超细活性硅粉对混凝土的物理力学性能影响研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 5期 (总 第 2 5 9 期 ) Nu mb e r 5i n 2 0l 1 ( To t a l No 2 5 9) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及 辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 3 6 超细活性硅粉对混凝土的物理力学性能影响研究 陈友治 ,许闽,宋正林 ,李儒光 ,林 家超 ( 武汉理 大学 硅酸盐 材料 L = 程教育部重点实验室 ,湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要 : 介绍 r一
2、种新 型高火 山灰活性 的超细矿物掺合 料一 超细活性硅粉。 首先, 用胶砂强度法测 定 , 陔矿物掺合料 的火 山灰活性 。 随后 , 进行了 一 系列不同掺合料 、 不同掺 量的混凝土对比试验 , 并用 X R D等测试手段定性 比较了上述 混凝 土试件水泥石 中的氧氧化钙含量。 试验 结果表明: 超细活性硅粉具有较 高的火山灰活性 一 在适合掺量的条件 F, 能大幅提 高混凝 土拌 合物的工作性能及混凝 土材料的力学性能 。 在混凝土中以等量取代的方式适量取代水 泥 , 能明 降低混凝土 中水泥石基体的氢氧化钙含量。 关键词 : 超细活性硅粉 ;掺量 水化 产物组 成;徽填 充效 应 中
3、图分类号: T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编 号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 01 0 5 0 4 E ffe c t o f s upe r f i n e a cti ve s i l i c a po wder on t he c onc r e t e pr o per t i e s o f phy si c a l a nd mec h ani c a l be ha vi or C HEN You z h i X UM i n, S ONG Zh e n g - l i n, LI Ru - g u a n g, LI
4、 N J i a c h a o ( Ke y L a b o r a t o r y o f S i l i c a t e Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , Mi n s t a r y o f E d u c a t i o n , Wu h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Wu h a n 4 3 0 0 7 0 , C h i n a ) Abs t r a c t : A n c wt y pe o f c o n c r e t
5、 emi n e r a l a d mi x t u r e : S u p e r fin e a c t i v e s i l i c ap o wd e r( S S P) wa s s t u d i e d Fi r s t t h ep o z z o l a ni c a c t i v i t yo fS S Pwa s d e t e r mi n d e d b y t h e m e t h o d o f mo t a r s t r e n g t h S u bs e q u e n t l y, a s e r i e s o f d i f f e r e
6、n t m i n e r a l a d mi x t u r e a n d c o n t e n t c o n c r e t e e x p e r i me n t s we r e b e e n t e s t - e dF i na l l y, t h e c o n t e n t o f CH i nt h e di ffe r e n t t y p e so f c o n c r e t ewa s c o mp a r e db yt h eme t h o do f XRDTe s t r e s u l t s h o ws t h a t : SS P
7、h a s a v e r yh i g hp o z - z ola n i c a c t i v i t y; c o n d j t i o n s i n t h e a p p r o p r i a t e mi xi n g a mo u n t , SS P c a n s i g ni fic a nt l y i mp r o v e t h e wo r k a b i l i t y o ffle s h c o n c r e t e m i x t u r e a n d t h e mc c h a n i c a l b e h a v i o ro f c
8、o n c r e t e; t h e c o n t e n t o f CH i nt h e c o n c r e t e c a nbe s i g i n i fic a n t r e d u c e d b y a d d i n g a p p r o pr i a t em i x i n g a mo u n t o f SS P Ke y w or ds : s u p e r fin e a c t i v e s i l i c a p o wd e r ; m i x i n g a mou n t ; h y d r a t i o n c omp o s i
9、 t i o n; m i c r o p a c ki n g e ffe c t ( ) 引 言 自 1 8 0年前波特 兰水泥问世 以来 , 混凝 土b 芟 为了人类世界 使用最大宗的人造材料。 2 0 0 9年世界水泥产量约为 2 8亿 t , 而 我国 2 0 0 9年 的水泥产量为 1 6 3亿 t , 占世界水泥产量 的 1 2以 上 , 约可 制混凝土 6 5 2亿 m 。 冈此 , 导致 了混凝 土建筑物 质量 大 、 原材料用量大 、 能耗高及运输量大等一 系列 问题 , 进而增 加 工程成本 。 另外 , 混凝 土材料 的耐久性问题也 不容忽视 。 目前 , 一 般混凝土
10、工程的使用年限为 5 0 1 0 0年。 闪此 , 正常使用期后 的维修丁程量及费用是极其巨大 的 。 为克服普通混凝土存在 的 诸 多缺 陷和不足 , 混凝土需要 向着 高强 及超高强 、 高耐 久和超 高耐久的方 向发展 2 _ 。 高性能化的混凝 土是 一种 新型的高技术 混凝 土 , 是 在大幅 度提高常规混凝土性能的基础上, 采用现代混凝土技术, 选用 优质原材料 , 在妥善的质量控制下制成的。 除采用 优质水 泥 、 集 料 和水外 , 必须采 用低 水胶 比和掺加足量 的矿物细掺料与高效 外加剂 。 在混凝土中 , 掺人活性矿物掺料。 单纯地掺入高效减水剂虽 能大幅度降低混凝土硬
11、化后的孑 L 隙率, 但是不能改善水泥浆体 硬化后水化产物的组成, 不能提高水化胶凝物质的质量。 掺入活 性矿物掺料, 即可达到这一目标 , 进一步提高混凝土的强度【3 l 。 本试验所讨论 的活性矿物掺 合料 ( 暂称超 细活性硅粉 , 简 收稿日期 :2 0 1 O - 1 l 一】 9 基金项 目:国家人防工 程项 目【 2 0 0 9 2 9 Z X 0 1 ) 称 s s P ) 是 一种原产 于安徽省庐江县的由火山灰沉积作用所生 成的硅质岩石 , 经简单粉磨和超细分级处理而得 到的超 细粉末 制品( 平均粒径 d = 1 5 3 tx m) 。 具有原矿易开采 、 粉料加 工能耗低
12、 、 综 合成本较 低等特点 。 前期 原材料分 析表 明 , S S P原 矿为具硅 藻土性质的结晶程度较低的二氧化硅矿物, 有颗粒结构细微均匀、 含少量蛋白石及次孑 L 洞发育等特征。 S S P的低结 晶程度 及次孔洞发育 等特征 , 可推断它应具有 一 定潜在的火 山灰活性。 为验证 S S P的潜在火山灰 活性 , 本试验 采用胶砂 强度 法 , 给出 了 S S P火 山灰 活性的量化指标 。 并 进一 步进行了一系列不同掺合料 、 不同掺量混凝土的对比试验, 以 检验 S S P对混凝土拌合物丁作性能、 硬化混凝土试件力学性能的 影响。 并用 XR D 等测试 手段分析 了超细活
13、性 硅粉 对混凝土性 能产生影 响的机理 。 1 试 验 1 1 原材料 水泥 【 C) : 试 验采用亚 东洋 房牌 P O 4 2 5级 水泥 , 比表 面 积 3 5 2 m 2 k g , 平均粒径 1 3 1 3 m, 表观密度 3 1 1 g c m , 化学 成 分 见表 1 ; S S P : 安徽庐 江产 天然硅 质材料 , 平 均粒径 1 5 3 u IT I , 表观密度 2 6 6 g c m , 化学成分列于表 1 , 粒径分布见表 2及图 1 : 硅 灰( S F ) : 艾肯 9 4级 硅灰 , 比表 面 积 3 0 0 0 0 m: k g , 平均粒 径 0
14、2 I x m, 表观密度 2 2 3 g c m , 化学成分见表 1 ; 水 : 饮用水 ; 粗集料: l 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m g 暑 、 艇 寒 羔 嘿 S SP 掺量 图 2 S SP掺量对 混凝土工作-陛能的影响 S S P 掺 量 图 3 S SP掺量对混凝土力学性能 的影响 对比不同龄期 , 同样以 1 0 等量取代水泥的 S S P和 s F 混凝 土。 3 d龄期 , S F混凝土的立方体抗压强度稍低于 S S P混凝土相 应值。 7 d龄期 , s F混凝土基
15、本 与 S S P混凝土相当。 2 8 d龄期 , s F 混凝土稍高 于 S S P混凝土相应值。 综合混凝 土拌合 物的丁作 性能及试 件 2 8 d的抗 压强 度 , 1 O 的 S S P掺量 的混凝土性能较 为优异 。 2 1 3 水化产物组成 ( X R D) A1 、 A3 、 A 6 试样的 2 8 d 水化产物的 X R D 图谱 , 如图 4所示。 由图 4可看 出: 纯水泥浆 ( A1 ) 2 8 d水化试样 的主要水化产 物是 C S H凝胶 、 氢氧化 钙( C H) 、 钙矾 石( A F t ) 及 大量未水化 的水泥熟料颗粒 C S和 B C : S ; 掺 1
16、 0 S S P水泥浆 ( A3 ) 2 8 d水 化试样的主要水化产物是 C S H凝 胶 、 氢 氧化 钙( C H) 、 钙矾石 ( A F t ) 、 超细活性硅粉中未参与水泥水化的 石英及大量未水化 的水泥熟料颗粒 C S和 B C 。 S ; 掺 1 0 S F水 泥浆( A6 ) 2 8 d 水 化 试样的水化产物类型基本与纯水泥浆类似 。 上述 3 种不 同试样 水化 2 8 d , 不 同矿物组成的比例有 明显的不同 , 以 C H在 4 9 0足 处 的特征峰为例 , A1 的强度最强 , A3 次之 , A6 最弱。 可 以推测 , 上述 2 8 d水化试样中, Al 的
17、氢氧化钙 ( C H)含量最高 , A 3次 之 , A6 最低 。 2 2 分 析及讨 论 2 2 1 工作性能 纯水泥混凝 土( P ) 、 1 O S S P混凝土 ( S P 1 0 ) 及 1 O S F混凝 1 00 8O 60 4 0 2O 0 1 OO 80 6 0 40 2O O 10 0 8 o 60 4 0 2 o 0 2 o ( 。 ) ( c ) A1 2 8 d 图 4不 同掺合料的水泥硬化浆体水化 2 8 d X RD图 土 ( S F 1 0 ) 的 _ 作性 能 比较如下 : S S P 1 0 P S F I O , 这与超 细矿物 掺合料的减水增塑效果有关
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