超细复合掺合料在水泥和不同强度等级混凝土中的应用研究.pdf
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1、-6-2023.No.110引言矿物掺合料在高性能混凝土中已成为不可或缺的一部分1,在混凝土中发挥优异的形态效应、活性效益和微集料效应2,可大幅改善混凝土的综合性能。各类矿物掺合料由于活性组分含量、化学组成、物理形态、细度3-4等存在差异,对混凝土性能的提升程度也不尽一致,各有其长短处。相比较于单一矿物掺合料,不同的矿物掺合料复合化使用可弥补单一矿物掺合料存在的不足,发挥多元材料存在的超叠加效应,复合掺合料是现代混凝土矿物掺合料技术发展的重要方向5。近些年来,随着粉体粉磨工艺的发展,矿物掺合料超细化发展已成为新的研究热点。矿物掺合料超细后能提高粉料的比表面积,增加可供反应的活性点,且更有利于活
2、性组分的溶出。杨泽波等6研究表明,矿粉、粉煤灰经超细化后可显著降低需水量并且提高胶凝活性;程福星等7发现掺合料比表面积的增大,可改善水化产物结构,在水泥基材料体系中使得更多的薄板状Ca(OH)2转化为针状钙矾石,提高水泥基材料的密实度,从而改善宏观力学性能。本文研究了超细复合掺合料对水泥、不同强度等级混凝土及超高性能混凝土的影响,可为超细复合掺合料在水泥和混凝土的工业化应用提供参考。1试验原材料与方法1.1原材料本研究采用的水泥包括辽宁抚顺水泥股份公司的P I 42.5水泥和内蒙古某水泥公司P O 42.5水泥,水泥化学组成见表1;超细复合掺合料由50%的S95矿渣微粉和50%的原状粉煤灰组成
3、,通过具有特殊级配研磨体的超细球磨机粉磨50 min制备得到,粉超细复合掺合料在水泥和不同强度等级混凝土中的应用研究王明荃1,尹韶宁2,潘栋2,郭迎宾1,袁鹏2,王娜1,3(1.大唐同舟科技有限公司,北京100040;2.建筑材料工业技术情报研究所,北京100024;3.大唐国际发电股份有限公司 高铝煤炭资源开发利用研发中心,内蒙古鄂尔多斯010321)摘要:本研究采用的超细复合掺合料由50%的S95矿粉和50%的粉煤灰组成,经过超细球磨机混合粉磨得到,探索了超细复合掺合料在水泥、不同强度等级混凝土及超高性能混凝土的应用方式,研究了其对水泥和混凝土性能的影响。研究表明:超细复合掺合料能替代10
4、%20%的成品P O 42.5水泥,水泥3 d强度不降低,28 d抗折和抗压强度分别提高0.5 MPa和10 MPa以上,其他性能均能符合标准要求;在C30、C50和C80强度等级混凝土中超细复合掺合料完全替代矿粉,可提高混凝土的流动性和抗压强度,C30强度等级混凝土的耐久性能得到明显改善;在超高性能混凝土中超细复合掺合料替代20%50%的水泥,超高性能混凝土流动性和28 d抗压强度均先增加后降低,替代量40%时为最优。关键词:超细复合掺合料;水泥;混凝土;超高性能混凝土Abstract:The ultrafine composite admixture used in this study
5、is composed of 50%S95 mineral powder and 50%fly ash,which is obtained by mixing and grinding with ultrafine ball mill.The application mode of ultrafine composite admixture in cement,concrete of different strength grades and ultra-high performance concrete was explored,and its influence on the proper
6、ties of cement and concrete was studied.The results showed that the superfine composite admixture can replace 10%20%of PO 42.5 cement,the 3 d strength of cement does not decrease,the 28 d flexural strength and compressive strength increase by more than 0.5 MPa and 10 MPa respectively,and other prope
7、rties can meet the standard requirements.In the C30,C50 and C80 strength grade concrete,the ultrafine composite admixture completely replacing the mineral powder can improve the fluidity and compressive strength of concrete,and the durability of C30 strength grade concrete is obviously improved.When
8、 the ultra-fine composite admixture replaces 20%50%cement in ultra-high performance concrete,the fluidity and 28 d compressive strength of ultra-high performance concrete increase first and then decrease,and the replacement amount of 40%is the best.Key words:ultrafine composite admixture;cement;conc
9、rete;ultra-high performance concreteFirst authors address:Datang Tongzhou Technology Co.LTD.,Beijing 100040,China中图分类号:TU528.041文献标志码:A文章编号:1002-9877(2023)11-0006-05DOI:10.13739/12-1899/tq.2023.11.0022023.No.11-7-王明荃,等:超细复合掺合料在水泥和不同强度等级混凝土中的应用研究 表1原材料化学组成%样品SiO2Al2O3CaOFe2O3TiO2SO3MgONa2OK2OP2O5MnOP
10、 I 42.5水泥20.584.9763.573.762.002.290.53P O 42.5水泥20.834.6964.883.450.463.560.59粉煤灰46.0441.014.633.881.630.580.590.240.770.220.04矿粉30.4514.3638.901.441.702.737.320.410.500.030.65煤灰和矿渣微粉化学组成见表1,矿物组成见图1和图2,超细复合掺合料基本性能和粒度分布分别见表2和图3;混凝土用砂为机制尾矿砂,细度模数为2.8;石子为530 mm连续级配碎石;硅灰为甘肃三远硅材料有限公司产,规格型号为SY-90U,SiO2含量9
11、0%,密度200250 kg/m3;消泡剂为日本艾迪科(ADK)生产的水泥砂浆用粉末消泡剂B328F;配制C30、C50和C80混凝土外加剂为北京某厂生产,为聚羧酸减水剂,固含量为12%,减水率20%。配制超高性能混凝土用减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸减水剂母液,固含量40%;钢纤维为镀铜微丝钢纤维,长度1214 mm,直径0.150.20 mm,抗拉强度大于2 850 MPa;膨胀剂为氧化钙类膨胀剂,推荐掺量1%3%。01020304050607080905333343333222225112/()11-石英2-刚玉3-铝酸钙4-斜绿泥石5-氧化铝图1粉煤灰矿物组成2/()
12、0102030405060708090图2矿粉矿物组成表2超细复合掺合料和矿粉基本性能名称比表面积/(m2/kg)流动度比/%活性指数/%7 d28 d90 d超细复合掺合料80610080105116S95矿粉41010068104118100806040200累积分布/%微分分布/%141210864200.010.1110100 1 000粒径/m0.010.1110100 1 000粒径/m矿粉超细复合掺合料矿粉超细复合掺合料图3超细复合掺合料和矿粉粒度分布1.2试验方法及配合比超细复合掺合料的活性指数、流动度比等按照T/CMBF 1942022超细复合矿物掺合料 规定的方法进行;水泥
13、的标准稠度用水量、凝结时间按GB/T 13462011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法进行;水泥强度按照GB/T 176712021水泥胶砂强度检验方法(ISO法)进行;按照GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准测试混凝土的抗压强度;按照GB/T 500822009普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准规定的方法测试混凝土的抗碳化性能、抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性能,混凝土配合比见表3;按照T/CECS 8642021超高性能混凝土试验方法标准 规定的方法测试超高性能混凝土的抗压强度,超高性能混凝土配合比见表4。2试验结果与讨论2.1超细复合掺合料对水泥性能的
14、影响将超细复合掺合料分别替代10%、20%、25%、30%、40%的P O 42.5水泥,研究了超细复合掺合料的掺量对成品P O 42.5水泥强度、标准稠度用水量、凝结时间、细度的影响。试验结果见表5。由表5可知,P O 42.5水泥中掺入10%40%超细复合掺合料后,3 d抗折强度能保持与纯水泥相当的水平,3抗压强度随着替代量的增加而逐渐降低,且在替代量为10%时,较纯水泥组提高了0.9 MPa;-8-2023.No.11表6混凝土工作性能和抗压强度试验结果强度等级类型新拌混凝土工作性能抗压强度/MPa坍落度/mm扩展度/mm3 d7 d28 d56 d90 dC30基准组23056016.
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