混凝土用礦粉

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礦粉配制C30混凝土研究

礦粉配制C30混凝土研究前言我國水泥工業(yè)向地球大氣層累計排放了75億t的CO2，占全世界排放量的1/2，對環(huán)境影響很大，故未來的水泥工業(yè)務(wù)必嚴(yán)格限制硅酸鹽水泥熟料的摻量。礦渣粉是一種綠色環(huán)保建筑材料，生產(chǎn)礦渣粉的原材料“礦渣”為煉鐵過程的副產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的碳排放量僅為普遍硅酸鹽水泥的5%～10%，每應(yīng)用1t?；郀t礦渣粉可以裁減863kg的CO2排放。?；郀t礦渣粉作為一種高性能混凝土摻和料已在商品混凝土中得到廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的效果，如裁減水化熱、降低本金、增加耐久性等。目前混凝土中礦粉摻量一般在40%以下，但從活性分析上來看礦粉在混凝土中的取代量理應(yīng)還可以增大。筆者以礦粉、粉煤灰、水泥組成復(fù)合膠凝材料，首先研究了礦粉摻量對膠凝材料根本性能的影響，確定適合的膠凝材料搭配比例；

然后以此種膠凝材料舉行C30混凝土的配制試驗。

1原材料及試驗方法1.1原材料1.1.1礦粉采用武漢武新新型建筑材料有限公司生產(chǎn)的S95級礦粉，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。1.1.2水泥采用湖北亞東水泥有限公司生產(chǎn)的P?O42.5水泥，其水泥性能見表2。

1.1.3粉煤灰武漢陽邏電廠生產(chǎn)的粉煤灰，其粉煤灰主要性能指標(biāo)見表3。1.1.4減水劑武漢源錦建材科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸鹽高效減水劑，減水率為21.2%，固含量為10.4%。

1.1.5砂采用河砂作為細(xì)集料，細(xì)度模數(shù)為2.15，含泥量為2.4，其顆粒級配見表4。1.1.6石子所用石子的含泥量為0.2%，其顆粒級配見表5。

1.2試驗方法1.2.1試驗設(shè)計首先研究了礦粉摻量對混凝土中膠凝材料體系根本性能的影響，并據(jù)此確定膠凝材料的組成；

參照攪拌站常用的C30混凝土合作比配制混凝土并測試新拌混凝土性能及不同齡期的強度。1.2.2參照標(biāo)準(zhǔn)本研究主要試驗參照的標(biāo)準(zhǔn)分別為：《水泥與減水劑相容性試驗方法》（JC/T1083-2022）；

《普遍混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB50080-2022）；

《普遍混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB50081-2022）；

《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50107-1010）；

《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝聚時間安定性檢驗方法》（GB/T1346-2022）；

《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB/T17671-1999）；

《水泥膠砂滾動度測定方法》（GB/T2419-2022）。

2試驗數(shù)據(jù)及分析2.1膠凝材料體系的研究2.1.1礦粉摻量對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響從圖1中可以看到，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量隨礦粉摻量的增加而裁減，但當(dāng)?shù)V粉摻量增大至60%后，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量裁減的趨勢增加，這是礦粉的顆粒形貌以及顆粒級配等綜合作用的結(jié)果[1]。礦粉與水泥的顆粒級配是互補的[2~3]。礦粉中小于3m的顆粒含量、大于32m的顆粒含量均小于相應(yīng)的水泥中的顆粒含量，而3m～32m的顆粒含量那么高于水泥。由此得出，礦粉的摻入可以使膠凝材料體系的孔隙率降低，裁減填充水量。

2.1.2礦粉摻量對水泥凝聚時間的影響圖2給出了不同礦粉摻量對復(fù)合膠凝材料漿體的凝聚時間影響。水泥從加水開頭到失去滾動性，即從可塑狀態(tài)進(jìn)展到固體狀態(tài)所需要的時間稱為水泥的凝聚時間。水泥的凝聚時間分為初凝和終凝兩種。

初凝是指從水泥加水拌和到水泥漿達(dá)成人為規(guī)定的某一可塑狀態(tài)所需的時間。初凝表示水泥漿開頭失去可塑性并凝結(jié)成塊，此時不具有機械強度。終凝是指從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，達(dá)成人為規(guī)定的某一較致密的固體狀態(tài)所需的時間。終凝表示膠體進(jìn)一步精細(xì)并失去其可塑性，產(chǎn)活力械強度，并能抗?fàn)幋_定外力。從圖2可以看到，隨著礦粉摻量的增加，復(fù)合膠凝材料的初凝時間有增加趨勢，而終凝時間卻有裁減的趨勢。這說明該礦粉摻量增加后，使得復(fù)合膠凝材料漿體具有可塑狀態(tài)的時間延長，而失去可塑性產(chǎn)生力學(xué)強度的時間那么縮短。2.1.3礦粉摻量對水泥膠砂流動度的影響圖3給出了礦粉摻量對膠砂滾動度的影響規(guī)律。

從圖3可以看到，在一致膠砂比（1∶3）、水膠比（0.50）的條件下，隨著礦粉摻量的增加，膠砂滾動度有不斷增長的趨勢。這與前面礦粉摻量對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響規(guī)律好像，二者均說領(lǐng)略礦粉具有減水作用。2.1.4礦粉摻量對水泥膠砂力學(xué)性能的影響圖4、圖5給出了礦粉摻量對膠砂抗折、抗壓強度的影響規(guī)律。從圖4與圖5可以看到，隨著礦粉摻量的增加，3d/7d/28d的抗折強度、抗壓強度均是降低的，且在礦粉摻量達(dá)成60%之后，降幅明顯增加。從前面的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量結(jié)果中也可以看到，在礦粉摻量增加到60%之后，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量明顯降低。這也說領(lǐng)略為何在一致膠砂比、水膠比的條件下，礦粉摻量達(dá)成60%之后，膠砂的強度明顯下降。經(jīng)過上述礦粉摻量對復(fù)合膠凝材料性能的影響分析，結(jié)果我們選擇礦粉摻量為70%，其主要性能指標(biāo)見表6。

2.2復(fù)合膠凝材料配制混凝土性能的研究2.2.1混凝土合作比為便于和常規(guī)的商品混凝土比較，本次試驗采用的混凝土合作比為攪拌站常用的C30混凝土配合比[4~5]，混凝土合作比見表7。2.2.2新拌混凝土性能圖6反映了復(fù)合膠凝材料與P?O42.5水泥配制的混凝土的坍落度及經(jīng)時損失處境。在初始狀態(tài)P?O42.5水泥配制的混凝土坍落度好于復(fù)合膠凝材料配制的混凝土。這與水泥中減水劑的摻量較大有關(guān)。P?O42.5水泥配制的混凝土30min、1h的經(jīng)時損失率分別為44%和78%；

復(fù)合膠凝材料對應(yīng)時間的經(jīng)時損失率分別為41%和76%，比水泥低。摻有減水劑的混凝土坍落度經(jīng)時損失的理由主要有兩方面：首先從物理上來說，當(dāng)高效減水劑摻入到水泥混凝土后，通過攪拌，水泥顆粒外觀吸附高效減水劑分子，使得水泥粒子的Zeta電位提高。帶電粒子之間存在靜電斥力與范德華引力，阻攔了水泥顆粒凝結(jié)。水泥水化過程中，由于物理和化學(xué)的分散作用，液相中的粒子增多，分散的粒子由于布朗運動、重力、機械攪拌等，使粒子外觀吸附的高效減水劑隨時間增加而裁減，從而兩種水泥顆粒之間Zeta電位降低，相互間作用位能下降，產(chǎn)生凝結(jié)，引起混凝土的坍落度經(jīng)時損失。從化學(xué)方面來說，水泥漿流動度的經(jīng)時變化與液相中高效減水劑的濃度有關(guān)。由于水泥初期水化回響，高效減水劑的消耗引起液相中高效減水劑濃度的降低，對水泥的分散作用減弱，造成混凝土坍落度的損失。另外，水泥水化產(chǎn)生CSH、Ca(OH)2等水化產(chǎn)物，會使新拌混凝土粘度增大，也是引起混凝土坍落度經(jīng)時損失的理由之一。復(fù)合膠凝材料中水泥摻量較低[6]，而水化較為緩慢的礦粉摻量較高，水化進(jìn)程緩慢是其經(jīng)時損失較水泥低的原因。圖7為兩種膠凝材料配制的混凝土狀態(tài)，其中a為復(fù)合膠凝材料配制的混凝土，b為普硅水泥配制的混凝土。從圖中可以看出，復(fù)合膠凝材料對骨料的包裹性能更好，而水泥配制的混凝土展現(xiàn)了微弱的泌漿現(xiàn)象。2.2.3混凝土不同齡期強度圖8反映了復(fù)合膠凝材料與水泥配制的混凝土不同齡期的強度狀況。從圖中可以看出，復(fù)合膠凝材料配制的混凝土早期強度低于水泥配制的混凝土。但復(fù)合膠凝材料后期強度增長率大于水泥，這導(dǎo)致了復(fù)合膠凝材料配制的混凝土28d強度反而高于水泥配制的混凝土[7~8]。表8列出了三組復(fù)合膠凝材料、水泥配制的混凝土的28d強度。由于試驗過程采用的是100mm×100mm×100mm的模具，所以對強度舉行了換算，乘以0.95的尺寸折算系數(shù)。結(jié)論（1）礦粉摻量增加可以降低復(fù)合膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，增加膠砂的滾動度，同時增加膠凝材料的初凝時間，降低終凝時間，但礦粉摻量增加對膠砂的力學(xué)性能更加是早期強度不利，但是礦粉摻量達(dá)成70%時仍能配制出性能得志P?O32.5性能要求的膠凝材料。（2）利用復(fù)合膠凝材料配制的混凝土對骨料的包裹性能比水泥好，復(fù)合膠凝材料對混凝土工作性能有利，可以增加坍落度，同時由于其早期水化速度較慢，故其坍落度經(jīng)時損失率小于水泥。（3）復(fù)合膠凝材料配制的混凝土早期強度略低于水泥配制的混凝土，但后期強度能趕上甚至超過水泥配制的混凝土。利用這兩種膠凝材料，按照常規(guī)C30合作比配制的混凝土都能得志《混凝土強度檢驗