不同摻量的礦渣粉對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度的影響

不同摻量的礦渣粉對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度的影響1前言礦渣粉是?；郀t礦渣粉的簡(jiǎn)稱，是煉鐵廠在高爐冶煉生鐵時(shí)所得到的以硅鋁酸鈣為主要成分的熔融物，經(jīng)水淬成粒后所得的工業(yè)固體廢渣。在當(dāng)前商品混凝土行業(yè)中，礦渣粉和粉煤灰作為用量最大的兩大礦物摻合料，被廣泛應(yīng)用在各等級(jí)和各工程的主體結(jié)構(gòu)混凝土中。?；郀t礦渣主要成分為玻璃體和硅酸二鈣，其組成與水泥接近。同時(shí)，礦渣粉具備需水量比水泥低，密度比水泥小，滾珠效應(yīng)和火山灰效應(yīng)優(yōu)良等特點(diǎn)。用于混凝土中不僅可以有效減少工業(yè)廢渣，而且可以有效改善混凝土工作性能，適當(dāng)比例的摻入還可以起到提高混凝土早期強(qiáng)度的效果。由于礦渣粉是由礦渣廢料經(jīng)粉磨生產(chǎn)出來的，隨著比表面積增加，粉磨難度和能源消耗上升明顯。故而找到礦渣粉細(xì)度對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度的影響不僅有利于對(duì)礦渣粉合理的利用，更加有助于節(jié)約成本，降低生產(chǎn)能耗。2試驗(yàn)原材料2.1水泥本次試驗(yàn)所選用的水泥為市面上使用量較大、性能相對(duì)穩(wěn)定、價(jià)格相對(duì)低廉且供應(yīng)比較充裕的P.Ⅱ42.5R級(jí)水泥，水泥比表面積為350m2/kg、密度為3.12g/cm3；初凝時(shí)間實(shí)測(cè)134min、終凝時(shí)間實(shí)測(cè)為169min；標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.4%；3d抗壓強(qiáng)度為31.4MPa、抗折強(qiáng)度為6.7MPa；28d抗壓強(qiáng)度為53.3MPa、抗折強(qiáng)度為9.0MPa；三氧化硫含量為2.58%、氧化鎂含量為1.36%。水泥各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。2.2粉煤灰本次試驗(yàn)所選用的粉煤灰為二級(jí)粉煤灰。細(xì)度（0.045mm篩余）為18.5%、需水量比為104%；燒失量為3.24%，三氧化硫含量為0.91%、游離氧化鈣含量為0.30%；7d活性為64%、28d活性為76%。各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。2.3礦渣粉本次試驗(yàn)所對(duì)比的礦渣粉原始樣品為某牌?；郀t礦渣粉，密度2.90g/cm3、比表面積為412m2/kg，活性指數(shù)7d為81%、28d為103%，三氧化硫含量為0.16%、氯離子含量為0.0015%。各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，為對(duì)比不同細(xì)度礦渣粉對(duì)混凝土影響，本次試驗(yàn)對(duì)樣品礦渣粉進(jìn)行二次粉磨，分別得到468m2/kg、511m2/kg、551m2/kg和605m2/kg，5個(gè)細(xì)度等級(jí)的樣品。并分別對(duì)5個(gè)樣品重新歸類檢測(cè)，出細(xì)度以外，其他各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)和物理指標(biāo)基本未出現(xiàn)較大變化。2.4砂本次試驗(yàn)所用砂，細(xì)度模數(shù)為2.7、級(jí)配區(qū)間為Ⅱ區(qū)；表觀密度為2620kg/m3、堆積密度為1540kg/m3；含泥量為0.5%，氯離子含量為0.003%，堅(jiān)固性為5%。各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。2.5碎石本次試驗(yàn)所選用碎石為花崗巖碎石。巖石抗壓強(qiáng)度為114MPa、壓碎指標(biāo)為8.0%；表觀密度為2680kg/m3、堆積密度為1420kg/m3；含泥量為0.2%，針片狀含量為4%。各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。2.6外加劑本次試驗(yàn)所用外加劑為緩凝型聚羧酸高性能減水劑。含固量為23.22%、密度為1.076；減水率為28%，pH值為4.7，氯離子含量為0.02%。各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。3研究思路和方案3.1研究思路礦渣粉作為部分取代水泥的礦物摻合料摻入到混凝土中，由于其自身性能，對(duì)混凝土和易性，力學(xué)性能及耐久性能會(huì)產(chǎn)生不同影響。礦渣粉密度較水泥低，單位重量礦渣粉的分量較水泥多，加上礦渣粉的良好的減水效應(yīng)，適量摻入能有效改善混凝土的流動(dòng)性和粘聚性。與此同時(shí)，礦渣粉自身電荷作用，能有效改善水泥中親水基與水接觸環(huán)境，降低混凝土水化熱，保證混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)。但隨著混凝土中礦渣粉用量的增大，混凝土的保水性和粘聚性會(huì)逐漸下滑，混凝土易出現(xiàn)沉降和泌水離析現(xiàn)象，同時(shí)，由于礦渣粉畢竟不能全部取代水泥，水化效果也不及水泥明顯，所以，摻量的增高對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生不利的影響，故而，找到一個(gè)合適的礦渣粉摻入量，使礦渣粉在混凝土中積極作用最大化，是十分必要的。同時(shí)，上文提到，礦渣粉的比表面積增大在一定程度上對(duì)混凝土的和易性和強(qiáng)度有一定積極影響。但隨著礦渣粉比表面積的增大，集料粉磨難度增大明顯，加工成本直線上漲，而用到混凝土中效果增長(zhǎng)不及成本，終會(huì)導(dǎo)致得不償失的結(jié)果。因此，找到一個(gè)合適的比表面積，使礦渣粉的各項(xiàng)性能表現(xiàn)最大化，同時(shí)又不至于因加工能耗過大而造成資源浪費(fèi)。故而，需要進(jìn)行各項(xiàng)比表面積對(duì)混凝土性能對(duì)比。3.2研究方法針對(duì)礦渣粉自身各項(xiàng)性能及混凝土不用標(biāo)號(hào)特點(diǎn)，本次試驗(yàn)決定針對(duì)不同比表面積及對(duì)不同摻量礦渣粉與不同標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行綜合對(duì)比，以確定：⑴以不同比表面積礦渣粉根據(jù)固定比例摻入混凝土中，試驗(yàn)對(duì)比其和易性及強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響；⑵以相同比表面積礦渣粉，試驗(yàn)對(duì)比不同摻入比例下礦渣粉對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度的增長(zhǎng)的影響；⑶實(shí)驗(yàn)對(duì)比高低標(biāo)混凝土中最佳礦粉摻量是否一致，其中存在什么關(guān)系。4實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容4.1混凝土配合比設(shè)計(jì)方案本次試驗(yàn)分別選擇C30和C60兩個(gè)標(biāo)號(hào)混凝土配合比作為研究對(duì)象。主要考慮因素是目前商品混凝土行業(yè)中，使用量較大的主體結(jié)構(gòu)配方為C30，而C60作為高標(biāo)，在主體承重結(jié)構(gòu)中應(yīng)用也是最多的。故而C30和C60兩個(gè)標(biāo)號(hào)最具有代表性。C30選用水灰比為0.47，外加劑摻量為1.0%；其配合比為：水泥:煤灰:砂:碎石:水:外加劑=1:0.39:3.05:4.03:0.65:0.0139。對(duì)比時(shí)礦渣粉等量取代一定比例的水泥。結(jié)合以往生產(chǎn)試配經(jīng)驗(yàn)，暫定其取代比例分別為10%、20%、30%、40%、50%、70%、90%。C60選用水灰比為0.27，外加劑摻量為1.50%；其配合比為：水泥:煤灰:砂:碎石:水:外加劑=1:0.23：1.21:2.35:0.33:0.0184。對(duì)比時(shí)礦渣粉等量取代一定比例的水泥。結(jié)合以往生產(chǎn)試配經(jīng)驗(yàn)，暫定其配合比分別為:10%、20%、30%、40%、50%、70%、90%。4.2混凝土性能檢測(cè)項(xiàng)目⑴試驗(yàn)均檢測(cè)混凝土初始坍落度/擴(kuò)展度、1小時(shí)經(jīng)時(shí)損失、壓力泌水率及容重，并對(duì)比評(píng)價(jià)混凝土和易性；⑵試驗(yàn)均檢測(cè)一次成型2組試塊，分別檢測(cè)7d、28d抗壓強(qiáng)度；4.3混凝土檢測(cè)方案混凝土拌合物相關(guān)性能檢測(cè)依據(jù)GB/T50080《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)程執(zhí)行；混凝土強(qiáng)度檢測(cè)依據(jù)GB/T50081《普通混凝土物理學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)程執(zhí)行。4.4相同比表面積下不同摻入量礦渣粉對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為使實(shí)驗(yàn)有效，先行確定其他參數(shù)不變。本次試驗(yàn)強(qiáng)度。表1是C30和C60兩個(gè)標(biāo)號(hào)混凝土不同礦渣粉摻量下對(duì)和易性及抗壓強(qiáng)度的影響，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)C30混凝土而言：⑴摻入10%礦渣粉的混凝土與20%礦渣粉摻量的混凝土對(duì)比，20%摻量礦渣粉的混凝土坍落度/擴(kuò)展度更大，1h經(jīng)時(shí)損失更小，混凝土包裹性流動(dòng)性改善明顯，混凝土泌水率正常，和易性有明顯改善。7d、28d強(qiáng)度更高；⑵20%礦渣粉摻量混凝土與30%礦渣粉摻量混凝土對(duì)比，30%摻量礦渣粉混凝土坍落度減小，擴(kuò)展度增大，中間有對(duì)帽子跡象。1小時(shí)經(jīng)時(shí)損失擴(kuò)大，流動(dòng)性變小，粘聚性和包裹性變差，混凝土泌水率偏高，混凝土和易性有變差跡象?；炷?d和28d強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。⑶當(dāng)?shù)V渣粉摻量到40%時(shí)，混凝土邊沿泌漿，中間對(duì)帽子現(xiàn)象更加明顯，混凝土泌水率上升明顯。拌合物呈偏離析狀，混凝土和易性明顯變差，7d、28d強(qiáng)度下降明顯。⑷當(dāng)?shù)V渣粉摻量到50%以上時(shí)，混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重離析現(xiàn)象，無法完成坍落度檢測(cè)，混凝土容重明顯增大，泌水率上升，和易性變差?；炷翉?qiáng)度下降明顯。對(duì)C60混凝土而言，其礦渣粉摻入量逐漸增大后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)也出現(xiàn)了一個(gè)峰值。只是這個(gè)峰值較C30的20%左右而言，靠后一點(diǎn)，在30%左右，期間或許有某種影響因素在作用。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土中單方水泥用量的增大時(shí)，混凝土的粘聚性和包裹性改善，黏滯系數(shù)增大，當(dāng)?shù)V渣粉用量增大時(shí)，可以很好降低混凝土的黏滯系數(shù)，在混凝土包裹性不變的同時(shí)增大混凝土的流動(dòng)使用C30和C60兩個(gè)基準(zhǔn)配方，試驗(yàn)使用基準(zhǔn)礦渣粉進(jìn)行檢測(cè)，通過摻入不同比例的礦渣粉，對(duì)比混凝土的坍落度/擴(kuò)展度、1h經(jīng)時(shí)損失、壓力泌水率（B）和容重，已經(jīng)成型150×150×150標(biāo)養(yǎng)試件2組檢測(cè)混凝土后期性。故而有此現(xiàn)象。從圖1～圖3與表1結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，C30混凝土礦渣粉最佳摻入量為20%左右，C60混凝土礦渣粉最佳摻入量為30%左右。由此類推，其他各標(biāo)號(hào)應(yīng)隨標(biāo)號(hào)增加（亦即單方膠凝材料使用總量），礦渣粉呈逐漸增加趨勢(shì)。低于C30標(biāo)號(hào)，礦渣粉摻量在20%以下隨標(biāo)號(hào)降低呈下降趨勢(shì)，高于C60標(biāo)號(hào)混凝土礦渣粉摻量在30%以上呈隨標(biāo)號(hào)增高呈上升趨勢(shì)。4.5相同摻量不同比表面積對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響上面試驗(yàn)中，確定了C30混凝土最佳礦渣粉摻量為20%，本次試驗(yàn)即以20%為基準(zhǔn)摻量。分別對(duì)不同比表面積的礦渣粉進(jìn)行和易性和強(qiáng)度對(duì)比，分析其中規(guī)律，找到最佳且經(jīng)濟(jì)的細(xì)度，使得混凝土在此細(xì)度之下，和易性和強(qiáng)度達(dá)到最佳。將表2中各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出。隨著摻入礦渣粉比表面積的增大，混凝土坍落度/擴(kuò)展度逐漸變小，經(jīng)時(shí)損失逐漸增大?；炷撩谒手饾u減小，容重?zé)o明顯變化，混凝土和易性開始變差，混凝土在礦渣粉比表面積為511m2/kg時(shí)達(dá)到峰值。將礦渣粉細(xì)度與混凝土強(qiáng)度繪制成折線圖。當(dāng)混凝土中摻入比表面積為511m2/Kg礦渣粉時(shí)，混凝土和易性略有下降，強(qiáng)度達(dá)到最高值。由此可以判定，礦渣粉細(xì)度在500m2/Kg左右時(shí)，對(duì)混凝土和易性和強(qiáng)度增長(zhǎng)最為有利。5主要結(jié)論本次試驗(yàn)主要針對(duì)不同細(xì)度和不同摻量礦渣粉對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，試驗(yàn)對(duì)比了C30和C60作為代表的低標(biāo)和高標(biāo)兩種混凝土中，不同摻量礦渣粉對(duì)混凝土的影響及C30混凝土不同細(xì)度的影響。得出了以下結(jié)論：⑴同一標(biāo)號(hào)下，隨著礦渣粉摻量的逐漸增加，混凝土包裹性和粘聚性逐漸下降，流動(dòng)性逐漸增大，混凝土強(qiáng)度在達(dá)到峰值后，呈明顯下降趨勢(shì)，C30標(biāo)號(hào)，混凝土最佳礦渣粉摻量為20%左右，C60標(biāo)號(hào)，混凝土最佳礦渣粉摻量為30%左右；⑵礦渣粉最佳摻量受到各個(gè)方面因素的影響，比如說混凝土配合比中膠凝材料總量的增加與礦渣粉用量的增加正相關(guān)，混凝土骨料體系中0.07mm和