1、文章编号:1 0 0 7 0 4 6 X( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 3 5 0 4 壤赫 超细矿粉对水泥和混凝土性能影响研究 S t u d y o f E ff e c t o f U l t r a fi n e S l a g o n C e m e n t a n d C o n c r e t e P e r f o r m a n c e 翟伟 ,李建华 ,王振兴 ,杨钱荣 ( 1 上海宝钢新型建材科技有限公司,上海2 0 1 9 0 0 ;2 同济大学材料科学与工程学院,上海2 0 1 8 0 4 ) 摘要: 研究了不同细度矿粉对水泥强度、流动度等性能的影响。将不同超
2、细矿粉掺量用于P HC管桩混凝土,在常 压蒸养和高压蒸养两种养护条件下进行性能对比研究,结果表 明:在蒸养条件下,掺入超细矿粉可较大幅 度提 高混凝土的早期强度 ,且后期 强度持 续增长。通过提 高混凝 土中胶凝材料的用量可实现掺超细矿粉 P HC管桩的免压蒸养生产。 关键词: 超细矿粉、强度、P HC管桩 、免压蒸养护 中图分类号 :TU5 2 8 0 4 3 文献标志码 :A 0 前 言 粒化高炉矿渣是在高炉冶炼生铁时,所得以硅铝酸 盐为主要成分的熔融物,经淬冷成粒后,具有潜在水硬 性的材料,其主要化学成分为 S i O 、A I 0 和 C a O等,通 过不同的生产工艺对矿渣进行加工可
3、得到不同的矿粉系 列产品。在配制混凝土时,加入一定量矿物掺合料不仅 可以节约水泥,对改善混凝土的工作性能,改善混凝土 的内部结构和提高混凝土 的力学性能有着显著的作 用 t l - 5 1 。通常使用的掺合料多为活性矿物掺合料,具有能 够改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土硬化后的密 实性、抗渗性和强度等性能,因此目前较多的工程中使 用活性矿物掺合料 6 。 1 原材料及试验方法 1 1 原料 ( 1 ) 水泥:超细矿粉活性测试用水泥为海豹 P 0 4 2 5 水 泥,R 3 = 2 7 9 M P a ,R 7 = 3 6 4 M P a ,R 2 8 = 5 1 4 M P a 。P H
4、C 管 桩 用 水 泥 为 海 螺 P I I 5 2 5水 泥,R 3 = 3 4 5 M P a , 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助 R7 = 4 4 3 MP a,R2 8 = 6 0 1 MP a 。 ( 2 ) 矿粉:上海宝田新型建材公司生产 $ 9 5 、S 1 0 5 、 S 1 1 5 矿渣微粉。化学成分见表 1 。 表 1 矿粉化学成分 ( 3 ) 砂:厦门艾思欧标准砂。 ( 4 ) 减水剂 : 浙江五龙 萘系高效减水剂。 ( 5 ) 水 : 实验室自来水。 1 2 试验方法 1 2 1 粒度分布 采取激光粒度分析的方法,使用库尔特激光粒度分析 仪,使用酒精作
5、为分散介质进行颗粒分布分析。 1 2 2 矿粉性能试验 按照 G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 8 用于水泥和混凝土中的粒 化高炉矿渣粉进行。 1 2 0 1 6 粉煤灰 3 5 1 3 混凝土试验方案 1 3 1 相同胶凝材料用量下混凝土试验 本试验采用 P H C管桩混凝土配合比为基准,用 s l 1 5 超细矿粉分别替代 3 0 、4 0 和 5 0 的水泥,采用普通 蒸汽养护和高压蒸汽养护两种方式 ,蒸汽养护压力为 4 M P a ,蒸养时间为 6 h ,蒸养结束后测定 1 d 、2 8 d混凝 土强度。配合比见表 2 。 表 2 相同胶凝材料用量下混凝土配合比、 k g m
6、 1 - 3 2 不同胶凝材料用量下混凝土试验 目前大部分企业在进行 P H C管桩生产时需进行高压 蒸汽养护。该生产操作工艺复杂并且能源消耗较高。为 使 P H C管桩达到免压蒸养条件,通过胶凝材料用量进行 调整, 研究不同胶凝材料用量对混凝土强度的影响,其 他试验条件与上述相同,具体配合比见表 3 。 表 3 不同胶凝材料用量下混凝土配合比 k g m 2 试验结果与讨论 2 1 粒度分布 粒度分布见图 1 一图3 ,化学成分见表 1 。 粒径 u m 图 l $ 9 6 矿粉粒径分布 3 CoAL AsH 1 2 01 6 粒度分布图 厂 f | f 一 图2 S 1 0 6 矿粉粒径分
7、布 粒度分布图 , , - , l | 厂 , I 0 2 O 5 1 2 5 1 0 2 0 5 0 1 0 0 2 0 0 5 0 0 粒径 u m 图 3 S 1 1 5 粒径分布 从图 1、图2 、图 3 可以看出$ 9 5矿渣微粉的颗粒分 布在 0 8 0 IX m, D 9 7 = 4 2 0 3 m,最可几粒径为 2 0 m; S 1 0 5矿渣微粉颗粒分布在 0 4 0 m, D 9 7 = 1 9 9 9 m,最 可几粒径为 6 m, S 1 1 5超细矿粉颗粒分布在 0 3 0 m, D 9 7 = 1 4 1 5 m,最可几粒径为 4 m。随矿粉等级提高, 颗粒分布变窄,
8、D 9 7 和最可几粒径明显减小。 2 2 活性指数及流动度 对掺加 $ 9 5 、S 1 0 5和s l l 5矿粉的水泥胶砂强度、活 性指数及流动度作了测试, 结果见表 4 ,从表 4中可以看 出,掺加普通矿粉 $ 9 5后,早期强度 ( 3 d 、7 d ) 有较大 幅度下降,3 d 、7 d强度分别从 2 7 9 M P a和 3 6 4 M P a , 降低到 1 8 4 M P a和 2 9 5 M P a ,降低幅度分别为 3 4 和 1 9 ,但后期 ( 2 8 d ) 强度相差不大,掺加普通矿粉后流 动度为 1 0 1 ,对胶砂的流动度影响很小;掺加超细矿粉 S l 1 5后
9、,随矿粉细度的增加矿粉的强度 ( 活性 ) 增加, 特别是早期强度增加尤其明显 ,当矿粉 D9 7降低到 1 4 1 5 m时, 矿粉的 3 d 、7 d 、 2 8 d强度分别从 1 8 4 M P a 、2 9 5 M P a 、5 0 9 M P a增大到 2 6 2 M P a 、3 7 9 1 V l P a 、 6 0 1 M P a 。增大幅度分别为 4 2 、2 8 和 1 2 。另外, 从表4中还可以看出随矿粉细度的增加, 需水量有所增加, 胶砂的流动度略有下降。 培求 赚 蚰 如 加 0 , 船$黔 联 m 胁 蚰 加 0 加 8 4 0 、 培 豁帮 5 4 5 4 5
10、2 5 1 5 O 4 3 2 l 0 逞梏求鑫器 表 4 不同细度矿粉对水泥性能影响 2 2 相同胶凝材料用量下超细矿粉对混凝土性能的 影响 不同养护条件下用 s 1 1 5超细矿粉替代部分胶凝材料 混凝土试验结果见表 5 。从表 5中可以看出,常压蒸养条 件下,其他条件不变时,随超细矿粉掺量增加,混凝土 强度呈现先增后减的趋势,即在混凝土配合比一定时, 超细矿粉替代混凝土中胶凝材料时,超细矿粉存在最佳 掺量。另外从 A 0 1和 A1 1 强度对比可以看出,在掺量 相同时,S 1 l 5矿粉能较大幅度的提高混凝土早期强度, 后期强度也有提高。在本试验配合比下,掺量为 3 0 、 4 0 时
11、,掺入 s 1 1 5矿粉较未掺超细矿粉混凝土 1 d强度 分别提高 1 3 5 和 3 0 6 ,但当掺量增加到 5 0 时,强 度较掺量为 4 0 时有所下降。由此,在蒸养条件下,超 细矿渣微粉替代水泥的比例以4 0 左右为宜。 表 5 不同养护条件下混凝土强度 从表 5及图4 、图 5可以看出,与蒸养的关系,采用 蒸压养护,不同掺量超细矿粉的混凝土 1 d强度均显著提 高,但随龄期增长至 2 8 d ,强度提高有限,可能原因是在 高压蒸养条件下可以加速水泥的水化反应,同时也将水泥 中混合材料及掺加的 s l l 5超细矿粉与氢氧化钙的二次水 化反应提前,导致早期水化加速,而后期水化反应趋
12、缓。 图 4 养护制度对掺超细矿粉混凝土1 d 强度的影响 S 1 1 5 矿粉掺量 图 5 养护制度对掺超细矿粉2 8 d 强度的影响 2 3 不同胶凝材料用量下超细矿粉对混凝土性能的 影响 不同胶凝材料用量下超细矿粉混凝土强度试验结果 见表 6 。从表 6中可以看出,在胶凝材料分别增大到 4 5 0 k g m 3 和 4 7 5 k g m 3 ,超细矿粉掺量为 4 0 时,混凝土的 常压蒸养的强度分别为 8 3 4 M P a和 8 5 9 M P a ,即掺加超 细矿粉的混凝土,通过增加胶凝材料用量,其蒸养 1 d后 的强度可达到甚至超过未掺超细矿粉的混凝土高压蒸养 的强度,可实现免
13、压蒸养生产。从表 7中还可看到,采 用常压蒸养后,混凝土后期强度仍持续增长。 表 6 不同胶凝材料用量下超细矿粉混凝土强度试验结果 (下转第4 1 页) 1 2 0 1 6 粉煤灰 3 7 s !如 昭 跎 鲁螽 霞 导热系数是泡沫混凝土的一项重要参数。导热系数 越小,其保温隔热性能就越好。由图 5可知,随着发泡 剂的掺量的增加,泡沫混凝土的导热系数逐渐降低,当 掺量超过 6 5 时导热系数反而开始增大,在掺量 6 5 时导热系数最低为 0 0 5 6 W ( I n K o n 0 9 n 惦 吕 哪 赢 壤 砷n 0 6 影响;通过调整水胶比可以实现浆料稠化速度与发气速 度匹配,从而制得性
14、能较为理想的泡沫混凝土制品。通 过试验分析得到理想的水胶比为0 5 ; ( 2 ) 快硬硫铝酸盐水泥的掺加可以提高泡沫混凝土 的早期强度,但掺量过高会对早期强度起反作用,试验 表明掺量在 2 0 效果较好,且其孔结构均匀。胶凝材料 的最佳比例为普通硅酸盐水泥 : 快硬硫铝酸盐水泥: 矿渣 : 粉煤灰为 5 : 2: 2 : 1 ; ( 3 ) 发泡剂的掺入量对泡沫混凝土的强度、干密度 和导热系数均有较大的影响,适量的发泡剂用量可以制 备出孔壁厚度适中、气孔分布均匀、强度较高、保温效 果较好且容重较低的轻质泡沫混凝土制品。发泡剂最佳 掺量在6 3 6 6 之间。 发泡剂掺量 图 5 发泡剂掺量对
15、泡沫混凝土导热系数的影响 综合分析可得,试验要求制备较低导热系数、较高 参考文献 强度的轻质泡沫混凝土, 发泡剂掺量在 6 5 时导热系数 O N E me d SM a a l 【 r y J v Ma g a z i e ws o i n e nt h 0 fc e p o t e n t 。i: 最低,结合发泡剂掺量对试件 2 8 d强度和干密度的影响 R e s e a c h ,2 0 0 5 5 7 ( 1 ) :2 1 3 1 可以得到发泡剂的最佳掺量在 6 3 6 6 。 2 】蔡 娜超轻 泡沫 混凝 土 保温 材 料的 试 验研 究【 D 】 重 庆: 重 庆大 学,2 0
16、0 9 3 结 语 作者简介:武斌 ( 1 9 8 8 一), 男,硕士, 烟建集团有限 公司混凝土分公司 主要从事混凝土、外加剂等新型建材生产试验研究。 通信地址: 烟台莱山 区飞龙路l l 号 ( 2 6 4 0 3 4 ), E - m a i l : 9 8 3 0 9 4 6 9 8 q q c o rn ( 1 ) 水胶比对泡沫混凝土的强度及干密度有着较大 收 稿日 期: 2 0 1 5 年9 月2 3 日 ( 上接第3 7 页) 3 结 论 ( 1 ) 矿粉的活性随矿粉细度的增加而增加,但流动 度随细度的增加略有降低。 ( 2 ) 采用蒸汽养护时,掺入超细矿粉可较大幅度提 高混凝
17、土早期强度,且后期强度持续增长。超细矿渣微 粉替代水泥的比例以4 0 左右为宜。 ( 3 ) 掺加超细矿粉的混凝土, 通过增加胶凝材料用量, 其蒸养 1 d后的强度可达到甚至超过未掺超细矿粉的混凝 土高压蒸养的强度,可实现P H C管桩免压蒸养生产。 参考文献 1 】潘钢华,孙伟,张亚梅活性混合材微集料效应的理论和试验研 究 J 1 混凝土与水泥制品,1 9 9 7 ( 6 ) : 2 3 2 5 2 】沈旦申,张荫剂粉煤灰效应的探究 J 】 硅酸盐学报,1 9 8 1 ( 1 ) : 5 7 6 3 3 】WANG A Q,Z HANG C Z, S UN W F l y a s h e f
18、 f e c t s I T h e mo r p h o l o g i c a l e f lf e c t o f f l y a s h J C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h 2 0 0 3 , 3 3 ( 1 2 ) : 2 0 2 3 2 0 2 7 4 】WANG A Q, Z H ANG C Z , S UN W F l y a s h e f f e c t s I I T h e a c t i v e e f f e c t o f f l y a s h J C e me n t a n d c o n c
19、 r e t e r e s e a r c h , 2 0 0 4 , 3 4 ( 1 2 ) : 2 0 5 7 2 0 6 0 【 5 WANG A Q,Z HANG C z, S UN W F l y a s h e f f e c t s T h e mi c r o a g g r e g a t e o f f l y a s h J C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h , 2 0 0 4 , 3 4 ( 1 1 ) : 2 0 6 1 - 2 0 6 6 6 】张秀芝, 孙伟 活性矿物掺合料对超高性能水泥基材料的影响 J 】 深圳大学学报:( 理工版) , 2 0 0 8 ( 1 0 ) :3 3 8 - 3 4 0 收稿日期: 2 0 1 5年 6月 3 0目 1 2 0 1 6 粉煤灰 4 1