大掺量磨细矿渣（精选4篇）
大掺量磨细矿渣 篇1
高性能混凝土是一种新型高技术混凝土, 是在大幅提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土, 是以耐久性作为设计主要指标, 针对不同用途要求, 对耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性有重点予以保证的混凝土。大掺量磨细矿渣技术正是基于高性能混凝土的环保化发展方向所提出。将磨细矿渣应用于混凝土中, 可以大大减少水泥用量, 改变混凝土微观结构, 抑制骨料碱活性反应, 提高混凝土密实性, 提高抗有害介质侵蚀等耐久性能, 因此在国外得到了广泛的应用, 在我国这项技术有所应用, 但还有待进一步深入研究和推广。
南水北调工程是一项宏伟的世纪工程, 也是迄今为止世界上最大的引水工程, 天津干线是南水北调中线一期工程总干渠的组成部分, 是为天津市及沿线河北省部分地区供水的大型输水工程。天津干线全长155 km, 采用有压混凝土箱涵, 为3孔长距离、大流量、大断面混凝土输水建筑物。设计输水流量为60 m3/s, 水压控制在12 m水头以内, 它是天津1 000万人民的生命线, 工程规模之大、工程重要性非同一般。南水北调工程沿线工程地质条件复杂, 京津冀地区分布有大量碱活性骨料, 沿线某些地段硫酸根离子含量过高, 对钢筋混凝土具有弱—强的硫酸盐腐蚀性, 某些地段氯离子含量偏高, 对钢筋混凝土中钢筋具有弱腐蚀性。
针对南水北调工程沿线的工程地质情况, 对混凝土中大掺量磨细矿渣技术进行了系统的研究。
1原材料
1.1 水泥
唐山冀东水泥厂生产的冀东水泥P·O42.5级、P·Ⅱ42.5级水泥, 化学成分分析及技术性能检验结果如见表1、2。P·O42.5级水泥的碱含量为0.41%、P·Ⅱ42.5级水泥的碱含量为0.58%。
检测结果表明, 试验采用的2种水泥强度等级均满足国标GB175—1999的有关技术要求。
1.2 骨料
1.2.1 粗骨料——碎石
试验采用天津市蓟县东后屿碎石, 主要物理性能检测结果列于表3。中石、小石按照不同比例混合后的紧密堆积密度结果列于表4, 根据紧密堆积密度试验结果, 选定混凝土配合密度, 两种骨料中石、小石比例为50∶50。
1.2.2 细骨料——砂
试验用砂为河北中易水天然河砂, 砂的主要物理性能检测结果列于表5。
1.3 外加剂
试验采用南京瑞迪高新技术有限公司生产的高效减水剂。该外加剂在掺量为1.2%时, 减水率达到18.7%, 掺入后能明显提高混凝土拌合物坍落度。
1.4 掺合料——磨细矿渣
试验采用鸿泰矿粉进行试验, 矿粉品质检验执行GB/T18046—2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》, 矿粉的品质指标检验结果列于表6。
2混凝土配合比试验
以等量取代法向混凝土中掺入不同量矿粉, 配合比及试验结果见表7、表8 (水胶比0.45, 用水量160 kg) 、表9所示。从表7、8结果可以看出, 相同配合比的情况下, 掺入PⅡ42.5水泥的混凝土强度普遍比掺入PO42.5水泥的混凝土强度高。随着磨细矿渣掺量的增加, 混凝土坍落度有增加趋势, 但增加趋势很小。同时掺磨细矿渣的混凝土28 d强度均未超过基准混凝土, 但随着养护时间的延长, 到60 d时, 掺磨细矿渣的混凝土强度增长明显超过基准混凝土, 有的甚至已经超过基准混凝土强度。因此, 对于大掺量磨细矿渣混凝土强度评定不能采用简单普通混凝土强度评定方法, 应使用60 d强度或更长的时间。另为磨细矿渣的掺入对改善混凝土和易性较为明显。
依据GB/T18046—2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准, 该矿粉所检项目合格。
由以上结果可以看出磨细矿渣与高效减水剂的复合作用在大流动性混凝土改善作用比较明显, 如掺入70%磨细矿渣的KO7组比基准组坍落度高了11%左右。
对大流动性混凝土, 混凝土拌合物坍落度60 min经时损失未超过25%, 小于基准组混凝26.5%, 说明磨细矿渣的掺入可以起到“缓凝”作用。
3混凝土微观性能试验
3.1 扫描电镜试验
试验方法:采用中科仪的2800型扫描电镜进行试验。仪器工作状态:22 keV和100 mA, 工作距离约为7 mm。
试验结果:3 d时基准组中水泥颗粒周围有许多水化产物, 浆体结构比较致密。到28 d龄期时水化产物相互交错, 结构更加致密。而掺入磨细矿渣组中的磨细矿渣颗粒3 d龄期时周围有少量针状Aft相从矿渣表面向孔隙生长, 这可能与矿渣含有的Al2O3与Ca (OH) 2、CaSO4反应形成Aft有关, 到28 d龄期时, 矿渣颗粒边缘由于水化变得模糊, 与周围的胶凝产物几乎融为一体。
由此可以看出掺矿渣混凝土的早期水化热低, 水化放热速率慢, 但其后期水化速度增长较快, 磨细矿渣在水泥水化硬化过程中反应活性较大, 在水化早期就参与反应, 形成较多的胶凝产物, 提高浆体为结构的密实度, 减少了Ca (OH) 2在浆体中的含量, 也改善了Ca (OH) 2的存在形态。
3.2 孔隙率试验
3.2.1 试验方案
试验使用美国康塔公司的PoreMaster-60型测孔仪。可测量直径在1 000～0.003 5 μm (35undefined) , 数据处理时取湿润角为140°, 表面张力为0.480 N/m。制作尺寸为150 cm×150 cm×150 cm的混凝土试块, 养护到60 d龄期, 取出用锐利的刀批成小块, 放入烘箱内烘干, 干燥后供试验用。
3.2.2 试验结果及分析
试验结果见表10, 本文采用参考文献[1]的划分方法:
胶凝孔 (<100undefined) , 毛细孔 (100undefined～5 μm) , 大孔 (>5 μm) 。
根据以上对孔隙的分类, 可知:矿粉的掺入显著改善了混凝土浆体的孔隙结构, 使得大孔减少而微孔增多。随着矿粉的加入, 小于10 nm的胶凝孔明显增多, 这对改善混凝土性能起到很好的作用。
4混凝土耐久性试验
4.1 抗冻试验
4.1.1 试验方案
混凝土设计抗冻等级 为F150, 抗冻试验按照DL/T5150—2001[2]中快冻法进行。试验采用快冻法由全自动快速冻融试验机完成, 试验龄期为28 d, 混凝土中心冻融温度为 (-17±2) ～ (8±2) ℃, 1次冻融循环时间为3～4 h, 每50次循环测试1次。混凝土冻融破坏的控制指标为相对动弹性模量和重量损失率。当相对动弹性模量降至60%或重量损失率达到5%时的冻融循环次数即为该种混凝土的抗冻标号。
4.1.2 试验结果及分析
试验结果见表11, 混凝土整体具有良好的抗冻性, 而用60%磨细矿渣等量取代水泥的混凝土抗冻性能得到明显的提高。与基准组KO0相比, 掺入60%磨细矿渣的KO60组抗冻等级达到F300, 而基准组只达到了F200。与基准组相比, 掺入大掺量磨细矿渣后, 混凝土的相对动弹性模量损失明显减小, 说明掺入磨细矿渣对混凝土抗冻性能的改善比较明显。
4.2 抗渗试验
4.2.1 试验方法
C25混凝土抗渗设计等级为W6, 试验龄期为28 d。抗渗试验按DL/T5150—2001中规定的逐级加压法及恒压法进行。逐级加压法试验时水压从0.1 MPa开始, 以后每隔8 h增加0.2 MPa水压, 并随时注意观察试件端面情况。当6个试件中有3个试件表面出现渗水时, 即停止试验, 计算抗渗等级。恒压法试验时, 将水压力一次加到1.0 MPa, 同时记录时间, 在此压力下恒定24 h然后降压, 破型, 记录渗水高度。
4.2.2 试验结果及分析
不同配比混凝土抗渗试验结果见表12, 试验结果表明, 试验配合比混凝土抗渗性能均能满足相应的设计要求指标。从渗水高度看, 磨细矿渣的掺入降低了混凝土平均渗水高度, 说明磨细矿渣的掺入能够发挥填充作用, 改善混凝土中孔隙情况, 有助于改善混凝土的抗渗性能。
4.3 抗氯离子渗透试验
4.3.1 试验方法
混凝土抗氯离子渗透试验试件尺寸为直径100 mm、厚60 mm的圆盘混凝土试件。试件成型后, 送入养护室养护, 24 h后拆模 (保留语试件紧贴的塑料圈) , 用钢丝刷刷毛两端面后, 试件连塑料圈一起放在盛有 (20±3) ℃饱和氢氧化钙塑料桶中养护24 h。取出试件再在 (20±3) ℃饱和氢氧化钙溶液中养护26 d。26 d后取出试件, 参照DL/T5150—2001中混凝土抗氯离子渗透快速试验方法进行试验。
4.3.2 试验结果及分析
混凝土抗氯离子渗透试验结果列于表13。从表可以看出:在混凝土中掺入矿粉对混凝土氯离子渗透系数有很大影响。以P.O42.5水泥, 0.45水灰比为例, 空白组KO0氯离子渗透系数为3.64×10-12 m2/s, 以60%磨细矿渣取代水泥后, 氯离子渗透系数降至1.09×10-12 m2/s。可见, 磨细矿渣可以明显改善混凝土结构抗氯离子侵蚀的耐久性能。
4.4 抗碳化试验
4.4.1 试验方法
碳化试验按照DL/T5150—2001中碳化试验的要求进行。试件采用标准养护28 d进行碳化试验, 试验箱内二氧化碳浓度 (20±3) %, 箱内相对湿度 (70±5) %, 试验温度 (20±5) ℃。
4.4.2 试验结果及分析
试验结果见表14, 从表中可以看出, 混凝土强度越高, 混凝土越密实, 其在相同条件下抗碳化能力越高。混凝土早期碳化速度较快, 后期碳化速度有所放缓。混凝土中掺入磨细矿渣后, 抗碳化能力均有不同程度的降低。
5结语
(1) 混凝土中掺入磨细矿渣可以改善混凝土微观结构, 增强混凝土结构致密性, 提高混凝土耐久性能。
(2) 磨细矿渣可以改善混凝土和易性, 早期水化放热少, 可以减少混凝土裂缝的产生。
(3) 磨细矿渣的掺入对抗碳化性能稍有影响, 对提高混凝土的抗氯离子渗透能力效果显著。
(4) 在抗冻性及抗渗性方面, 由于掺入磨细矿渣能够改善混凝土孔隙结构, 提高混凝土结构的致密性, 因此可以提高混凝土的抗冻及抗渗性能。
摘要：南水北调中线混凝工程采用骨料存在疑似碱活性问题, 局部地段地下水位偏高, 存在地下水侵蚀问题。为了有效抑制以上存在问题, 对大掺量磨细矿渣技术进行研究。试验结果表明, 大掺量磨细矿渣技术能够提高混凝土密实性, 改善混凝土中孔隙大小及分布, 有效抑制骨料碱活性, 提高混凝土抗氯离子侵蚀能力。
关键词：混凝土,大掺量磨细矿渣,耐久性能,南水北调
参考文献
[1]赵铁军, 朱金铨, 冯乃谦.混凝土孔隙分析中的表征参数.水泥基复合材料科学与技术, 1999 (3)
[2]DL/TT5150—2001水工混凝土试验规程
大掺量磨细矿渣 篇2
混凝土的轴心抗压是最重要的力学指标。它不仅是决定混凝土轴心抗压强度的唯一依据, 还是确定其他力学特性 (例如弹性模量、峰值应变、延性指标、破坏形态、变形等) 的特征和数值的最主要因素。混凝土应力-应变全曲线 (包括上升段和下降段部分) 是混凝土受压性能和指标的综合性宏观反应。曲线的几何形状和特征点反映了混凝土受压后的变形, 裂缝发展, 损伤积累和破坏等全过程中各个阶段的特性。
1 试验方案
1.1 测试方法
到目前为止, 进行混凝土应力应变全曲线试验研究的方法可以分为以下两大类[1]:
第一类:闭环电液伺服控制系统。
这种方法采用目前最先进的闭环电液伺服控制系统进行应力应变全曲线的试验。闭环电液伺服控制系统可分别以荷载和变形为自变控制量, 通过一套闭环反馈控制系统自动地在试验中实现精确控制。在测定混凝土应力应变曲线时, 采用常应变增量作为控制标准。
第二类:附加刚性元件。
这类方法的基本原理:在普通试验机上进行试验时, 将具有一定刚度的元件和试件并联在一起, 共同受力、变形, 用以提高试验装置的整体刚度。这类方法的优点是通过制作一些简单的设备元件, 利用现有设备, 较方便的获得稳定的混凝上应力-应变全曲线。
1.2 试验方案
以不掺粉煤灰的混凝土为基准组, 以掺入30%, 40%, 50%, 60%粉煤灰混凝土和磨细粉煤灰混凝土为对比组。在混凝土拌和物工作性符合要求的基础上, 制作标准试件, 成型并养护, 分别测定56d的混凝土棱柱体抗压强度及立方体受压应力应变全曲线。此试验中用F表示未经粉磨的粉煤灰混凝土, MF表示粉磨45分钟的粉煤灰混凝土, 用J0表示未掺粉煤灰的基准混凝土。
1.3 试验配合比选取
通过掺入原状粉煤灰 (I级) 和I级粉磨45分钟的粉煤灰, 不同的粉煤灰掺量下混凝土力学性能的对比, 以确定合适的粉煤灰掺量。
①初选水胶比为0.4;②为使试验结果具有可比性, 保持相同的水胶比、胶凝材料及混凝土配方的水量的前提下, 只改变粉煤灰的用量, 粉煤灰等量取代水泥的比例分别为30%, 40%, 50%以及60%;③试验中, 减水剂的量可以根据需要适当调整, 使混凝土的和易性良好, 拌合物不离析, 初始塌落度应控制在适宜泵送施工的范围, 即160~220mm的范围;④在保证混凝土性能要求条件下, 尽可能地提高粉煤灰取代水泥率, 降低生产成本。
1.4 试验仪器
①DHDAS动态信号采集分析系统:该仪器有八个测试通道, 可以接多种传感器, 可以对多种频率的信号进行动态采集, 它与计算机连接使用, 采集荷载和应变数据。将采集的数据实时的保存在计算机的硬盘上。②压力传感器及压力机。
2 实验结果
为确定粉煤灰混凝土的立方体和棱柱体抗压强度之间的关系, 并探讨粉煤灰掺量和细度对立方体抗压强度、峰值应变、弹性模量的影响, 共进行9组100mm×100mm×100mm的立方体试块和9组100mm×100mm×300mm的棱柱体试块的抗压试验。各试件的抗压结果如表3所示。试验中未磨粉煤灰混凝土用F表示;磨细粉煤灰混凝土用MF表示;R2表示水胶比为0.35 (其它未说明的均为0.4) ;棱柱体抗压强度用fc表示, 立方体抗压强度用fcu表示。
本文就有限的数据对粉煤灰混凝土应力-应变全曲线的数值表达式进行探讨。将根据试验结果将粉煤灰混凝土立方体受压的应力应变曲线加以简化以便应用。经回归分析, 得到掺磨细粉煤灰混凝土的应力-应变本构关系为:
其中:A=0.3764+0.021fcu+0.611F,
fcu立方体抗压强度, F粉煤灰掺量百分数。
3 结论
随着粉煤灰掺量的提高, 尽管上升段和峰值应变的变化不很显著, 但是下降段的形状有较大的差异。当I级粉煤灰掺量为30%时粉煤灰混凝土强度最高, 下降段的坡度变缓, 即应力下降相同幅度时变形较小, 延性较差;粉煤灰掺量达到50%时, 下降段的坡度最缓, 即应力下降相同幅度时变形最大, 延性最好;当掺量为60%时粉煤灰混凝土强度最低, 下降段的坡度最陡, 即应力下降相同幅度时变形最小, 延性最差。因此从强度角度考虑选用掺量为30%最好, 从变形角度考虑选用掺量为50%最好。
当I级磨细粉煤灰掺量为40%时粉煤灰混凝土强度最高, 下降段的坡度最缓, 即应力下降相同幅度时变形最大, 延性最好。当掺量为60%时粉煤灰混凝土强度最低, 下降段的坡度最陡, 即应力下降相同幅度时变形最小, 延性最差。因此从强度和变形两方面考虑选用掺量为40%最好。
由上面分析可见粉煤灰的加入改善了试件的破坏过程, 提高了试件的变形性能。
摘要：普通混凝土和高强混凝土的应力应变曲线, 国内外已开展了大量的研究。但有关掺磨细粉煤灰混凝土应力应变全曲线资料却不多见, 本文配合粉煤灰混凝土的推广应用, 对其单轴受压性能及应力应变关系进行试验研究, 同时给出了适用于不同强度等级掺磨细粉煤灰混凝土受压应力应变全曲线的统一数学表达式, 与试验曲线吻合较好, 可供进一步研究参考。
关键词：磨细粉煤灰,混凝土,应力应变,曲线,试验研究
参考文献
[1]单波.活性粉末混凝土基本力学性能的试验与研究.2002, 18～33.
[2]过镇海.混凝土强度和强度变形试验基础和本构关系.北京:清华大学出版社, 1997.
[3]王志军, 蒲心诚.超高强混凝土单轴受压性能及应力应变曲线的试验研究[J].重庆建筑大学学报, 2000, (5) :27-33.
[4]俞茂宏.强度理论新体系[M].西安:西安交通大学出版社, 1992, 56～81.
大掺量磨细矿渣 篇3
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
[1] Basheer L,Kropp J,Cleland D J.Assessment of the durability of concrete from its permeation properties:a review.Construction Building Materials,2001;15:93-103
[2]丁红霞,方永浩,陈烨.大掺量矿渣粉胶凝材料的研究.将林华主编.水泥工程海洋工程新材料新技术.南京:河海大学出版社, 2006:188-192
[3]丁红霞.大掺量矿渣粉-水泥基胶凝材料和混凝土性能及其优化的研究.南京:河海大学,2007
[4]杨静.混凝土碳化机理及其影响因素.混凝土,1995;(6): 23-28
[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
大掺量磨细矿渣 篇4
近年来,随着GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准的出台,以及国内钢铁厂矿渣粉生产线的陆续投产,矿渣粉和粉煤灰双掺技术已经普遍被预拌混凝土企业所采用,但矿渣粉和粉煤灰的掺量一般较低,分别占胶凝材料总量的15%~18%左右,如果进一步提高掺量,将明显降低混凝土的早期强度,影响施工进度,尤其在冬季施工。大掺量矿渣粉混凝土尽管已在东海大桥、杭州湾跨海大桥等重大工程中应用,但主要用于生产蒸养预制构件,在一般工业和民用建筑中仍应用较少。
另一方面,我国冶炼渣年产生量约为3.15亿t,其中钢渣0.8亿t,矿渣1.9亿t,冶炼渣的综合利用率仅为55%,特别是钢渣的利用途径较少,主要用于工程回填和筑路,附加值较低。国家鼓励“推广生产钢铁渣复合粉作水泥和混凝土掺合料”[1]。因此,应加快研发钢渣矿渣双掺和大掺量应用技术。
本文以超细钢渣粉和脱硫石膏作为辅助胶凝材料和激发材料,与矿渣粉复配开发出一种新型钢矿渣复合粉。与普通混凝土相比,大掺量钢矿渣复合粉混凝土用于一般工业与民用建筑在技术经济上具有相当的优势。
1 试验原材料
1.1 主要原材料的化学成分
本文研究的新型钢矿渣复合粉主要由水泥、矿渣粉、钢渣粉、粉煤灰、脱硫石膏等原材料组成,各原料的化学成分见表1。
1.2 主要原材料的物理性能
水泥:P·O 42.5级水泥,物理指标性能见表2。
矿渣粉:S95矿渣粉,物理性能指标见表3。
超细钢渣粉:采用预粉磨、循环除铁、高细磨、选粉等工艺生产而成,比表面积大于600m2/kg,粒径小于30μm的颗粒含量占90%以上, 金属铁含量≤0.5%; 超细钢渣粉的生产能耗与矿渣粉基本一致 ,综合电耗小于70k Wh/t。
粉煤灰:Ⅱ级C类粉煤灰,其物理性能指标见表4。
1.3 其它原材料
外加剂:聚羧酸类减水剂。
石:5~25mm连续级配碎石。
砂:细度模数为2.6的中砂。
2 试验方法
2.1 混凝土的拌合
试验用混凝土的拌合采用强制式搅拌机进行搅拌,符合行业标准JG 244-2009《混凝土试验用搅拌机》的规定,搅拌方法与现场施工采用的方法相同。
2.2 拌合物性能
含气量、坍落度、凝结时间、拌合物表观密度试验按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的规定进行。
2.3 力学性能
抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量试验按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定进行。
2.4 耐久性
自收缩、收缩、抗冻、碳化、抗渗、电通量、抗氯离子渗透试验按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的规定进行。其中,自收缩值的测定采用CABR-NES型非接触式混凝土收缩变形测试仪。当试件初凝时,开始测读试件左右两侧的初始读数,此后每隔10min测定试件两侧的变形读数。
3 试验结果与分析
3.1混凝土配合比
为了对比试验结果,表5中的三组C50混凝土配合比的胶凝材料和粉煤灰用量、外加剂掺量、用水量均一致,其中P-50为普通混凝土(矿渣粉掺量18%)、K-50为大掺量矿渣粉混凝土 (矿渣粉掺量42%)、G-50为大掺量钢矿渣复合粉混凝土 (钢矿渣复合粉掺量42%)。
3.2 拌合物性能试验
三组混凝土拌合物的各项性能指标见表6所示。
由表6可知,三组混凝土拌合物的性能基本一致,其中大掺量钢矿渣复合粉混凝土的初始坍落度较大,凝结时间略长,有利于施工。
3.3 力学性能
三组混凝土的力学性能见表7所示。
由表7可知:
(1) 大掺量矿渣粉混凝土的3d、28d抗压强度比普通混凝土降低约15%,90d抗压强度降低7%,28d劈裂抗拉强度则降低25%。
(2)大掺量钢矿渣复合粉混凝土的强度明显提高, 与普通混凝土相比,3d抗压强度高出4%,28d强度仅下降7%,90d抗压强度、28d劈裂抗拉强度与普通混凝土持平。
(3)三组混凝土的弹性模量基本相同。
(4) 由于超细钢渣粉和脱硫石膏的掺加 , 弥补了矿渣粉混凝土早期强度低的缺点,满足施工时混凝土脱模的要求,有利于大掺量掺合料混凝土的实际应用。
3.4 耐久性
(1)自收缩
由CABR-NES型收缩变形测定仪提供的自动采集和处理数据功能,得出三组混凝土从初凝开始的自收缩值,见图1所示。
由图1可知,大掺量矿渣粉混凝土、大掺量钢矿渣复合粉混凝土的自收缩明显低于普通混凝土,其中, 大掺量钢矿渣复合粉混凝土的自收缩最低,这是由于钢渣中的游离氧化钙、脱硫石膏的SO3成分起到了补偿收缩的作用。由于大掺量钢矿渣复合粉混凝土的自收缩低而早期强度较高,其抗裂性得到改善。
(2)收缩
三组混凝土的收缩值见表8所示。
由表8可知,大掺量矿渣粉混凝土和大掺量钢矿渣复合粉混凝土的7d、28d收缩值一致, 均低于普通混凝土,这与自收缩试验结果吻合。
(3)抗冻性
采用慢冻法,完成50次冻融循环,测定抗压强度损失率和质量损失率,试验结果见表9。
由表9可以看出,三组混凝土的抗冻等级均超过了D50,显示出良好的抗冻性能。其中,大掺量矿渣粉混凝土的强度损失较大,抗冻性略差。而大掺量钢矿渣复合粉混凝土的重量损失和强度损失最低,抗冻性最好。这与其掺加了超细钢渣粉,结构体致密有关。
(4)抗碳化性
在二氧化碳浓度为 (20±3)%的标准条件下,测定混凝土28d碳化深度,以表征混凝土的抗碳化能力及对钢筋的保护作用。试验结果见表10。
国内外的研究认为,CO2浓度对混凝土碳化的影响可表示为碳化深度d浓度c的平方根成正比,即:
式中:c1———加速碳化试验的CO2浓度(20%);
t1———加速碳化时间(x/365)a;
c2———空气中CO2浓度(0.03%);
t2———空气中自然碳化时间。
以钢筋的混凝土保护层d2=20mm为例,依据加速碳化28d的碳化深度d1,由上述公式可以估算出在非加速碳化的条件下,混凝土碳化深度超过钢筋保护层厚度所需要的时间t1, 即混凝土对钢筋钝化膜的保护作用失效的时间t2。经计算,以上三种混凝的t2=5114a,说明三种混凝土均结构致密,抗碳化性能良好。
(5)抗渗性
三组混凝土的抗渗性试验结果见表11。
由表11可见,大掺量矿渣粉混凝土、大掺量钢矿渣复合粉混凝土的抗渗性与普通混凝土一致,抗渗性能良好。
(6)电通量
在直流电压作用下,氯离子通过混凝土试件向正极方向移动,以测定流过混凝土的电荷量来反映渗透混凝土的氯离子量。三组混凝土的电通量试验结果见表12。
根据有关标准,当6h电通量为500~1000C时,混凝土的氯离子渗透性非常低[2]。由表12可知 ,大掺量钢矿渣复合粉混凝土的电通量明显低于普通混凝土和大掺量矿渣粉混凝土,这是由于前者含有超细钢渣粉,硬化体结构更加致密。
(7)氯离子扩散系数
三组混凝土的氯离子扩散系数见表13所示。
由表13可见,大掺量掺合料混凝土、大掺量钢矿渣复合粉混凝土的氯离子扩散系数均低于普通混凝土。其中,大掺量钢矿渣复合粉混凝土的氯离子扩散系数最低,与电通量试验结果相吻合。
4 结语
(1)大掺量钢矿渣复合粉混凝土的强度 ( 尤其是早期强度)与普通混凝土持平,并明显高于大掺量矿渣粉混凝土,钢矿渣复合粉的掺入有效解决了大掺量矿渣粉混凝土早期强度低的问题。从施工角度而言,有利于该技术成果的推广应用。
(2)大掺量钢矿渣复合粉混凝土的早期自收缩和收缩值较低,抗裂性较好,并且硬化混凝土的耐久性(抗冻性、电通量、氯离子渗透性等)明显优于普通混凝土和大掺量矿渣粉混凝土。
(3)大掺量钢矿渣复合粉混凝土充发挥了超细钢渣粉和脱硫石膏的超细填充及活性激发作用,其协同作用提高了混凝土的各项性能指标。
摘要：对普通混凝土、大掺量矿渣粉混凝土和大掺量钢矿渣复合粉混凝土分别进行了基本性能试验研究,包括塑性混凝土性能、硬化混凝土力学性能和耐久性。试验结果表明,大掺量钢矿渣复合粉混凝土具有早期强度高、塑性收缩和干缩低、耐久性好等特点。
关键词：普通混凝土,大掺量矿渣粉混凝土,大掺量钢矿渣复合粉混凝土,力学性能,耐久性
参考文献
[1]国家发展改革委.大宗固体废物综合利用实施方案.发改环资[2011]2919号.