磨細(xì)鋼渣_粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能的影響研究

1、表2磨細(xì)鋼渣(SS 與粉煤灰(FA的物理性能0前言利用活性礦物配制混凝土可以節(jié)約資源,利于環(huán)保,同時(shí)礦物摻合料自身具有形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng),能有效提高混凝土強(qiáng)度和耐久性,尤其是抗氯離子滲透性能1。由于目前的研究基本上都是集中于單一組分尤其是粉煤灰、礦渣對(duì)混凝土的影響,對(duì)磨細(xì)鋼渣及粉煤灰的復(fù)合效應(yīng)研究很少,因此,本文主要研究單摻粉煤灰、磨細(xì)鋼渣及兩者復(fù)摻對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響,為今后進(jìn)一步的研究提供依據(jù),同時(shí)為在工程中更好的推廣使用復(fù)合摻合料提供理論保障。1原材料及基本性能1.1硅酸鹽水泥(C 本試驗(yàn)所用水泥為南京產(chǎn)硅酸鹽水泥(P ·52.5級(jí),水泥的物理性能見(jiàn)表1所示。1.2磨細(xì)鋼

2、渣(SS本試驗(yàn)采用馬鞍山鋼鐵公司露天陳放一年以上的鋼渣,用SM-500型試磨機(jī)粉磨90min ,過(guò)0.16mm 的方孔篩得到磨細(xì)鋼渣,物理性能如表2所示。1.3粉煤灰(FA本試驗(yàn)所用粉煤灰為華能級(jí)粉煤灰,表觀密度2.00g/cm 3,比表面積為294m 2/kg ,物理性能如表2所示。磨細(xì)鋼渣、粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能的影響研究李貞,夏繼宗,賈文亮(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,徐州221008摘要:研究了單摻粉煤灰、磨細(xì)鋼渣和雙摻粉煤灰-磨細(xì)鋼渣對(duì)混凝土強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響。試驗(yàn)表明:雙摻粉煤灰-磨細(xì)鋼渣的混凝土強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能優(yōu)于基準(zhǔn)組及單摻粉煤

3、灰、磨細(xì)鋼渣的混凝土,同時(shí)磨細(xì)鋼渣對(duì)混凝土性能改善的貢獻(xiàn)稍大于粉煤灰。關(guān)鍵詞:水泥;粉煤灰;磨細(xì)鋼渣;混凝土;強(qiáng)度;氯離子擴(kuò)散Abstract :The effects of the individual mixture of fly ash or steel slag and the combinations of fly ash and steel slag on strength and chloride diffusion coefficient of concrete are studied.The results indicate that comparing to the pur

4、e cement sample and the individual mixture of fly ash or steel slag cement sample,the combination of the admixtures can improve the mechanical properties and the resis -tance to chloride ion permeability of concrete.The contribution of steel slag to concrete performances is slightly larger than fly

5、ash.Key words:Cement ;Fly ash ;Steel slag ;Concrete ;Strength ;Chloride diffusion 中圖分類號(hào):TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-4637(201005-11-04表1水泥物理性能細(xì)度/(m 2/kg標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/%凝結(jié)時(shí)間/min 體積安定性抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa初凝終凝膨脹值/mm f-MgO/%SO 3/%3d 7d 28d 3d 7d 28d 370>30029.01401951.752.12.07.709.159.8132.546.963.2表觀密度/(g/cm 2比表面積/(

6、m 2/kg需水量比/%活性指數(shù)/%3d 7d 28d 鋼渣粉煤灰66758479102831.4集料細(xì)集料(S:馬鞍山產(chǎn),表觀密度2540m 2/kg ,含水量2.24%,細(xì)度模數(shù)為2.9,屬于中砂,無(wú)潛在堿活性。粗集料(G:南京白云礦碎石,滿足525mm 顆粒級(jí)配要求,表觀密度2710m 2/kg ,含水量1.04%,壓碎值為8.8%,無(wú)潛在堿活性。1.5標(biāo)準(zhǔn)砂采用中國(guó)ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂(GSB08-1337-2001,由廈門(mén)某公司生產(chǎn),凈含量(1350±5g 。1.6外加劑2010年第5期混凝土與水泥制品2010No 510月CHINA CONCRETE AND CEMENT PR

7、ODUCTSOctober表3水泥膠砂試驗(yàn)配比與結(jié)果萘系減水劑FDN-5,減水率大于25%。1.7水采用自來(lái)水。2抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)及分析2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)為了敘述方便,本文規(guī)定單摻級(jí)粉煤灰的水泥膠砂記為CFA,單摻磨細(xì)鋼渣的水泥膠砂記為CSS ,雙摻級(jí)粉煤灰-磨細(xì)鋼渣的水泥膠砂記為CFS.分別測(cè)定CFA 、CSS 和CFS 3d 、7d 、28d 、60d 的抗折與抗壓強(qiáng)度,其中FA 摻量分別為20%、30%、40%,SS 摻量分別為30%、40%、50%,減水劑以外摻形式加入,不計(jì)入成分組成。膠凝材料用量為450g ,標(biāo)準(zhǔn)砂為1350g ,水灰比取0.5。水泥膠砂和混凝土的成型、養(yǎng)護(hù)以及強(qiáng)度的

8、測(cè)定均參照J(rèn)TJ 270-1998水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程中相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行。試驗(yàn)配比與結(jié)果如表3所示。2.2試驗(yàn)結(jié)果分析(1FA 的影響由表3可以看出,CFA 各齡期強(qiáng)度隨FA 摻量增加逐漸減小,3d 、7d 強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)試件;隨著齡期的延長(zhǎng),CFA 抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)強(qiáng)度越來(lái)越接近。FA 摻量為20%時(shí),28d 水泥膠砂強(qiáng)度已達(dá)到基準(zhǔn)組的96%,60d 時(shí)超過(guò)基準(zhǔn)組的強(qiáng)度,說(shuō)明級(jí)FA 在28d 時(shí)活性作用達(dá)到一定程度。級(jí)FA 摻量超過(guò)30%時(shí),抗壓與抗折強(qiáng)度下降趨勢(shì)明顯增大,所以宜將FA 摻量控制在30%以內(nèi)。(2SS 的影響CSS 強(qiáng)度隨著SS 摻量增加而逐漸下降,當(dāng)摻量超編號(hào)取代量/%FA

9、/g SS/g C/g 抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa0203040304050303030404040505050過(guò)40%時(shí)下降趨勢(shì)明顯增大,所以宜將SS 摻量控制在40%以內(nèi)。7d 時(shí),30%SS 摻量下CSS 強(qiáng)度與基準(zhǔn)組的比值高于3d 時(shí)的比值,說(shuō)明SS 在7d 前就參與了水泥的水化反應(yīng);28d 時(shí),其抗折強(qiáng)度高于基準(zhǔn)組。CSS 的抗折強(qiáng)度早期降低不多,后期接近基準(zhǔn),抗折強(qiáng)度的提高對(duì)混凝土抗裂性十分有利。隨著齡期的延長(zhǎng),CSS 抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)組越來(lái)越接近。(3FA 和SS 復(fù)合效應(yīng)的影響當(dāng)復(fù)合摻量為30%時(shí),CFS3d 強(qiáng)度仍低于基準(zhǔn)組,但比CFA 和CSS 的3d 強(qiáng)度高,說(shuō)明SS

10、 可以提高FA 的活性,使其較早參與反應(yīng);28d 時(shí),CFS 強(qiáng)度高于基準(zhǔn)組、CFA 和CSS 強(qiáng)度;60d 時(shí),CFS 強(qiáng)度明顯高于CFA 和CSS 的60d 強(qiáng)度,并且其強(qiáng)度的增長(zhǎng)率也最大。上述試驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合FA 和SS 會(huì)產(chǎn)生“疊加效應(yīng)”23。通過(guò)第7、10、13組數(shù)據(jù)可以看出:SS:FA 為21時(shí),CFS 3d 、7d 、28d 和60d 的抗折強(qiáng)度以及3d 、7d 、28d 的抗壓強(qiáng)度先是隨著FA 和SS 總摻量的增加顯著上升,當(dāng)總摻量達(dá)到40%時(shí),強(qiáng)度最大;之后強(qiáng)度又隨著總摻量的增加而迅速下降,且強(qiáng)度下降的幅度明顯大于增長(zhǎng)的幅度,由此說(shuō)明SS 與FA 為2:1時(shí),最佳總摻量為4

11、0%。第10組CFS 60d 的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較小,沒(méi)有遵循上述變化規(guī)律,可能是由于制作試塊時(shí)漿液振搗不均引起漿體孔數(shù)量相對(duì)較多,結(jié)構(gòu)疏松,以致試塊60d 時(shí)抗壓強(qiáng)度相對(duì)較小。從第7、8、9組數(shù)據(jù)可以看出:當(dāng)FA 和SS 總摻量為30%時(shí),變化兩者間的比例,隨著FA 相對(duì)摻量的減小,CFS 3d 、7d 和28d 的抗壓與抗折強(qiáng)度逐漸提高,而60d 的抗壓與抗折強(qiáng)度卻表現(xiàn)為逐漸減小,說(shuō)明在復(fù)摻情況下,SS 有利于水泥膠砂早期強(qiáng)度的提高,而FA 則有利于水泥膠砂后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。2010年第5期混凝土與水泥制品總第175期由第715組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,隨著齡期的延長(zhǎng),不同配比CFS 的抗壓強(qiáng)度逐漸接

12、近。對(duì)水泥膠砂90d 的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn),各配比CFS 90d 的抗壓強(qiáng)度基本都在8588MPa 之間。2.3FA 和SS 復(fù)合效應(yīng)機(jī)理分析級(jí)粉煤灰和磨細(xì)鋼渣復(fù)摻能夠提高混凝土強(qiáng)度的原因在于摻合料各組分本身固有活性差異和粉料物理化學(xué)性質(zhì)的差別。這一差別將導(dǎo)致各種摻合物在水泥水化過(guò)程中會(huì)發(fā)生“梯度水化效應(yīng)”4。首先,水泥水化產(chǎn)生Ca(OH2,Ca(OH2作為磨細(xì)鋼渣的堿性激發(fā)劑同時(shí)與磨細(xì)鋼渣中的活性組分相互作用,生成大量的低密度水化硅酸鈣、鈣礬石及Ca(OH 2。這些具有大比表面積的水化產(chǎn)物聚集在級(jí)粉煤灰顆粒周?chē)?起著晶核的作用,從而加速級(jí)粉煤灰的水化反應(yīng)。其次,由于磨細(xì)鋼渣的堿度遠(yuǎn)大于級(jí)

13、粉煤灰,磨細(xì)鋼渣水化時(shí),將提高膠凝材料體系中的OH -含量以及新拌混凝土漿體中的堿度。堿度的提高,將打破級(jí)粉煤灰的玻璃相,加速級(jí)粉煤灰的水化5。級(jí)粉煤灰和磨細(xì)鋼渣復(fù)合使用,可以借助磨細(xì)鋼渣的晶核作用及其對(duì)水泥膠砂堿度的提高,激發(fā)級(jí)粉煤灰的活性,使兩者產(chǎn)生的“疊加效應(yīng)”充分發(fā)揮。然而,如果水泥取代量過(guò)大,其水化生成的Ca(OH2量就相對(duì)較少,影響反應(yīng)環(huán)境中的堿含量,對(duì)級(jí)粉煤灰、鋼渣微粉活性的發(fā)揮不利。3摻磨細(xì)鋼渣、級(jí)粉煤灰混凝土的抗氯離子滲透性能試驗(yàn)3.1試驗(yàn)方法參照水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程(DL/T5150-2001中混凝土抗氯離子滲透快速試驗(yàn)方法,通過(guò)測(cè)量在一定交流電壓下流過(guò)混凝土的電荷量或電

14、導(dǎo),反映出透過(guò)混凝土的氯離子量,并根據(jù)Ernst-Plank 方程式推算出氯離子的電遷移擴(kuò)散系數(shù)6。具體試驗(yàn)裝置如圖1所示。本試驗(yàn)選用的混凝土配比為水膠比0.57,膠凝材料用量為341.2kg ,砂率為37%,28d 抗壓強(qiáng)度為69MPa 。研究了單摻級(jí)粉煤灰、磨細(xì)鋼渣和雙摻級(jí)粉煤灰-磨細(xì)鋼渣的摻量及比例對(duì)混凝土28d 、45d 、91d 齡期下抗氯離子滲透性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。3.2試驗(yàn)結(jié)果分析(1FA 的影響。從圖2可以看出,FA 的摻入,有利于混凝土抗氯離子滲透性能的提高。隨著齡期的增長(zhǎng),1789102345674591萬(wàn)能電橋;2緊固螺桿;3緊固螺母;4試驗(yàn)槽;5銅網(wǎng);63%

15、NaCl 溶液;7導(dǎo)線;80.3mol/L NaOH 溶液;9混凝土試件;10橡皮墊圈圖1氯離子滲透快速試驗(yàn)儀器裝置示意圖氯離子擴(kuò)散系數(shù)/(×10-12m 2/s 15304501530450153045粉煤灰磨細(xì)鋼渣粉煤灰+磨細(xì)鋼渣摻量/%28d 45d 91d圖2粉煤灰、磨細(xì)鋼渣及粉煤灰-磨細(xì)鋼渣摻量對(duì)混凝土氯離子滲透性能的影響(粉煤灰:磨細(xì)鋼渣=1:1李貞,夏繼宗,賈文亮鋼渣、粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能的影響研究氯離子擴(kuò)散系數(shù)/(×10-12m 2/s 1:21:12:1粉煤灰:磨細(xì)鋼渣28d 45d 91d圖3粉煤灰和磨細(xì)鋼渣比例對(duì)混凝土氯離子滲透性能的影

16、響FA 的火山灰效應(yīng)逐漸發(fā)揮,混凝土更加密實(shí),抗氯離子侵蝕的能力也隨之提高。FA 摻量為30%時(shí),抗氯離子滲透性能提高最多,其91d 氯離子擴(kuò)散系數(shù)為4.89×10-12m 2/s,只有空白組的79%。(2SS 的影響。隨著SS 摻量的提高和齡期的延長(zhǎng),混凝土的抗氯離子滲透性能均有不同程度的提高。特別是SS 摻量為45%時(shí),混凝土抗氯離子滲透性能較其余摻量時(shí)為最佳,且優(yōu)于相同摻量粉煤灰混凝土的抗侵蝕能力?？梢?jiàn)SS 在改善混凝土孔結(jié)構(gòu)、增加混凝土密實(shí)度、降低滲透性方面要優(yōu)于粉煤灰7。(3FA 與SS 的復(fù)合效應(yīng)。如圖2所示,當(dāng)FA:SS=1:1時(shí),隨著FA 與SS 總摻量的增加,混凝土

17、抗氯離子滲透性能提高;同時(shí)隨著齡期的增長(zhǎng),混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)也明顯降低。究其原因,首先是粉煤灰、磨細(xì)鋼渣的復(fù)合摻入優(yōu)化了粉體材料的微級(jí)配,由于磨細(xì)鋼渣的細(xì)度高于粉煤灰,復(fù)摻后材料顆粒間能夠相互填充空隙,材料堆積更加緊密,從而改善了漿體的微觀孔結(jié)構(gòu),提高了混凝土的密實(shí)度,產(chǎn)生了“疊加效應(yīng)”;其次,級(jí)粉煤灰和磨細(xì)鋼渣取代了部分水泥,使水泥中的C 3A 含量降低,這也有助于改善混凝土的抗氯離子滲透性能8。圖3為粉煤灰與磨細(xì)鋼渣比例對(duì)混凝土氯離子滲透性能的影響。從圖3可以看出,FA 與SS 總摻量為30%時(shí),變化FA 與SS 的相對(duì)摻量,FA 相對(duì)摻量的增加不利于混凝土抗氯離子滲透性能的提高。隨著

18、齡期的增長(zhǎng),混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)也明顯降低。4結(jié)論(1磨細(xì)鋼渣與級(jí)粉煤灰復(fù)摻具有較好的適應(yīng)性。兩者復(fù)摻可以互相補(bǔ)償,充分發(fā)揮復(fù)合疊加效應(yīng)。合理的復(fù)摻比及取代量可以改善水泥膠砂和混凝土的力學(xué)性能。(2粉煤灰和磨細(xì)鋼渣對(duì)混凝土抗氯離子侵蝕性能均有不同程度的改善,兩者復(fù)摻比單獨(dú)摻入時(shí)具有更加良好的改善效果。參考文獻(xiàn):1楊華全,董維佳,王仲華.摻礦渣粉及粉煤灰混凝土微觀性能試驗(yàn)研究J.長(zhǎng)江科學(xué)院報(bào),2005,22(1:46-49.2李家和,蓋廣清,劉鐵軍.雙摻硅灰超細(xì)礦渣高強(qiáng)混凝土的研究J.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2000(1:11-15.3趙美麗,陸文雄,等.不同礦物摻合料配制C30混凝土的性能比較

19、J.粉煤灰,2005(3:7-9.4李志剛.粉煤灰與礦渣復(fù)合摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度影響J.低溫建筑技術(shù),2009(4:17-18.5陳雷,肖佳,唐咸燕,等.粉煤灰和礦渣雙摻對(duì)混凝土性能影響的研究J.粉煤灰綜合利用,2007(2:22-25.6Mandal S ,hakraborty S ,Gupta A .Some studies on durability of recy -cled age concreteJ.The Indian Concrete Journal ,2002(6:385-388.7劉孟賀.礦渣微粉用作混凝土活性摻合料的研究J.新型建筑材料,2004(11:47-49.8王紹東,黃鑌,王