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矿物掺和料对混凝土性能的影响(2014)

添加日期:2015/4/28 16:16:16   作 者:蔡响健  来源:   浏览次数:

矿物掺和料对混凝土性能的影响

蔡响健

混凝土技术服务组

摘要: 

研究了不同掺合比例的粉煤灰和矿粉所组成的复合矿物掺和料混凝土拌和物的坍落度及泌水率。结果表明:随着矿物掺和料总量的掺加,混凝土拌和物的坍落度损失率减少, 并且矿物掺和料掺量在40%,粉煤灰与矿粉的比例为1:1时混凝土的坍落度损失速率达到最低1h的坍落度损失率较对比混凝土降低了约50%。矿物掺和料掺量为30%,粉煤灰与矿粉的比例为1:1时,混凝土拌和物的压力泌水率降低为对比混凝土的57%。说明适当的矿物掺和料掺量和比例可以改善混凝土的工作性。

关键词:混凝土;粉煤灰;矿粉;工作性

前言

粉煤灰或矿粉等矿物掺和料作为绿色环保材料已经被广泛的应用于水泥基复合材料中。粉煤灰、矿粉因成本低,具有较低的水化放热速率以及改善混凝土性能等优点,近来备受国内外专家的关注,研究的热点集中于单掺或复掺矿物掺和料对混凝土力学性能及耐久性能的影响。研究结果表明,在水泥基复合材料中掺入矿物掺和料可以改善其强度和耐久性能。随着高性能混凝土需求的增加及外加剂的使用,混凝土的工作性发生变化,尤其是新拌混凝土的坍落度损失受到了关注,单掺或复掺矿物掺和料都可以改善混凝土的工作性,便于现代化的机械大规模施工。

  1. 试验过程  
     
  2. 原材料  
    水泥:海螺42.5普通硅酸盐水泥;

粗集料:采用碎石,最大粒径为31.5 mm的连续级配,含泥量1.1%,压碎指标5.4%;

河砂:细度模数2.65,含泥量2.1%;

粉煤灰:Ⅱ级灰,张家港电厂;

减水剂:FOX-5H聚羧酸减水剂;

矿粉:禾海矿粉。

粉煤灰及矿粉的性能指标见表1和表2

表1粉煤灰性能(%)

细度(45μm筛分)(%)

需水量比

(%)

烧失量

(%)

SO3

(%)

28d强度

(MPa)

3.6

98.6

3.1

0.31

66.3

表2 矿粉性能

 

密度g/cm³

比表面积

m²/kg

流动度比/%

含水量/%

烧失量/%

氯离子/%

SiO2

/%

活性指标/%

2.80

400

96

0.4

1.5

0.01

3.1

97.5

1.2 配合比

混凝土设计强度等级为C40,混凝土的基准配合比见表3。矿物掺和料采取变化总掺量(取代水泥质量百分比)及变化矿粉与粉煤灰比例的方式掺入,矿物掺和料的总取代量分别为20%、30%、40% (组别分别为B、C、D组),粉煤灰与矿粉的比例分别为1:1、1:2、2:1,具体试验方案件表4其中A组为对比组,没有掺加矿物掺和料。

表3  混凝土配合比

材料

水泥

碎石

减水剂

用量kg/m³

158

433

755

1085

4.33

表4 试验方案

取代率

0

20%

30%

40%

粉煤灰

:矿粉

0

1:1

1:2

1:1

2:1

1:2

1:1

2:1

A

B

C1

C2

C3

D1

D2

D3

  1. 试验结果及分析
    1. 坍落度及坍落度经时损失

新拌混凝土拌和物的坍落度根据《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行测试。分别测量新拌拌和物在0、10、20、30、60 min坍落度值,计算坍落度经时损失。粉煤灰与矿粉比例1:1,矿物掺和料掺量不同时,新拌混凝土拌和物从0--60min的坍落度值测试结果,如图1所示。从图1中可以清楚地看出没有掺加矿物掺和料的混凝土拌和物(曲线A)的坍落度初始值比较高,达到了24 cm,但是其坍落度经时损失却是较高的,30min和60min的经时损失率分别达到了44%和68.9%。掺入矿物掺和料后,混凝土拌和物(曲线B、C2、D2)的坍落度初始值稍有下降,但是随着时间的延长,坍落度损失率降低,尤其是随着矿物掺和料的增加,坍落度经时损失率随之降低。掺入40%矿物掺和料(粉煤灰:矿粉= 1:1)的混凝土拌和物在30min和60min的坍落度损失率分别为20%和30%,相对于A,坍落度的保持能力明显增加。这是因为矿物掺和料掺量较高时,粉煤灰和矿粉微粉取代部分水泥的比例已经很大,因此降低了混凝土中单位体积水泥用量,减缓了水泥水化物的产生,降低胶凝体系的凝聚速率,从而使新拌混凝土的坍落度损失得到抑制。 

 

图1  不同矿物掺和料新拌混凝土坍落度损失   

 

图2  30%矿物掺和料新拌混凝土坍落度损失

 

图3  40%矿物掺和料新拌混凝土坍落度损失

 

图4  不同配合比新拌混凝土压力泌水量

对于相同矿物掺和料,粉煤灰与矿粉比例变化时,混凝土拌和物的坍落度变化情况见图2和图3。矿物掺和料为30%和40%,粉煤灰与矿粉的比为1:1时,混凝土拌和物( C2、D2)的坍落度损失较少,说明在此掺量时具有较好的保坍作用。而粉煤灰与矿粉的比为2:1时,混凝土拌和物(C3、D3)的坍落度损失较多,C3和D3的60min坍落度损失率分别达到了62.6%和56.5%,与混凝土的坍落度损失率相近。由此可见,矿粉的比例增多时,对于坍落度的保持起到了不利的影响。


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