝土性能的改善作用,并分析了复合掺合料的复合效应.另外为了找到最佳的试验配方和试验条件,本文还采用线性回归的方法和支持向量机的方法分别对脱硫粉煤灰胶砂和脱硫粉煤灰混凝土的28天力学性能数据进行了处理和分析,最后得到较为合理的试验配方和矿物之间的复合方式,简化了人为分析的繁琐,并对以后的试验方案的设计有一定指导意义.本论文的单掺和复合掺加脱硫粉煤灰的水泥胶砂和水泥混凝土试验,在技术上有创新性,同时为以后脱硫粉煤灰高附加值的综合利用提供了很好的技术参数,具有应用价值;另外本论文的研究为燃煤电厂的脱硫粉煤灰找到了很好的出路,具有很高的社会效益、环境效益及经济效益.关键字:脱硫粉煤灰,活性激发,品质,微观分析,支持向量机

掺合料 篇3

【关键词】外加剂；掺和量；混凝土强度

【中图分类号】TU528【文献标识码】A

【Abstract】The article is on the original test， adding the same amount of additive into the concrete mixture， the ratio of mineral powder and fly ash is 1：1 in the admixture， study of the different amount of admixture and water-binder ratio influence in the concrete strength， and comparing with the concrete strength that not adding the admixture .The concrete strength have almost the same change trend about adding admixtures and not adding admixture. Concrete strength is on the decrease with the increase of amount of admixture， the mixed admixture can improve the concrete strength but there is not much effect on the rate increase or decrease of the concrete strength， The improvement degree of concrete strength is reduced gradually of additive on with the loss of the concrete strength. The test study the additive impact of concrete strength， the test results can provide a basis for the ratio of work of engineering construction and the lab.

【Key words】Additive；Amount of admixture；Concrete Strength

1. 引言

混凝土的抗压强度是检测混凝土工程质量的主要指标之一，混凝土的抗压强度受水胶比、掺合料掺量及外加剂掺量种类等的影响，由于外加剂的种类性能颇为不一，因此对混凝土性能的影响也各不相同，水胶比和掺合料掺量是对混凝土强度影响较为重要的因素，为了工程需要，改善混凝土的和易性及减少混

凝土拌合物中水的用量，往往在工程中加入外加剂以提高混凝土拌合物的工作性能。文章在原有试验的基础上，在外加剂掺量一定的情况下，研究了不同水胶比及掺合料掺量对混凝土强度的影响，为工程实际和试验室配合比工作提供依据。

2. 试验方案

2.1原材料检验。依据相应的规范标准，对进行配合比试验的原材料进行检验，水泥为鹿泉曲寨生产的P.O42.5等级水泥，矿粉为河北冀泰生产，粉煤灰为山东华能德州电力实业总公司生产，碎石的产地为金拓矿业有限公司，砂子产于灵寿县西孙楼沙场，外加剂为河北混凝土外加剂厂生产的聚羧酸高性能减水剂DH13，试验所用水为石家庄的自来水。原材料检验结果如下表所示：

2.2试验方案。为研究外加剂对混凝土强度的影响，文章在原有试验的基础上，在配合比拌合物中掺入等量的外加剂[1]，外加剂的掺量均为0.3%，试验配合比拌合物中矿粉与粉煤灰的比例为1：1，相应调整复合掺合料的掺量，研究混凝土强度在不同水胶比及复合掺合料掺量的情况下强度的变化。试验方案如下表所示：

3. 数据分析

3.1数据整理。

（1）试验对混凝土7d和28d的强度进行分析，混凝土试块7d的强度能够达到28d强度的65%～80%左右，对于强度较低的混凝土7d强度能够达到28d强度的65%左右，高标号混凝土的7d强度能够达到28d强度的80%左右。混凝土强度最大为57.6MPa，对应的水胶比为0.4，掺合料掺量为15%，混凝土强度最小为29.79MPa，对应的水胶比为0.60，掺合料掺量为40%。将试验结果做成曲线图如图1所示：

图1掺加外加剂混凝土强度（2）从图中曲线的总体趋势上来看，对于同一掺量的混凝土，混凝土的抗压强度随着水胶比的增大是逐渐减小的；对于同一水胶比的混凝土，混凝土的抗压强度随着掺合料的增加时呈下降趋势。对于水胶比为0.4、0.5的混凝土，混凝土强度从掺合料掺量15%到20%的降低速率高于从20%到25%的速率，其他水胶比的混凝土强度下降速率基本一致。小标号混凝土强度的下降速率要高于大标号混凝土的下降速率[3]。

（1）为便于比较，文章引入原有试验的不同掺合料和水胶比的混凝土强度曲线图[2]，如图2所示：

（2）同掺加外加剂的混凝土强度相似，混凝土强度随着掺合料的增加呈递减状态，强度低的混凝土随着掺合料的降低的速率明显高于强度较高的混凝土，混凝土的降低趋势基本一致，呈直线状态递减。

（3）掺加外加剂的混凝土强度高于同水胶比的不掺加外加剂的混凝土强度，由此可见，外加剂的掺加对混凝土强度的提高具有一定的作用。比较掺加外加剂和不掺加外加剂的混凝土强度的趋势图，混凝土中外加剂的掺入对混凝土强度增长或降低速率并没有太大的影响。

（4）比较同掺量和相同水胶比的混凝土强度掺加外加剂的混凝土强度高于不掺加外加剂强度的3MPa～5MPa左右，外加剂对强度较高的混凝土的提高程度高于强度较低的混凝土，随着混凝土强度的降低，外加剂对混凝土强度的提高程度是逐渐减小的。

4. 结论

（1）文章在不同掺合料掺量及水胶比的混凝土拌合物中掺加等量的外加剂，掺合料中的矿粉与粉煤灰的比例为1：1，研究混凝土强度的变化，并与不掺加外加剂的混凝土强度进行比较。

（2）掺加外加剂与不掺加外加剂的混凝土强度变化基本一致，混凝土强度随着掺合料掺量的增加呈递减的趋势，外加剂的掺入能够提高混凝土强度但对混凝土强度增长或降低速率并没有太大的影响，外加剂对混凝土强度的提高程度随着混凝土强度的降低是逐渐减小的。

参考文献

[1]邵伟，蒋玲，周浩. 聚羧酸系高性能减水剂对混凝土强度的影响[J]. 价值工程，2014，26：136～137.

[2]马振波，韩青，郝卓君，等.复合掺合料掺量及水胶比对混凝土强度的影响[J].南水北调与水利科技，2016，01：90～92.

[3]王子龙，聂治平，单星本， 等.减水剂对复合水泥混凝土强度影响[J].低温建筑技术， 2013，04：18～20.

[4]肖茜.蒸养条件下外加剂对混凝土性能的影响[D]. 西安建筑科技大学，2013.

掺合料 篇4

赤泥是生产氧化铝时产生的主要固体粉状废弃物,作为世界第四大氧化铝生产国,我国每年所产生的赤泥保守估计也在3000万t以上[1]。但是,由于赤泥利用技术水平低下,致使大部分赤泥不能有效利用,造成赤泥堆存严重。大量堆放的赤泥一方面占用大量的耕地,另一方面还可能造成碱渗入地下,污染地下水,加速生态环境的恶化。而作为传统矿物掺合料的粉煤灰尽管可以有效降低水化热,降低生产成本, 但粉煤灰主要来源于煤粉的燃烧,随着国家对环境的重视,减少了燃煤的使用量,这使得粉煤灰的产量也在逐年下降。同时,单掺粉煤灰的混凝土早期强度较低,严重制约了粉煤灰替代水泥的用量,而赤泥可以激发粉煤灰的活性[2]。鉴于此,本文分别研究了赤泥-水泥体系、粉煤灰-水泥体系以及赤泥-粉煤灰-水泥体系的力学性能,以期能更有效利用这两种工业废渣,同时降低建筑物的成本。

1 试验

1.1 赤泥的物理性质、化学成分及矿物组成

赤泥是一种灰色或暗红色的粉状物质,颜色因含铁量的不同而有所差异。赤泥具有良好的压缩特性,赤泥能堆放多年不结团并呈软塑或流塑状态的主要原因是因为其高持水量。赤泥虽然持水量高,但干燥失水后不发生收缩,同时也没有膨胀性[3]。赤泥的物理性能指标见表1。

赤泥的化学成分比较复杂[4], 主要取决于矿石的种类、生产工艺和储存时间等因素,但是一般赤泥的化学组成也相当近似, 主要包括Ca O、Al2O3、Si O2、Fe2O3、Ti O2、Mg O、Na2O等。本研究所选赤泥的XRF分析结果见表2。

赤泥的矿物组成主要为方解石、方钠石、钙钛矿、赤铁矿、针铁矿、三水铝石、硅酸二钙和铝酸三钙等。

%

1.2 试验用原材料

水泥:P·O 42.5级水泥。

骨料:天然砂,经过筛、水洗、烘干后,取粒径小于2.36mm的颗粒。

粉煤灰:青岛某电厂生产的Ⅱ级灰。

碱激发剂:氢氧化钠。

赤泥:某氧化铝厂生产的赤泥,其化学成分见表2。

1.3 试验方案和试验方法

本试验采用标准胶砂试验方法,具体参数见表3, 分别研究赤泥 - 水泥、粉煤灰 - 水泥、赤泥 - 粉煤灰-水泥体系下,水泥胶砂的力学性能,具体试验配合比见表4。

注:C 表示水泥,R 表示赤泥,FA 表示粉煤灰。

首先将赤泥在(50±0.5)℃烘箱中烘干3h,经粉磨后将其用0.3mm筛过筛, 得到有活性的赤泥粉末,碱激发剂为Na OH。按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》中的规定,测定水泥胶砂的强度 。水泥胶 砂试块尺 寸为40mm×40mm×160mm,将成型好的试件放置在(20±1)℃、相对湿度大于50%的环境中预养24h, 拆模后放置在 (20±1)℃的养护室养护至预定龄期 , 然后测定试件的抗折强度和抗压强度。

2 试验结果与分析

试验测得的不同龄期胶砂试件抗折强度和抗压强度如表5所示。

2.1 赤泥-水泥、粉煤灰-水泥 、赤泥-粉煤灰-水泥体系胶砂力学性能对比

为了可以更加方便、明了、直观地分析上述各体系胶砂的力学性能, 将所测得的数据绘制成图,见图1。

从图1可以看出, 随着矿物掺合料掺量的增大,粉煤灰-水泥与赤泥-粉煤灰-水泥体系的抗折、抗压强度和赤泥-水泥体系的抗压强度均降低。但是, 赤泥-水泥体系的抗折强度呈现不同的变化趋势。在赤泥-水泥体系中,当赤泥掺量较小时,随着赤泥掺量的增加抗折强度增大, 当掺量为20%时,抗折强度达到最大值。在矿物掺合料掺量相同的情况下,双掺体系的强度均高于两种单掺体系。赤泥水泥体系的抗折、抗压强度在掺量较小时与粉煤灰-水泥体系差别不大,甚至高于粉煤灰-水泥体系的强度,但掺量大于20%时,赤泥-水泥体系强度下降明显。

对赤泥-水泥体系来说,赤泥中的方解石、钙钛矿等会发生水化反应,使赤泥中一些含水矿物的结晶水,乃至结构水脱去,致使赤泥原有结构被破坏,形成无定形的亚稳结构, 从而使赤泥的活性增加,然后会继续与水泥中物相发生水化反应,建立密实的水泥石结构,因而在其掺量适量时,水泥胶砂试块的强度有所增加。

在粉煤灰-水泥体系中, 由于粉煤灰的表面存在[Si O4]、[Al O4]四面体所构成的保护膜 ,阻碍了内部可溶性Si O2、Al2O3的释放, 水泥水化产物Ca(OH)2因数量的原因对粉煤灰活性的激发作用是非常有限的。

对于赤泥-粉煤灰-水泥体系而言,可以与粉煤灰反应的除了水泥水化产物Ca(OH)2,赤泥中的游离碱可以破坏粉煤灰表面的保护膜,释放内部的可溶性Si O2、Al2O3,激发粉煤灰的活性 ,粉煤灰水化反应相对较快。并且赤泥还能与活化的粉煤灰继续进行水化反应,从而提高胶砂体系的强度。此外,赤泥还能加快水泥的水化速度[5]。

通过各体系对比可知, 用赤泥替代部分水泥,对胶砂体系的强度是有促进作用的,但赤泥的掺量需要控制在一定的范围内。

2.2 碱激发条件下 对赤泥-粉煤灰-水泥体系力学性能的影响

为了进一步研究探讨赤泥在碱激发胶凝材料中应用的可能性,本试验选用赤泥-粉煤灰-水泥体系的配合比,碱激发剂掺量均为3%,以碱激发条件下的试验组与对照组进行对比试验,试验结果见表6所示。

注:J-C1、J-C2、J-C3、J-C4 的配合比分别与 C1、C2、C3、C4 的配合比对应一致。

为了更加清晰直观地显示碱激发条件下与不掺碱激发剂体系的差别, 将上述试验结果绘制成图,见图2。

从图2中可以明显看出,碱激发条件下,赤泥粉煤灰-水泥体系下各胶砂试件的抗折强度和抗压强度在各个龄期均大于不掺碱激发剂条件下的胶砂试件,且强度提高明显。

掺入赤泥后,在强碱性环境下,OH-使赤泥和水泥中的Si-O-Si、A1-O-Si、Al-O-Al等共价键断裂,断裂后的硅铝质材料更容易参与水化反应,生成具有水硬性胶凝材料:水化硅酸钙和水化铝酸钙。因此,赤泥对碱激发胶凝材料的强度有一定的促进作用[6]。而粉煤灰中具有一定量的活性Si O2和Al2O3,其玻璃体网络在赤泥游离碱和碱激发剂共同的作用下产生明显破坏,并产生很多硅酸根离子、铝酸根离子,赤泥能与这些离子反应,生成有利于早期强度的水化产物。所以,在一定范围内,OH-浓度越大,其对Si-O和Al-O键的破坏作用就越强,水化产物越多,胶凝材料结构越致密,强度越高。但是,碱含量过大时,会有一部分颗粒因未能及时反应而被凝胶体所包裹,造成反应难以进行。因此,在碱激发胶凝材料中,碱激发剂的掺量一般很少。

3 结语

(1) 赤泥 - 水泥体系中 , 在赤泥掺量较小时 , 随着赤泥掺量的增加抗折强度增大, 掺量为20%时,抗折强度达到最大值,而抗压强度随着掺量的增加逐渐降低,综合分析,赤泥作为矿物掺合料其掺量不宜大于20%。

(2)赤泥-水泥体系的抗折、抗压强度在掺量较小时与粉煤灰-水泥体系差别不大, 甚至高于粉煤灰-水泥体系的强度,但掺量大于20%时,赤泥-水泥体系强度下降明显。

(3)掺合料掺量相同 , 赤泥 - 粉煤灰 - 水泥体系的抗折、抗压强度均大于赤泥-水泥、粉煤灰-水泥体系的强度。综合考虑各方面因素,赤泥:粉煤灰:水泥=1:1:8时,既能充分利用赤泥、粉煤灰的活性,又不至于使强度损失过大。

(4) 与对照组相比 , 碱激发条件下 , 赤泥 - 粉煤灰-水泥体系下各配比的抗折强度和抗压强度在各个龄期均大于不掺碱激发剂试验组,并且强度提高明显。这说明赤泥在碱激发胶凝材料中的应用是可行的。

参考文献

[1]白英彬.浅谈赤泥的资源化综合利用[J].科技情报开发与经济,2011,21(22):137-140.

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[5]张彦娜.赤泥用作高性能水泥性能调节组分的研究[J].南京工业大学学报,2004,(5):20-24.

混凝土掺合料优化组合方法的研究 篇5

在混凝土中加入各种掺合料是改善混凝土技术性能和经济性能的有效手段。但可以使用的掺合料种类较多,性能、适宜掺量和价格不一,使用效果也差别很大。单掺一种掺合料与同时掺用多种掺合料,以及同一种掺合料与不同种类的其他掺合料进行搭配组合,其所制备的混凝土具有极不相同的使用性能。因此,如何合理地搭配使用各种掺合料,充分发挥各种掺合料的优势互补作用,对提高混凝土的工作性、强度和耐久性,以及更有效地利用我国的掺合料资源,都具有十分重要的意义。

1 掺合料的分类方法与组合原则

1.1 掺合料的分类方法

在我国,可用于生产水泥和混凝土的掺合料资源较为丰富,而且种类较多。为了便于掌握各种掺合料对水泥和混凝土性能的影响,并对其进行更充分、合理的利用,可从以下三个方面对混凝土掺合料进行分类。

(1)按传统的掺合料活性测评方法,将其分为活性掺合料与惰性掺合料。掺合料活性的测评方法国家已有相关标准,这里不再赘述。

(2)在传统的掺合料分类方法基础之上,将其按化学成分划分为酸性、中性和碱性三类[1~2]。具体方法可以参照矿渣的碱性系数计算方法[3],对混凝土掺合料进行分类:

当M0>1,表示碱性氧化物多于酸性氧化物,称为碱性掺合料;M0=1,称为中性掺合料;M0<1,称为酸性掺合料。

(3)按掺合料的吸水性高低,将其划分为低吸水性、中吸水性、高吸水性和特高吸水性四类。具体分类可以参照粉煤灰级别评定指标当中需水量比的高低进行划分[4]。其中,低吸水性掺合料的需水量比为<95%,中吸水性掺合料的需水量比为95%~105%,高吸水性掺合料的需水量比为105%~115%,特高吸水性掺合料的需水量比为>115%。这一指标不仅直接反映了掺合料吸水性的高低,而且可以间接反映掺合料的致密程度、粉磨细度(比表面积)、颗粒级配和表面形态等特性。它也是混凝土掺合料优化组合时应该考虑的一个重要因素。其中,特别是掺合料的颗粒级配和表面形态,它们不仅是影响吸水性的重要因素,而且是影响混凝土孔结构的重要因素。

1.2 掺合料的组合原则

根据掺合料的酸碱性、活性和吸水性,与混凝土工作性、强度和耐久性之间通常表现的相互关系,可提出混凝土掺合料优势互补的组合原则有以下三个方面:

(1)酸性掺合料与碱性掺合料的合理组合。如碱性矿渣与酸性或中性粉煤灰、沸石等火山灰质掺合料的适当搭配组合。

(2)活性掺合料与惰性掺合料的合理组合。如高活性的矿渣、硅灰、粉煤灰以及其它火山灰质掺合料,与惰性的石灰石或水泥石粉的适当搭配组合。

(3)高吸水性掺合料和低吸水性掺合料的合理组合。如结构疏松、表面粗糙的火山灰质掺合料或高吸水性粉煤灰,与结构致密的矿渣、石灰石或表面光滑的优质粉煤灰的适当搭配组合。或者是粒度较粗的掺合料与粒度较细的掺合料合理搭配组合。

综合考虑上述三项优化组合原则,可以使混凝土的工作性、强度和耐久性得到全面的改善和提高。

2 掺合料的优化组合对混凝土和易性的影响及作用机理

混凝土的和易性包括了流动性、粘聚性和保水性这三种含义,它们是互相矛盾又互相依存的整体。好的流动性要求混凝土掺合料具有相对较小的吸水性和亲水性,好的粘聚性和保水性则要求混凝土掺合料具有相对较大的吸水性和亲水性。因此,要使混凝土具有良好的和易性,就要求混凝土掺合料的吸水性和亲水性要恰到好处。为此,可采用掺合料优势互补的三项组合原则对其进行搭配,达到对混凝土掺合料吸水性和亲水性进行调整的目的,从而满足各种混凝土的和易性要求。其作用机理可以从以下几个方面进行分析。

2.1 掺合料的酸碱性影响混凝土和易性的作用机理

掺合料的酸碱性与其表面的亲水性和憎水性密切相关。由于液态水中具有大量断裂的氢键(室温下,水的氢键大约有50%断开[5]),致使水分子的表面电荷不饱和而带有一定的正电性,所以电负性较强的酸性掺合料相对电负性较弱的碱性掺合料,表面的亲水性较大、憎水性较小。亲水性材料的表面易被水润湿,且水能通过毛细管作用而被吸入材料内部;憎水性材料表面不易被水润湿,且能阻止水分渗入毛细管中,从而降低材料的吸水性。因此,配制混凝土用的掺合料酸性愈强,吸附水分的能力也随之增强。在掺合料比表面积(包括颗粒孔隙内部的比表面积)相同的条件下,由于颗粒表面及内部吸水量的增大,混凝土拌合物保持相同流动性的需水量也大,对混凝土流动性的影响自然是不利的。但对提高混凝土的粘聚性和保水性则是有利的。反之,掺合料的碱性越强,其亲水性和吸水性越小,用这类掺合料制备的水泥混凝土流动性相对较好,但粘聚性和保水性则较差。

2.2 掺合料的活性和吸水性影响混凝土和易性的作用机理

一般来讲,掺合料的活性越高,其表面能也越大,对水分子的化学吸附和物理吸附能力都更强,因而在固体颗粒表面的每一个吸附活性中心点都会吸附更多的水分子。那么在材料酸碱性和比表面积相同的情况下,要使水分完全布满并覆盖颗粒的内表面和外表面,就需要吸附更多数量的水,才能保证混凝土的流动性不致降低。可见,掺合料的活性越高,水泥混凝土的流动性越差,但粘聚性和保水性则越好。

掺合料的吸水性可以分为化学吸水性和物理吸水性。掺合料的化学吸水性与其化学活性和酸性有关;掺合料的物理吸水性则与掺合料的致密程度(孔隙率)、粉磨细度(比表面积)、颗粒级配及表面形态等密切相关。控制适当的化学吸水性,可以通过掺合料活性与惰性、酸性与碱性的合理搭配得以实现;而控制适当的物理吸水性,实际就是控制掺合料的致密程度、粉磨细度、颗粒级配及形态的优化组合。从而保证混凝土具有优良的流动性、粘聚性和保水性。

3 掺合料的优化组合对混凝土强度的影响及作用机理

3.1 掺合料酸碱性、活性对水泥混凝土强度的影响及作用机理

作者的研究表明,水泥和混凝土中,酸性掺合料和碱性掺合料的复合对提高水泥和混凝土的28d强度有利;而惰性和碱性掺合料的复合对提高水泥和混凝土的3d和7d强度有利。如表1所示[1]。

表1中的矿渣、沸石和石灰石分别代表了碱性活性掺合料、酸性活性掺合料和碱性惰性掺合料,是最常用的三种典型掺合料。从表中可以看出碱性矿渣与酸性沸石复合(编号2),在掺合料总量增加5%(相对编号1)的情况下,28d抗压强度仍然有所提高,但3d抗压强度明显降低。这是因为大多数掺合料的活性主要来自于其中的Si O2和Al2O3这些酸性氧化物,它们能够与水泥水化物当中的Ca(OH)2发生二次水化反应,生成强度较高的CSH凝胶。所以,随着二次水化生成的CSH凝胶逐渐增多,对提高水泥的28d强度及更长龄期的后期强度有较好的效果。虽然掺合料的活性和酸性增强,会使二次水化速度相应加快,与此相应的水泥强度明显提高的龄期也会相应提前。但因此时掺合料的加入量较多,会相应减少水泥用量和水泥一次水化生成物的数量在胶凝材料当中的比例,故对水泥混凝土早期强度往往具有降低作用。

从表1还可以看出,在矿渣与沸石复合的基础上,以少量惰性碱性石灰石取代等量矿渣(编号3),3d抗压强度明显提高(相对编号2提高18.7%);28d抗压强度也有提高,但提高的幅度(相对编号2提高4.1%)远不如3d抗压强度。其原因主要是由于这类惰性和碱性微粉填充物(如石灰石或硬化的水泥石)的存在,为碱性硅酸盐水泥浆体的硬化提供了许多起“晶种”作用的结点[1,6],从而加速了发生在水泥水化产物薄膜上的核晶形成[1,7],促进了薄膜的破裂和水泥颗粒的继续水化与硬化。而水泥一次水化产物形成速度的加快,必然对水泥早期强度的增长起促进作用。

因此,将酸性掺合料与适量碱性掺合料合理组合,活性掺合料与适量惰性掺合料合理组合,不仅能够提高混凝土的早期强度,而且能够提高混凝土的后期强度。

3.2 掺合料吸水性对水泥混凝土强度的影响及作用机理

掺合料的化学吸水性和物理吸水性的高低,实质上是其化学活性、酸碱性、颗粒的致密程度、粉磨细度及表面形态等物化性能的综合表现。高吸水性掺合料和低吸水性掺合料的合理组合,一方面可以使混凝土拌合物保持良好的和易性,适当降低混凝土的水灰比,从而有利于混凝土强度的提高;另一方面也可以使混凝土拌合物保持适当的酸碱性和化学活性,以及合理的颗粒级配等等,进一步改善混凝土的各龄期强度。

4 掺合料的优化组合对混凝土耐久性的影响及作用机理

4.1 掺合料的优化组合对混凝土自收缩的影响

(1)掺合料酸碱性、活性对混凝土自收缩的影响

混凝土自收缩的大小与混凝土内部毛细孔压力的大小成正比关系。根据Cantor方程[8~9],毛细孔压力p和表面张力γ,湿润角θ及孔半径r有如下关系:

由此方程可知,毛细孔压力与毛细孔半径成反比,与组成材料的亲水性和表面能(表现为润湿角θ及表面张力γ)成正比。也就是说组成材料的酸性与活性越强,其亲水性和表面能越大,毛细孔压力也就越大,混凝土的自收缩也越大。反之,组成材料的碱性与惰性越强,毛细孔压力则越小,混凝土的自收缩也越小。如:表示材料亲水性大小的接触角θ由30°变为60°,毛细孔压力便可降低42.3%;如果能接近90°,毛细孔压力即可接近于零。因此,降低混凝土组成材料的酸性与活性,增大其碱性与惰性,是改善混凝土自收缩的有效手段。

此外,由于化学收缩是造成混凝土自收缩的起因。而化学收缩特别是早期化学收缩的幅度则是影响自收缩程度的重要因素之一。掺合料的活性越高、酸性越强,与水泥水化析出的Ca(OH)2发生二次水化的速度越快,混凝土的早期化学收缩和自收缩也就越大。所以,当混凝土中采用较多活性高同时呈较强酸性的掺合料时,应掺入适量磨细的惰性和碱性掺合料(如石灰石粉)复合使用。这不但能降低组成材料的表面能和亲水性,增大毛细孔壁与液体的接触角,减小毛细孔压力,而且还可因取代部分水泥和活性掺合料,使胶凝材料的一次化学收缩和二次化学收缩的幅度都得到减少,从而进一步减小混凝土的自收缩。

(2)掺合料吸水性对混凝土自收缩的影响

掺合料的化学吸水性对混凝土自收缩的影响,实质反映的是掺合料的酸碱性和活性对混凝土自收缩的影响。掺合料的物理吸水性对混凝土自收缩的影响,实际体现的是掺合料的致密程度、颗粒级配及表面形态等物理性能,对混凝土孔径分布和自收缩的影响。掺合料的颗粒级配及形态,可直接影响混凝土拌合物的原始密实度、早期水化速度以及形成的孔隙结构,从而也会对混凝土的自收缩造成影响。较细的掺合料不仅活性高,使水泥的二次水化速度得以加快,产生较大的早期化学收缩;并可能使混凝土形成较细的孔隙结构。按照Cantor方程可知,毛细孔半径越细,毛细孔压力越强。这些因素无疑都会增加混凝土的自收缩。而在混凝土中采用含有较多玻璃微珠的粉煤灰作掺合料时,能有效地降低混凝土的自收缩。其原因不仅是由于粉煤灰的活性偏低,二次水化速度较慢,所产生的早期化学收缩幅度较小,更重要的一个原因是当粉煤灰含有较多表面光滑的玻璃微珠时,在固相颗粒体积相同的情况下,具有相对较低的比表面积和颗粒之间的接触面积,故能使混凝土浆体形成较大的空隙体积和毛细孔孔径,从而减小混凝土的早期自收缩。

高吸水性掺合料和低吸水性掺合料的合理组合,不仅可以使其化学活性、酸碱性得到合理的搭配、也可以使其颗粒的致密程度、级配及表面形态得到合理的搭配,从物理和化学两个方面减小混凝土的自收缩。

4.2 掺合料的优化组合对混凝土渗透性和抗冻性的影响

当混凝土材料与液体接触后,影响渗透的驱动力包括毛细孔压力、液体的压力(或重力)和液体内离子浓度不同所造成的渗透压力。其中,毛细孔压力对混凝土渗透性的影响是相当大的。研究发现,当相对湿度在100%~80%时,水泥浆体内部毛细孔负压可达0~30MPa[10]。而国家标准中规定的混凝土抗渗等级所对应的水压差也仅为0.4~1.2 MPa。因此,在很多情况下,毛细孔压力对混凝土渗透性的影响起主要作用。

毛细孔压力影响混凝土渗透性的作用机理,与毛细孔压力影响混凝土自收缩的作用机理是相同的。随着毛细孔压力的增大,混凝土的自收缩和毛细孔压力渗透性同时增大,两者呈正比关系。因此,掺合料的酸碱性、活性以及影响物理吸水性的颗粒级配、形态等因素对混凝土自收缩的影响,会同样影响混凝土的毛细孔压力渗透性。掺合料的优化组合不仅可以改善混凝土的自收缩,而且会同时改善混凝土的毛细孔压力渗透性。此外,合理的颗粒级配和形态应该使混凝土形成较少的微毛细孔,从而减少混凝土的毛细孔凝结现象[11]。

由于混凝土的渗透性(包括毛细孔压力渗透性和毛细孔凝结现象)对混凝土抗冻性起着重要的作用,它不仅可影响结冰时由于内部水分迁移引起的水压力,而且决定了结冰前的饱和度[12]。当混凝土暴露于潮湿环境或临近水面时,毛细孔凝结现象便越严重,毛细孔压力渗透性也就越大,混凝土的饱水程度越有可能达到或超过临界饱和度。实际上,正是临界饱和度与实际饱和度之差决定着混凝土的抗冻性[12]。

可见,混凝土的自收缩、渗透性(主要指毛细孔压力渗透性和毛细孔凝结现象)和在大气环境中的抗冻性三者之间密切相关。掺合料的优化组合在改善混凝土的自收缩和渗透性的同时,也会改善混凝土在大气环境中的抗冻性。

5 结论

(1)适当增加混凝土掺合料的酸性组分、活性组分对提高混凝土的后期(28d)强度有利。掺合料的活性和酸性越强,胶凝材料的二次水化速度便越快,这可使出现水泥强度明显提高的龄期相应提前。掺合料的活性和酸性还会增大胶凝材料的亲水性和混凝土的保水性,降低混凝土的流动性;同时还会增大混凝土的自收缩和毛细孔压力渗透性,影响混凝土的大气抗冻性。

(2)适当增加混凝土掺合料的碱性组分、惰性组分对提高混凝土的早期(3d)强度有利。掺合料的碱性和惰性还会降低胶凝材料的亲水性和混凝土的保水性,提高混凝土的流动性;同时还会减小混凝土的自收缩和毛细孔压力渗透性,有利于提高混凝土的大气抗冻性。

(3)根据混凝土掺合料的酸碱性、活性和吸水性对混凝土性能的影响规律,采用优势互补的组合原则,将酸性掺合料与碱性掺合料、活性掺合料与惰性掺合料、高吸水性掺合料和低吸水性掺合料进行适当搭配、合理组合,可以使混凝土工作性、强度和耐久性得到全面的改善和提高。

参考文献

[1]陈立军.水泥混合材优化组合方法的研究.水泥,1998(8):4-6.

[2]陈立军.浅谈掺合料与混凝土减水剂的适应性.混凝土,2002(9):26-27.

[3]袁润章.胶凝材料学.武汉工业大学出版社,1996.10:162.

[4]袁润章.胶凝材料学.武汉工业大学出版社,1996.10:176.

[5]P.Kumar Mehta,Paulo J.M.Monteiro.混凝土微观结构、性能和材料[M].中国电力出版社,2008.9:79.

[6]B.Marchese.水泥技术进展[M].中国建筑工业出版社,1986:293-307.

[7]H.F.W.Taylor(泰勒.英国Aberdeen大学教授).水泥化学讲座(1980年3-4月来我国讲学内容).中国建材院水泥所,1980.

[8]王培铭.无机非金属材料学[M].上海:同济大学出版社,1999:57.

[9]A.E.谢依金.水泥混凝土的结构与性能.中国建筑工业出版社,1984.5:10.

[10]蒋正武.国外混凝土自收缩研究进展评述.混凝土,2001(4):30-31.

[11]A.E谢依金.水泥混凝土的结构与性能[M].中国建筑工业出版社,1984.5:5-6.

掺合料 篇6

关键词：石粉,粉煤灰,流动性

我国正处在大规模基础建设的时期, 每年使用的商品混凝土量长期处在世界第一的位置。混凝土的生产给环境带来了巨大的损害, 如何发展绿色能源, 采用低排放的环保材料已成为大势所趋。

商品混凝土要有良好的泵送性能与自密实性能, 这样才能满足各种工程的需要。保证良好的泵送性与自密实性的前提是混凝土具有较大的流动性。增加混凝土流动性的方法有掺加矿物掺合料与添加减水剂。矿物掺合料主要来源于工业废渣, 使用矿物掺合料不仅节能利废, 而且能显著改善混凝土的力学性能、流动性和耐久性等。

王泽云等研究[1]表明, 硅灰与磷渣复掺可减小水泥浆的塑性粘度, 可显著增加混凝土的流动性。张旭研究[2]表明, 粉煤灰和矿渣的掺入, 使新拌混凝土的塑性粘度值变小, 工作性与和易性明显提高。将矿物掺合料磨细, 其化学激发作用更加显著。郭庆伟研究[3]表明, 花岗岩、玄武岩和石英岩等掺入混凝土中, 其流动度有降低趋势。

本文主要对掺入石粉、粉煤灰的水泥砂浆的流动性能进行试验研究。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

石粉:采用广西隆安瑞丰工贸有限公司生产的碳酸钙粉;粉煤灰:采用厦门弘鑫泰建材有限公司生产的一级粉煤灰, 比表面积480 m2/kg, 密度2.28 g/cm3;水泥:采用安徽海螺集团有限责任公司生产的P.I42.5水泥;砂:河砂, 细度模数2.6, 属于中砂;减水剂:湖南金华达聚羧酸减水剂, 减水率30%;水:生活用水。

1.2 实实验验方方法法

按GB/T 2419—2005水泥胶砂流动度测定方法测试水泥胶砂流动度。水泥—石粉、水泥—粉煤灰、水泥—石粉—粉煤灰试件配合比见表1~表3。

2 实验结果与分析

2.1 水泥—石粉试件流动性能

新拌砂浆流动度随石粉掺量的变化如图1所示。

图1是石粉掺量对水泥砂浆流动性能的影响情况, 分析图形可以得出, 水泥砂浆的流动性受石粉的掺量影响显著, 其流动性随着石粉掺量的增加而增大。当石粉掺量为胶凝材料的5%时, 试件流动度较纯水泥砂浆增加了2.1%, 随着石粉掺量的增加, 当石粉掺量为8%, 10%, 15%时, 水泥砂浆的流动性逐渐加大, 且流动性增加指数逐渐变大, 其流动度较纯水泥砂浆分别增加了8.4%, 16.3%和22.2%, 由此可见, 掺加石粉能明显提高砂浆的流动性。这是由于石粉的离子与水泥颗粒产生了静电斥力, 对水泥砂浆产生了“分散作用”, 从而增加了水泥砂浆的流动性;并且石粉颗粒直径较水泥颗粒小, 填充在水泥颗粒之间, 起到“润滑作用”。通过石粉的“分散作用”与“润滑作用”的双重效应致使水泥砂浆的流动性能明显提高[4]。

2.2 水泥—粉煤灰试件流动性能

图2是粉煤灰掺量对水泥砂浆流动性能的影响情况, 分析图形可以得出, 胶砂的流动性能随着粉煤灰掺量的增加得到明显改善, 当粉煤灰掺量为胶凝材料总量的5%, 10%, 15%时, 砂浆流动度分别比基准水泥胶砂流动度增加了8.8%, 18.8%和42%, 与石粉相比, 同等掺量的粉煤灰在改善砂浆流动性能方面效果更加突出, 这主要是由于粉煤灰的三大效应所致:“形貌效应”“颗粒效应”以及“分散效应”[5]。由于粉煤灰的形貌呈球形, 在浆体中起到“轴承滚珠”的作用, 而石灰石粉颗粒呈多边棱角状, 所以, 粉煤灰较石灰石粉提高胶砂流动度明显。

2.3 水泥—石粉—粉煤灰试件流动性能

图3为粉煤灰与石粉复掺时对胶砂流动性能影响。由图可见, 当石粉掺量为8%时, 随着粉煤灰掺量的增加, 胶砂的流动度逐渐增大。分别掺入5%, 10%, 15%的粉煤灰时, 胶砂流动度比单掺8%石粉分别增加了15.2%, 20.5%和35.8%, 比单掺5%, 10%, 15%的粉煤灰时分别增加了11.9%, 6.8%和3%。由此可以得出, 复掺石粉和粉煤灰会起到“叠加作用”, 较单掺一种矿物改善作用提高。

3 结语

1) 石粉可改善水泥砂浆的流动度, 随石粉掺量增加其流动性逐渐增大;当石粉掺量为15%时, 水泥砂浆的流动度较纯水泥砂浆增加22.2%。2) 粉煤灰提高水泥砂浆的流动性能较石粉明显, 当粉煤灰掺量为15%时, 水泥砂浆的流动度较纯水泥砂浆增加42%。复掺石粉和粉煤灰会起到“叠加作用”, 较单掺一种矿物改善作用提高。当固定石粉掺量为8%时, 掺入15%的粉煤灰, 其流动度较纯水泥砂浆增加46%。

参考文献

[1]汪泽云, 石云兴.粉体的复合效应对混凝土流动性与流变性能的影响[J].四川建筑科学研究, 2004, 3 (30) :105-107.

[2]张旭.高掺量复合矿物掺合料自密实混凝土研究[D].重庆:重庆大学, 2004.

[3]郭庆伟.岩石基矿物掺合料对水泥基胶凝材料性能影响研究[D].长沙:中南大学, 2014.

[4]马烨红, 吴笑梅, 樊粤明.石灰石粉作掺合料对混凝土工作性能的影响[J].混凝土, 2007 (7) :56-59.

掺合料 篇7

1 原材料

后张法预应力灌浆材料的主要原材料是水泥, 本试验采用华润生产的P·O42.5R华润牌水泥。掺合料主要有粉煤灰、矿粉、硅灰。粉煤灰是珠海电厂II级粉煤灰, 矿粉为柳州钢铁厂生产的S95级磨细矿渣粉;硅灰采用的是埃肯牌硅灰 (挪威) 。其主要物理性能见表1。外加剂采用的是珠海市诚浚建材公司研制的复合型灌浆外加剂CJ-SG, 它具有减水、增稠、膨胀等功能。拌合水采用可饮用水。

灌浆材料必须具备一些性能, 如流动性、触变性和较小的泌水性。随着后张法预应力结构中使用的混凝土的标号越来越高, 灌浆材料的强度也应得到保证, 使其能够安全地将受力从混凝土转移到预应力钢筋上来, 使结构保持良好的一致性。同时灌浆在防腐系统中扮演着关键的角色, 因为它是侵蚀物侵蚀预应力钢筋的最后一道防线。通过以下三方面的试验来评价各种灌浆材料性能的优劣: (1) 新拌工作性试验; (2) 力学试验; (3) 耐久性试验。高性能的灌浆材料不仅为了能彻底封锚要有理想的工作性, 粘结预应力筋和混凝土构成整体要有较高的强度, 还要有好的防腐性能;灌浆材料的防腐性能将另文研究。设计高性能灌浆材料的关键是:在尽量少使用化学外加剂和水泥的前提下, 降低渗透性和减少泌水;在灌浆工艺允许的条件下, 尽量降低水胶比, 提高其稠度, 以得到较高的强度和浆体的均匀性。

2 配合比

试验配合比中固定CJ-SG掺量为14%, 变化矿物掺合料的用量 (与水泥相比) , 用水量由试验确定, 总的来说水胶比控制在0.35左右, 这个是根据我们从以前的试验结果中总结出来的。

3 试验结果

3.1 新特性试验

新特性包括稠度与泌水, 稠度即流出时间, 各种灌浆料的流动性和标准泌水试验结果如图1所示。整个试验参考Schokker et al. (1999) 方法进行[2]。

由表3和图1的试验结果可知, 浆体的稠度随粉煤灰掺量的增加而增加, 在达到相同的稠度情况下, 用水量增加;当粉煤灰掺量为25%时, 水胶比提高了2%。这与I级粉煤灰在混凝土中的作用显著不同:在灌浆材料中, 粉煤灰与水泥颗粒粒径相近, 其无法发挥其颗粒效应起到增加流动性的作用;形态效应来看, 粉煤灰颗粒表面多孔而粗糙, 颗粒之间摩擦或滚动的摩擦力较大, 对体系的流动性有不利的影响[3]。矿粉对浆体的稠度的影响不显著, 掺量达15%时稠度与不掺的相近;掺量上升到25%时, 水胶比提高1%, 比粉煤灰略低。掺入硅灰后, 用水量明显增加。尽管硅灰使得配制灌浆材料时用水量大大增加, 但其并没有降低浆体的稳定性而是改善了:掺入5%和10%的硅灰, 灌浆几乎没有任何泌水。粉煤灰的保水性能良好, 随着粉煤灰掺量的增加泌水减小, 25%时泌水几乎为零。矿粉的掺入则较大的降低了浆体的稳定性, 泌水率增大, 这与矿粉本身的保水性较差有关。

3.2 灌浆材料的凝结时间

随着粉煤灰和矿粉的掺量的增加, 浆体的凝结时间逐渐延长;特别是掺入25%的粉煤灰和矿粉时, 浆体的凝结时间显著延长。硅灰则影响不是很大。同时也可以发现各浆体的终凝与初凝之间的时间差几乎差不多, 并没有随着凝结时间的改变而有很大的变化。

3.3 灌浆材料的抗压强度

从图2.a可以看出随着粉煤灰的掺量的增加, 灌浆的强度持续降低, 特别是早期强度 (3d) , 尤其是掺入25%粉煤灰, 3d强度与空白试件相比, 降低了30%。但后期强度的差距越来越小, 掺入15%的粉煤灰, 28d强度仅相差4%, 而且达到了57.5MPa。粉煤灰取代25%的水泥时, 水胶比提高了两个百分点, 这可能是强度较低的原因之一。而矿粉和硅灰则提高了浆体的早期强度, 矿粉的作用更加明显一些。在国内外配制高性能混凝土和灌浆通常掺入硅灰, 以改善混凝土和灌浆的工作性和提高强度;但在本试验中, 掺入硅灰后灌浆的强度提高不明显, 这可能与硅灰的掺入显著提高了灌浆的水胶比有关。掺掺合料的后期强度较不掺掺合料的浆体的低, 但从整体来看, 各浆体的强度均达到了55MPa以上。

4 结论

⑴随着掺合料的掺入, 浆体的粘度加大, 流动性变差;要达到相同的稠度, 必须增大水胶比;硅灰需水量比较大, 这种影响更加显著。

⑵与基准灌浆相比, 粉煤灰明显降低浆体的早期强度, 而矿粉和硅灰则提高了其早期强度;对后期强度的影响均较小。

⑶综合灌浆材料的各项性能, 掺入15%粉煤灰或5%的硅灰能取得较好的效果。●

摘要：本文通过对灌浆材料的新拌工作性、凝结时间和强度等性能试验, 研究分析了粉煤灰、矿粉和硅灰等掺合料的掺入以及不同取代率对灌浆材料性能的影响规律:矿粉保水性较差, 易产生泌水;硅灰需水量较大;粉煤灰主要影响硬化浆体的强度。掺入15%的粉煤灰或5%的硅灰能取得较好的效果。

关键词：掺合料,灌浆,稠度,泌水,强度

参考文献

[1]田倩刘加平孙伟等后张有粘结预应力混凝土灌浆料变形行为研究[J]施工技术2003年11月第32卷第11期

[2]Schokker, A.J., Keoster, B.D., Breen, J.E., and Kreger, M.E.Development of high performance grouts for bonded post-tensioned structure.[J].Research Rep., 1999:1452-1458

掺合料 篇8

随着我国基础建设的迅速发展, 传统活性掺合料如矿粉和粉煤灰资源市场需求急增, 价格上涨, 制约了商品混凝土的发展。另一方面, 由于砂石开采量的增加, 产生大量石屑石粉, 堆积存储成本高, 造成环境污染, 成为困扰砂石企业的难题[1,2]。我国石灰石、白云岩等矿产资源丰富, 现已探明储量40亿t以上, 其远景储量巨大。每年白云石开采量超过千万t, 平均1t矿石约产生0.15~0.20t石屑[3]。石屑粒径一般小于5mm, 大部分多棱角状或片状, 且含有大量石粉, 由于其莫氏硬度较低, 通过磨细成微粉用作混凝土掺合料, 不仅可降低混凝土生产成本, 提高混凝土浆骨比和流动性[4], 也能在一定程度上缓解实际工程中的原材料紧缺和环境污染等问题。白云石粉用作混凝土掺合料, 是建筑行业可持续发展的体现, 对绿色混凝土的发展具有重要意义。

本文对白云石的易磨性进行研究, 并考察了白云石粉替代不同胶材组分对水泥混凝土工作性能、收缩性能和力学性能的影响, 为白云石粉用作混凝土掺合料提供了试验依据。

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

水泥 (C) :华新P·O 42.5水泥;粉煤灰 (FA) :麻城Ⅱ级粉煤灰;矿粉 (SL) :鄂钢S95粒化高炉矿渣粉;外加剂 (AD) :聚羧酸高效减水剂, 型号TJ-188, 固含量10%;河砂 (S) :洞庭湖Ⅱ区中砂;碎石 (G) :武汉石灰石, 5~25mm连续级配;白云石粉 (DP) :武汉某矿, 具体化学组成见表1。水泥、矿粉和粉煤灰的物理性能见表2。

%

1.2 试验方法

(1) 抗压强度

混凝土强度试验按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

(2) 限制膨胀率

参照GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》中的测试方法进行, 白云石粉内掺10%, 水胶比为0.4, 砂胶比为2.0。限制膨胀率试验选用尺寸为40 mm×40mm×160mm的三联模, 内置纵向限制器 (长度为158mm, 试件有效尺寸为140mm) , 将成型好的试件置于标准养护箱内, (24±0.5) h后脱模。试件脱模后1h内开始测试试件的初始长度, 测试后的试件立即放入水中养护, 分别测试3d、7d、14d、21d、28d、56d和90d限制膨胀率。限制膨胀率Ex计算方法为:

式中, Ex—龄期为x时限制膨胀率, %;

Lx—龄期为x时试件的长度, mm;

L—试件的初始长度, mm;

L0—试件的基准长度, 140mm。

(3) 易磨性

采用小型卧轴滚筒式球磨机 (粉磨量:5kg) 对白云石屑 (D<10mm) 进行粉磨, 利用激光粒度分析仪对粉磨后石粉的粒径分布进行测试。

2 试验

2.1 白云石的易磨性

水泥和粉磨不同时间白云石粉的粒径分布见图1。

由图1可知, 白云石粉粒径随粉磨时间的延长而减小, 粉磨30min后D50为2.84μm。粉磨超过30min后石粉细度变化不大, 粉体开始结团, 有粘球现象, 粉磨60min后石粉粒径小于2μm的微粉量减少, 粘球严重, 团聚程度增大。综合对比不同粉磨时间下石粉的粒径分布, 白云石屑粉磨30min时粉磨效率最高, 粉磨后的石粉粒径较水泥小。下文以粉磨30min的白云石粉作为对象开展研究。

2.2 白云石粉对净浆流动度和抗压强度的影响

为了研究白云石粉替代不同胶材组分对浆体工作性能和力学性能的影响, 采用5%、10%、15%白云石粉分别等质量替代水泥、矿粉和粉煤灰, 水胶比为0.29, 外加剂掺量为1.1%, 测试净浆的流动度和试块的抗压强度, 试验配合比和流动度见表3, 抗压强度测试结果见图2。

由表3和图2可知, 当白云石粉替代水泥、矿粉和粉煤灰时, 随着掺量的增加, 净浆流动度增大, 因磨细白云石粉粒径为2.84μm, 较水泥、矿粉和粉煤灰的小, 能有效填充颗粒空隙, 置换层间水, 从而达到减水效果。由抗压强度结果可知, 当白云石粉替代水泥和掺合料在0~15%范围内时, 随其掺量的增加, 试件7d、28d抗压强度依次降低。C组试件7d抗压强度损失大于S组试件, 原因是不同胶材活性高低依次为:水泥>矿粉>粉煤灰>白云石粉, 替代胶材活性越高, 强度损失越大;矿粉和粉煤灰粒径较水泥小, 白云石粉替代水泥时, 其改善孔结构的效果优于替代掺合料的, 白云石粉替代水泥时试件28d抗压强度损失小于替代掺合料试件的。

2.3 白云石粉对砂浆限制膨胀性能的影响

白云石用作骨料时可能发生碱碳酸盐反应导致混凝土开裂, 但白云石粉掺入混凝土中是否会导致混凝土开裂尚未有定论[5,6]。为了研究白云石粉用作掺合料时对体积稳定性的影响, 采用20℃绝湿和20℃水养两种养护方式对掺10%白云石粉砂浆的限制膨胀率进行测试, 试验结果见图3。

由图3可知, 掺10%白云石粉砂浆在水养和绝湿养护条件下的限制膨胀率均大于基准组, 表明白云石粉的掺入能一定程度上弥补体积收缩, 对水泥基胶凝材料的体积稳定性无不利影响。其原因可能是:掺入的白云石粉细度较其它掺合料更细, 填充了水泥石内部的孔隙, 改善了孔结构, 从而减小了砂浆试块的收缩;白云石粉颗粒中的Ca CO3可以与水化铝酸钙反应生成单碳型碳铝酸钙水合物或三碳型碳铝酸钙水合物, 可补偿浆体的体积收缩。

2.4 白云石粉对不同强度等级混凝土工作性能和抗压强度的影响

分别研究了C30和C60两种强度等级下白云石粉取代掺合料 (矿粉和粉煤灰等质量取代) 对混凝土工作性能和抗压强度的影响。设计强度为C30时, 固定水胶比为0.48, 外加剂掺量为1.1%;设计强度为C60时, 保证混凝土拌合物工作性能相近, 固定外加剂掺量为1.9%, 调整水胶比, 两种配合比下砂率均为43%, 白云石粉掺量为5%、10%和15%。对混凝土拌合物的坍落度/流动度和试块抗压强度进行测试, 试验配比和工作性能测试结果见表4, C30混凝土试块抗压强度测试结果见图4, C60试块抗压强度测试结果见图5。

由表4可以看出, 随白云石粉掺量的增加, 混凝土坍落度/流动度逐渐增大, 白云石粉具有一定的减水作用, 能改善混凝土的工作性。由C30混凝土试块抗压强度可知, 同一龄期抗压强度随白云石粉掺量的增加而降低, 且随着掺量的增大, 强度损失加剧, 原因是C30混凝土用水量比较高, 白云石粉置换减水作用不明显, 且其自身活性较低, 在混凝土中主要起填充作用, 替代活性较高的矿粉和粉煤灰后, 使胶凝材料整体活性降低, 减弱了浆体与骨料的胶结力, 导致混凝土强度降低。未掺和掺15%白云石粉混凝土养护28d时的内部结构见图6, 图中未掺白云石粉混凝土的内部结构较致密, 混凝土压碎后胶材与骨料粘结较好;掺15%白云石粉混凝土压碎后混凝土骨料外露, 加压时浆体与骨料界面剥离。

由C60配合比可知, 在保证工作性能相近的条件下, 混凝土拌合物用水量随白云石粉掺量的增加而减少, 进一步验证了白云石粉能改善混凝土工作性能的特点。由图5可知, 掺白云石粉C60混凝土试块抗压强度随掺量的增加而降低, 但降低幅度较C30混凝土的小。当白云石粉掺量为10%时, 试块各龄期抗压强度较基准组损失小于10%, 表明在中高强混凝土中掺入少量白云石粉可降低用水量, 减少强度损失。

3 结论

(1) 白云石粒径随粉磨时间的延长而降低 (0~45min范围内) , 粉磨30min后粉体D50为2.84μm, 粉磨效率最高, 能耗最低;继续延长粉磨时间, 白云石粉细度变化较小且易团聚。

(2) 磨细白云石粉替代水泥和掺合料 (矿粉和粉煤灰) 时, 具有一定的减水作用。白云石粉0~15%等质量替代水泥和掺合料时, 净浆试块抗压强度随白云石粉掺量的增加而降低。

(3) 白云石粉能够在一定程度上弥补砂浆的体积收缩, 对水泥基胶凝材料的体积稳定性无不利影响。

(4) 白云石粉能改善混凝土工作性能, 对于C30混凝土, 水胶比不变时, 混凝土抗压强度随白云石粉掺量的增加而降低;对于C60混凝土, 在工作性能相似的条件下, 混凝土用水量随白云石粉掺量的增加而降低, 白云石粉掺量为10%时, 抗压强度较基准组损失小于10%。

参考文献

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掺合料 篇9

常用的掺合料 (将外加剂区别另述) 有粉煤灰、矿渣粉, 此外还有沸石粉、硅灰、钢纤维、化学纤维等。活性掺合料在混凝土中的作用是 (1) 提高混凝土的密实度, 提高抗冻、抗渗性能; (2) 增加混凝土的含灰量, 提高流动性, 可作泵送混凝土; (3) 配制高强度、高性能混凝土。现将商品混凝土常用的两种掺合料介绍如下:

(1) 粉煤灰

煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧, 燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽, 而煤粉中的不燃物 (主要为灰分) 大量混杂在高温烟气中。这些不燃物因受到高温作用而部分熔融, 同时由于其表面张力的作用, 形成了大量细小的球形颗粒, 排出后则成为粉煤灰。它是一种火山灰质工业废料活性掺合料, 是燃煤电厂的主要固体废物, 其颗粒多数呈球形, 表面比较光滑, 紧密堆积密度为1590～2400kg m3, 松散堆积密度为550～800kg/m3。

根据国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 (GB1596—2005) 中的规定, 按产生粉煤灰的煤种不同, 可以分为F类粉煤灰和C类粉煤灰两种:由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰称为F类粉煤灰, F类粉煤灰是低钙灰;由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰称为C类粉煤灰, C类粉煤灰是高钙灰, 其氧化钙含量一般大于10%。用于拌制混凝土和砂浆用粉煤灰, 可分Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级3个等级, 技术要求见表1。

大部分火电厂的粉煤灰能满足指标, 用于混凝土的配制, 但进料要按规定检验, 与所需等级相符。

在混凝土中掺加粉煤灰的性能:节约了大量的水泥和细骨料;减少了用水量;改善了混凝土拌和物的和易性;增强混凝土的可泵性;减少了混凝土的徐变;减少水化热、热能膨胀性;提高混凝土抗渗能力;增加混凝土的修饰性。粉煤灰混凝土是今后应当重点推广和研究的新型环保建筑材料。

(2) 矿渣粉

粒化高炉矿渣粉 (简称矿渣粉、矿粉) 是将符合国家标准规定的粒化高炉矿渣 (简称矿渣) 经干燥、粉磨 (或添加少量石膏一起粉磨) 达到相当细度且符合活性指数要求的粉体。矿渣将钢铁企业使用高炉冶炼生铁时产生的熔融态炉渣经过急冷得到的、由于来不及结晶而大部分形成玻璃态的物质, 主要组分为硅铝酸钙, 具有较高的潜在活性。

矿渣以前一直作为一种工业副产品 (废渣) 使用, 主要用于水泥生产中作活性混合材, 与水泥熟料共同粉磨制备矿渣水泥、复合水泥等。由于矿渣的易磨性比水泥熟料差, 两者共同粉磨时, 矿渣比水泥熟料颗粒粗得多, 比表面积约300m2/kg, 矿渣活性并未得到充分发挥。为了使水泥中的矿渣活性得到充分发挥, 可将矿渣、水泥熟料分别粉磨至一定细度后, 再进行混合制成水泥。

2000年国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》 (GB18046—2000) 颁布实施, 2008年改版为《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》 (GB18046—2008) 。2002年国家标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》 (GB/T 18736—2002) 颁布, 在该标准中正式将矿渣微粉命名为“矿物外加剂”纳入混凝土第六组分, 比表面积400 m2/kg以上。矿粉作为一个独立的产品出现在建筑市场, 广泛应用于商品混凝土中。矿粉等量取代部分水泥掺入混凝土中, 可改善混凝土的工作性、延缓凝结时间、提高强度、改善耐久性。矿粉是配制高性能混凝土的理想材料。大型立磨矿渣技术在我国的迅速发展, 矿粉的应用逐渐成熟, 并被广泛接受和使用。矿粉分三级别:S105、S95、S75级, 或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。

技术要求: (略, 两个标准中代号与参数略有不同, 可分别采用, 详见上述相关标准)

随着混凝土技术的发展, 对混凝土的耐久性越来越重视, 而配制耐久性混凝土的途径有:掺加矿物掺合料;掺加引气剂, 等等。矿粉的大量应用, 改变了以往仅以粉煤灰为主要掺合料的局面。对于商品混凝土企业而言, 矿粉的出现给我们配制带来很大的空间, 随着矿粉研究和应用的不断深入, 混凝土的性能质量将逐步提高。同时, 矿粉的应用, 可以克服仅掺粉煤灰时取代水泥量有限的弱点, 可以进一步降低水泥用量, 不仅可以减少水化热、增加强度、改善耐久性, 而且降低生产成本, 节约能源, 保护环境, 实现商品混凝土可持续发展, 建设和谐社会。

2 外加剂的种类与性能

常用的外加剂有泵送剂 (减水剂、缓凝剂、早强剂、防冻剂、引气剂等复配水剂) 、膨胀剂 (粉) 、早强剂 (粉) 、防冻剂 (粉) , 此外还有速凝剂、阻锈剂、减缩剂、碱-集料膨胀抑制剂等。现将4种常用的商品混凝土介绍如下:

(1) 泵送剂 (复配水剂) :一般泵送剂有下列组份:以减水剂为主的塑化组份, 引气组份, 缓凝组份, 粘聚保水及其他功能组份, 如早强、防冻组份等。减水剂以萘系较常用, 聚羧酸系发展较快。减水剂大多是有机物且为表面活性物质, 主要起分散、塑化和润湿作用。泵送剂的应用, 明显提高了混凝土拌合物的和易性, 对凝结时间、泌水率、含气量等性能的影响, 均与泵送剂的种类与掺量有关。掺量可参考供货厂家的推荐值, 再依试验调整。选择泵送剂时要先试验泵送剂与水泥、粉煤灰、矿粉其组合胶凝材料的相容性、适应性, 不适应的不能使用。可另选或调配后再试。具体按《水泥与减水剂相容性试验方法》 (JC/T1083-2008) 操作。

(2) 膨胀剂 (粉剂) :水泥凝结硬化过程中, 能使混凝土产生可控膨胀、减少收缩的外加剂称为膨胀剂 (除本身产生膨胀外, 又与混凝土某些组份反应产生膨胀) 。主要有硫铝酸钙类、氧化钙类和其他类复合类。膨胀剂在诸多外加剂中有着突出的地位, 尤其对混凝土结构自防水和补偿收缩等方面, 已成为较理想的材料。现行的行业标准《混凝土膨胀剂》JC476-2001已升级为国家标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009, 并将于2009年内颁布实施。

(3) 早强剂 (粉剂) :早强剂按其功能可分为早强剂、早强减水剂、早强剂高效减水剂。早强剂主要是提高混凝土早期强度, 不具减水功能, 对后期强度影响不大;早强减水剂, 具有提高混凝土早期强度和减水功能, 对后期强度和耐久性有所提高;早强剂高效减水剂, 能显著提高混凝土早期强度与耐久性。掺量可依供货厂家的推荐值, 再依试验调整。

(4) 防冻剂 (粉剂) :大部分防冻剂都是采用复合型的, 单一组份的防冻剂极少。防冻剂能降低体系冰点、促凝早强、减少用水量, 起到增强和防冻效果、引气减少冻胀应力。防冻剂的掺量一般为3%～5%。

3 应用掺合料、外加剂配合比要点研究与注意事项

(1) 普通混凝土配合比设计执行国家行业标准《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ55—2000) 以及相关的地方标准。若工地需要砂浆, 执行国家行业标准《砌筑砂浆配合比设计规程》 (JGJ98—2000) 。基于商品混凝土泵送方式居多, 各工地路途远近不同, 出站坍落度比实际浇筑要大, 站内取样留置试块强度偏低;施工人员偏好坍落度≥160mm的大流动度混凝土, 水灰比波动较大, 建议采用以下配制强度, 生产、施工质量水平较高的按实际标准差配制。

(2) 高强混凝土的配制

高强混凝土的概念, 并没有一个确切的定义, 在不同的历史发展阶段, 高强混凝土的含义, 是不同的, 呈增加的趋势。从我国目前平均的设计和施工技术实际出发, 将强度在30 MPa以下的混凝土称为低强混凝土, 强度在30～45MPa以下的混凝土称为中强混凝土, 强度在50MPa以上的混凝土称为高强混凝土, 也有将强度在62～83MPa的混凝土称为高强混凝土, 强度在83～103MPa的混凝土称为超高强混凝土, 最高可达130MPa。根据《普通混凝土配合比设计规程》定义:强度等级为C60及其以上的混凝土, 称为高强混凝土。其中规定:“配制高强混凝土时应掺用高效减水剂或缓凝高效减水剂”, “配制高强混凝土时应掺用活性较好的矿物掺合料, 且宜复合使用矿物掺合料”, “配制高强混凝土所用砂率所采用的外加剂和矿物掺合料的品种、掺量、, 应通过试验确定”, “高强混凝土的水泥用量不应大于550kg/m3;水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg/m3” (其他注意事项参见本规程) 。

根据国内外大量试验表明:如果混凝土中掺加水泥过多, 对混凝土强度增长的作用并不显著, 还使其产生大量的水化热和较大的温度应力, 而且还会使混凝土产生较大的收缩, 导致开裂等质量问题。配制高强混凝土的水泥用量应适宜, 不能将增加水泥用量作为提高混凝土强度的唯一途径, 可通过掺加硅粉、粉煤灰、矿粉等矿物料来实现。

(3) 可掺粉煤灰的情形

总体而言, 配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、清集料混凝土、地下工程混凝土、水下工程混凝土、压浆混凝土及碾压混凝土等, 宜掺用粉煤灰。各等级粉煤灰的适用范围如下:

Ⅰ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力混凝土。

Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土。

Ⅲ级粉煤灰主要用于无筋混凝土。对设计强度等级C30及以上的无筋粉煤灰混凝土, 宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰。

用于预应力混凝土、钢筋混凝土及对设计强度等级C30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级, 如经试验论证, 可采用比上述规定低一级的粉煤灰。

注: (1) 以32.5级水泥配制的混凝土取表中下限值;以42.5级水泥配制的混凝土取表中上限值。 (2) 代替细骨料或用以改善和易性的粉煤灰不受此规定的限制。

根据各类工程和各种施工条件的不同, 粉煤灰可与各类外加剂同时使用。外加剂的适应性和合理性须由试验确定。

粉煤灰用于下列混凝土时, 应注意:

(1) 粉煤灰用于要求高抗冻性的混凝土时, 必须掺用引气剂。

(2) 粉煤灰混凝土在低温条件下施工时, 宜掺入对粉煤灰混凝土无害的早强剂或防冻剂, 并采取适当的保温措施, 如覆盖麻袋。

(3) 用于早期脱模、提前负荷的粉煤灰混凝土, 宜掺用高效减水剂、早强剂等外加剂。

(4) 掺有粉煤灰的钢筋混凝土, 对含有氯盐外加剂的限制, 应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》的有关规定。

注: (1) 当矿渣微粉掺量大于50%时, 应根据实际所用的水泥和矿渣微粉掺量, 进行胶凝材料强度和凝结时间试验, 确认其能满足设计、施工要求。 (2) 当采用普通硅酸盐水泥时, 矿渣微粉最大掺量应≤40%。

粉煤灰内掺等量取代水泥最大掺量见表3, 内掺超量系数见表4。

单掺粉煤灰 (Ⅱ级) 时, 内掺时采用超量取代法, 掺量经验值不超过80 kg/m3, 高标号混凝土单掺粉煤灰时, 以Ⅰ级为主, 采用超量取代法或等量取代法, 但均要通过试验调整确定。

掺粉煤灰配合比因粉煤灰比水泥密度小又超量取代, 计算时应采用体积法调整1方混凝土的砂石用量, 试配或取样时装模实测换算出单方重量, 要在2350～2450kg/m3范围 (轻、重骨料混凝土除外) 。

(4) 可掺矿粉的情形

我国矿粉的生产和应用起始于1996年, 从起初的大体积混凝土、大流动度混凝土以及海工工程、水利工程, 发展到目前应用于高性能混凝土乃至于普通混凝土。各种混凝土结构几乎都使用矿粉。

有适用的粉煤灰时, 优先掺粉煤灰。在缺少适用的粉煤灰时, 可单掺矿粉, 或与粉煤灰、硅粉复掺。掺粉煤灰、矿粉会降低早期强度, 掺粉煤灰28d强度增长慢, 可按60d、90d龄期计, 掺矿粉28d可达到或超过强度。粉煤灰在降低水化热方面效果比矿粉好, 且粉煤灰更经济, 超量取代还可增加胶凝材料总量, 改善工作性。

单掺矿粉配合比计算可采用重量法或体积法。单掺矿粉时的掺量范围:

(5) 粉煤灰与矿粉复掺的情形

注:上部结构中如采用纯硅酸盐水泥, 最低水泥用量为180㎏/m3。矿粉用于商品混凝土时, 应注意: (1) 控制矿粉的细度 (2) 保证养护到位 (3) 调整凝结时间 (4) 调整用水量

(1) 矿粉与Ⅰ级粉煤灰复合掺加

两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加, 形成“工作性能互补效应”和“强度互补效应”, 使混凝土具有良好的抗渗性和可泵性。

(a) 混凝土“工作性能互补效应”

对新拌混凝土, 发挥粉煤灰的“形态效应”。粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“润滑作用”, 增加拌合物的流动性, 减小泵送阻力, 改善由于矿粉的掺入所导致的混凝土拌合物粘聚性高、大的趋势, 使新拌混凝土得到最佳的流动性和粘聚性。

(b) 粉煤灰等量取代水泥时, 28d强度基本都比空白混凝土强度低, 而矿粉在合适的掺量下会使混凝土的28d强度稍有提高, 因此, 二者有较好的“强度互补效应”。二者复合使用还可兼顾混凝土早期强度与后期强度, 早期发挥矿粉的火山灰效应, 改善浆体和集料的介面结构, 弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后于水泥熟料水化, 而使得火山灰反应生成物和水泥水化生成的胶凝数量不足导致与未反应的粉煤灰之间介面粘结不牢引起的早期强度损失;后期发挥Ⅰ级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的“内核作用“, 使混凝土后期强度持续得到提高。

矿粉与Ⅰ级粉煤灰复合使用应是最佳组合。粉煤灰可掺20%以内, 矿粉可掺加40%以内, 它们之间的比例可以根据不同强度等级, 不同技术要求进行调整。由于细度达到400m2/kg以上的矿粉会增加预拌混凝土粘度, 因此它有利于低强度等级混凝土而不利于高强度等级混凝土的配制。配制高强度等级混凝土时需要矿粉与可以降低预拌混凝土粘度的优质Ⅰ级粉煤灰复合使用。

(2) 矿粉与Ⅱ级粉煤灰复合掺加

矿粉与Ⅱ级粉煤灰复合使用时, 粉煤灰的取代量宜在15%以内, 矿粉掺加量宜在30%以内。由于Ⅱ级粉煤灰比Ⅰ级粉煤灰供应量充足, 因此在商品混凝土搅拌站使用较多。但Ⅱ级粉煤灰的质量稳定性较差, 给配制混凝土带来很多不便。矿粉的质量稳定性远大于Ⅱ级粉煤灰, 给配制混凝土带来很好的条件, 只要通过试验找出合适的比例及掺量, 就可以配制出和易性好而成本又无明显增加的混凝土。在条件允许的情况下, 应多掺矿粉少掺Ⅱ级粉煤灰, 以降低Ⅱ级粉煤灰质量波动给混凝土带来的不利影响, 复掺时总取代量不宜超过50%。试验资料表明, 当矿粉与Ⅱ级粉煤灰复合总取代水泥40%, 二者比例为1:2时, 水泥基料最致密, 表现为强度最高。另外, 由于Ⅱ级粉煤灰和矿粉同样具有增加混凝土粘度的趋势, 因此不宜配制高强混凝土。

(6) 粉煤灰或矿粉与硅粉复掺的情形

C60-C100掺硅粉高强混凝土的配制。由于超细矿渣粉和硅粉的复合使用, 其强度来源从内部组成看, 第一部分由水泥水化形成的C-S-H凝胶产生, 第二部分是超细矿渣粉产生的微粉填充叠加效应, 使硬化砂浆结构更加致密, 提高了混凝土强度, 第三部分是由于硅粉填充到水泥水化后的孔隙和矿粉没有填充到的部位, 产生硅微粉微集料填充效应, 使混凝土的强度大大提高。其强度计算公式即现代混凝土强度理论计算公式 (城建XS公式) 如下:fcu.P=f=óf×u×m, 式中, óf-混凝土中硬化砂浆理论强度, u-胶凝材料强度贡献率, m-混凝土中硬化砂浆的密实度。这里给出一个配比例子:水泥用量450㎏, 矿粉用量100㎏, 硅粉用量50㎏。

4 此外, 列举下列情况进行研究分析

4.1 按施工部位不同

(1) 道路路面:要求耐磨时要少掺粉煤灰和矿粉, 尤其是早期养护不足时。按抗折强度配制时一般抗压强度较高, 多用胶凝材料, 有适量掺加粉煤灰或矿粉的先例。

(2) 柱子:高温天气保湿养护不好时少掺矿粉。

(3) 大体积承台、底板:为减少水化热温度和预防温差裂缝, 要多掺粉煤灰和矿粉, 可单掺或双掺。粉煤灰降低水化热的效力大于矿粉, 双掺时介于二者之间。单掺矿粉时必须达到足够的用量 (>40%) 才能有效降低水化热和混凝土温升。

(4) 抗渗、抗裂混凝土 (补偿收缩混凝土) 屋面、底板、剪力墙:抗裂混凝土 (补偿收缩混凝土) 掺加膨胀剂的量一定要保证设定的膨胀率和干缩率, 仅保证抗渗是不够的, 还要有14天以上的保温保湿养护。有膨胀剂掺加的情况下, 粉煤灰取代/掺量不超过20%为宜。行业标准《补偿收缩混凝土应用技术规程》 (JGJ/T178-2009) 已颁布, 于2009年12月1日实施。

(5) 水下灌注桩:要求大流动度和粘聚性, 配制强度要高些, 多一些胶凝材料, 至少高一个等级, 如需早强的话, 少掺或不掺矿粉。骨料5～20mm。

(6) 混凝土轨道板:抗震性、密实度、耐久性等要求高, 使用聚羧酸系减水剂效果好。

(7) 桥梁、墩柱:要求较高的强度保证系数, 耐久性, 尤其海水环境, 要充分发挥掺合料的作用, 大体积构件还要减少水泥用量。

(8) 钢管高强混凝土:超高层建筑使用钢管高强混凝土 (或型钢高强混凝土) , 要求高性能, 如大流动性自密实微膨胀, 可单掺或复掺粉煤灰、矿粉、硅灰、膨胀剂等材料。

(9) 细石混凝土 (找平层、转换层) :使用细石骨料比常用的5～31.5mm骨料抗压强度会降低, 甚至降1～2个等级, 要增加胶凝材料用量, 可适量掺加粉煤灰和 (或) 矿粉。

(10) 楼面:泵送为多, 要求流动性好, 可在标准、规范允许范围内适量掺加粉煤灰、矿粉。避免高温、风大时施工, 至初凝时进行第二、三次压实抹面, 并立即进行塑料薄膜或湿麻袋覆盖保湿, 防止开裂。据专家研究测试, 风速大于4.5米/秒时, 混凝土早期极易开裂。

4.2 按气候、地理不同

(1) 夏秋季:气温较高时, 水化反应较快, 粉煤灰、矿粉可多掺, 缓凝组份可增加。

(2) 冬春季:气温较低时, 水化反应较慢, 粉煤灰、矿粉可少掺, 早强组份可增加。

(3) 北方:北方冬季寒冷, 常使用防冻剂和采取防冻保温措施。

(4) 南方:南方冬季冰冻期短或者没有5度以下的天气, 但也应有一定的准备。

4.3 按施工方式不同

(1) 直卸

直卸混凝土浇筑时坍落度可小些, 只要能从搅拌车顺利放出, 除满足路途坍落度损失之外, 减水剂可适当少掺。此外, 直卸混凝土可采用较小的砂率和较大的骨料最大粒径。

(2) 泵送 (汽车泵、拖泵)

泵送混凝土坍落度要大些, 一般认为160±20mm较好, 试配时要求的坍落度 (出站坍落度) 要加上路途坍落度损失值。泵送混凝土应掺用泵送剂或减水剂, 并宜掺用粉煤灰或其他活性矿物掺合料, 水泥和矿物掺合料的总量不宜小于300kg/m3。所用碎石子最大粒径不大于输送管径的1/3, 卵石子最大粒径不大于输送管径的1/2.5, 随泵送高度增加, 石子最大粒径要相应减小, 砂率可稍大, 35%～45% (详见《普通混凝土配合比设计规程》) 。

汽车泵进料斗格栅间距比很多拖泵的要宽, 汽车泵75mm、拖泵50mm, 所以汽车泵进料快, 5～10分钟泵完一车料, 而拖泵进料斗上易起堆, 31.5mm石子不容易下去, 需人工扒动, 较适合20mm以下的骨料;若加大浇筑时坍落度, 浆比石子流得快, 易产生离析, 后面石子多。建议拖泵进料斗格栅间距改成与汽车泵的一致。

(3) (塔吊) 吊斗

吊斗浇筑一车预拌混凝土往往耗时1小时左右, 慢的工地甚至3～4小时, 不仅因为一次只能吊约0.5～1立方, 还因为采用吊斗浇筑的工程部位大多为柱子、薄壁墙、边角复杂结构、垫层等, 费时费力, 要求预拌混凝土坍落度经时损失小, 流动性好, 此时缓凝减水剂要适当多掺, 出站坍落度稍大。

(4) 皮带机、溜槽、串筒

坍落度、流动性介于直卸与泵送混凝土之间。

5 结语

现代混凝土技术的迅速发展, 使得掺合料、外加剂广泛应用, 以满足现代施工技术和建筑要求, 达到技术先进、经济合理、节能环保、高强高性, 防腐耐久的目的, 促进了商品混凝土的发展。

由于各地原材料品质不同, 套用混凝土配合比有很大危害, 一定要经试验调整验证才能使用, 并根据原材料变化情况试验调整。混凝土的配合比设计不同于结构设计, 不是单纯的理论计算, 属于试验型而非经验型学科的范畴。因为混凝土配合比牵涉到各个方面, 既要保证混凝土硬化后的强度和耐久性, 又要满足施工和易性要求。通过经验表格和经验公式算出初步计算配合比后, 还需要进行试配调整, 以满足施工和易性要求, 并应进行强度试验。在满足上述性能的前提下, 尽可能节约水泥, 降低成本, 节能环保。

商品混凝土企业高层要重视技术、质量工作, 配备充足试验人员、质检人员和服务人员, 提高质量和服务, 持续改进, 客户满意。

施工企业要组织人员参加相关技术培训, 防止商品混凝土因施工或 (和) 养护原因出现缺陷。如无特殊要求, 需方不要指定商品混凝土原材料的厂家、品种, 双方加强沟通, 做好技术交底, 防范于未然。友好合作, 共赢发展。

摘要：商品混凝土应用掺合料、外加剂配料是现实要求和科学发展趋势。掺合料主要有粉煤灰、矿渣粉、硅粉等, 外加剂主要有泵送剂、减水剂、膨胀剂、早强剂、防冻剂等。本文研究了常用掺合料、外加剂的性能和作用、配料掺量及注意事项。