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1、大掺量矿粉配制C30混凝土的研究-建筑论文大掺量矿粉配制C30混凝土的研究局立（武汉武新新型建材有限公司）摘要：每生产It水泥就要排放接近It的C02 ,而矿粉作为一种绿色环 保建筑材料,其原材料是炼铁过程中产生的废渣,每应用It矿渣粉就可以减少 约863kg的C02排放。矿粉是生产高性能混凝土必不可少的组分，但是传统混 凝土中矿粉的掺量一般在胶凝材料总量的40%以下。本文首先系统研究了矿粉 掺量对胶凝材料体系基本性能的影响,认为矿粉掺量达到70%时，复合胶凝材 料的性能仍能满足P O 32.5的要求然后采用搅拌站常用的C30混凝土配合比, 成功配制出了性能满足规范要求的混凝土。利用该文童所述
2、的复合胶凝材料制备 的混凝土工作性能良好，早期强度略低于常规配方的混凝土，但后期强度能赶上 甚至超过常规配方的混凝土。关键词:大掺量；粒化高炉矿渣粉；混凝土；复合胶凝材料前言我国水泥工业向地球大气层累计排放了 75亿t的CO2 ,占全世界排放量 的1/2 ,对环境影响很大,故未来的水泥工业必须严格限制硅酸盐水泥熟料的掺 量。矿渣粉是一种绿色环保建筑材料,生产矿渣粉的原材料"矿渣"为炼铁过程 的副产品，其生产过程中所产生的碳排放量仅为普通硅酸盐水泥的5% 10% , 每应用It粒化高炉矿渣粉可以减少863kg的CO2排放。粒化高炉矿渣粉作为一种高性能混凝土掺和料已在商品混凝土
3、中得到广 泛应用,并且取得了良好的效果，如减少水化热、降低成本、增加耐久性等。目 前混凝土中矿粉掺量一般在40%以下”但从活性分析上来看矿粉在混凝土中的 取代量应该还可以增大。笔者以矿粉、粉煤灰、水泥组成复合胶凝材料,首先研 究了矿粉掺量对胶凝材料基本性能的影响，确定合适的胶凝材料搭配比例；然后 以此种胶凝材料进行C30混凝土的配制试验。& 1（絢加）卫8002900比泰頁税>4004127d活件描散（光）>758528d话性财冬（）M9S99102含 *!%!<1.00.2<4.01.5-（複子Ab!%）*0.06<3.0-1.&1玻*体含（%）
4、96frfii1原材料及试验方法1.1原材料1.1.1矿粉采用武汉武新新型建筑材料有限公司生产的S95级矿粉,其主要技术指 标见表1。1.1.2水泥采用湖北亚东水泥有限公司生产的P O 42.5水泥，其水泥性能见表2。1.1.3粉煤灰武汉阳逻电厂生产的粉煤灰,其粉煤灰主要性能指标见表3。1.1.4减水剂武汉源锦建材科技有限公司生产的聚接酸盐高效减水剂，减水率为21.2% ,固含量为10.4%。*2 水wnw!S»(45wnn (%)林崔酬廈用水畳(g)廈MPS)fctB«ar(wpa)丹當时WCmin)3d28d3d28d初换4.951356.459.330.9SS.11S
5、52601.1.5 砂采用河砂作为细集料,细度模数为2.15 ,含泥量为2.4 ,其颗粒级配见表4。淞 3比(鳴J13.6987.3灰4砂馥紀f?孔尺寸(nwn>19.016.013.29.54.752.361.180.630.30.15<0.15«h<%)00762.297.1614.0921.S729.9S43.9162.4.59601001?扎尺寸Imml31.52.5191613J9.54.75238<2,36為上図)09.3060.7S75.1686.2293.2607.609Z981001.1.6石子 所用石子的含泥量为0.2% z其颗粒级配见表5
6、。1.2试验方法 1.2.1试验设计 首先研究了矿粉掺量对混凝土中胶凝材料体系基本性能的影响，并据此确定胶凝材料的组成；参照搅拌站常用的C30混凝土配合比配制混凝土并测试新拌混凝土性能及不同龄期的强度。1.2.2参照标准本研究主要试验参照的标准分别为：水泥与减水剂相容性试验方法(JC/T 1083-2008 );普通混凝土拌合物性能试验方法标准(GB 50080-2002 );普通混凝土力学性能试验方法标准(GB 50081-2002 ); «混 凝土强度检验评定标准(GB50107-1010 );«水泥标准稠度用水量凝结时间安 定性检验方法(GB/T 1346-2011
7、);水泥胶砂强度检验方法(GB/T 17671-1999 );水泥胶砂流动度测定方法(GB/T 2419-2005 12试验数据及分析2.1胶凝材料体系的研究2.1.1矿粉掺量对水泥标准稠度用水量的影响从图1中可以看到，水泥的标准稠度用水量随矿粉掺量的增加而减少，但 当矿粉掺量增大至60%后,标准稠度用水量减少的趋势增加，这是矿粉的颗粒 形貌以及颗粒级配等综合作用的结果1。矿粉与水泥的颗粒级配是互补的 23。矿粉中小于3 m的颗粒含量、大于32 m的颗粒含量均小于相应的水泥 中的颗粒含量，而3 m 32 m的颗粒含量则高于水泥。由此得出，矿粉的掺入 可以使胶凝材料体系的孔隙率降低,减少填充水量
8、。2.1.2矿粉掺量对水泥凝结时间的影响图2给出了不同矿粉掺量对复合胶凝材料浆体的凝结时间影响。水泥从加 水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需要的时间称为水泥的凝 结时间。水泥的凝结时间分为初凝和终凝两种。初凝是指从水泥加水拌和到水泥 浆达到人为规定的某一可塑状态所需的时间。初凝表示水泥浆开始失去可塑性并 凝聚成块,此时不具有机械强度。终凝是指从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可 塑性，达到人为规定的某一较致密的固体状态所需的时间。终凝表示胶体进一步 紧密并失去其可塑性,产生机械强度，并能抵抗一定外力。从图2可以看到,随 3E彼Z：库-让每个人平等地提升自我看矿粉掺量的增加,复合胶凝
9、材料的初凝时间有増加趋势,而终凝时间却有减少 的趋势。这说明该矿粉掺量增加后,使得复合胶凝材料浆体具有可塑状态的时间 延长,而失去可塑性产生力学强度的时间则缩短。2.1.3矿粉掺量对水泥胶砂流动度的影响图3给出了矿粉掺量对胶砂流动度的影响规律。从图3可以看到,在相 同胶砂比（1:31水胶比（0.50 ）的条件下,随看矿粉掺量的增加，胶砂流动 度有不断增长的趋势。这与前面矿粉掺量对水泥标准稠度用水量的影响规律相 似，二者均说明了矿粉具有减水作用。2.1.4矿粉掺量对水泥胶砂力学性能的影响图4、图5给出了矿粉掺量对胶砂抗折、抗压强度的影响规律。从图4与 图5可以看到，随看矿粉掺量的增加,3d/7d
10、/28d的抗折强度、抗压强度均 是降低的,且在矿粉掺量达到60%之后，降幅明显增加。从前面的标准稠度用 水量结果中也可以看到,在矿粉掺量增加到60%之后,标准稠度用水量明显降 低。这也说明了为何在相同胶砂比、水胶比的条件下,矿粉掺量达到60%之后, 胶砂的强度明显下降。经过上述矿粉掺量对复合胶凝材料性能的影响分析，最后我们选择矿粉掺 量为70% ,其主要性能指标见表6。2.2复合胶凝材料配制混凝土性能的研究2.2.1混凝土配合比为便于和常规的商品混凝土对比，本次试验采用的混凝土配合比为搅拌站 常用的C30混凝土配合比45,混凝土配合比见表7。2.2.2新拌混凝土性能图6反映了复合胶凝材料与P
11、0 42.5水泥配制的混凝土的坍落度及经时 损失情况。在初始状态P 0 42.5水泥配制的混凝土坍落度好于复合胶凝材料配 制的混凝土。这与水泥中减水剂的掺量较大有关。P 0 42.5水泥配制的混凝土 30min. lh的经时损失率分别为44%和78% ;复合胶凝材料对应时间的经时扌员 失率分别为41%和76% ,比水泥低。掺有减水剂的混凝土坍落度经时扌员失的原 因主要有两方面:首先从物理上来说，当高效减水剂掺入到水泥混凝土后,通过 搅拌,水泥颗粒表面吸附高效减水剂分子,使得水泥粒子的Zeta电位提高。带 电粒子之间存在静电斥力与范德华引力，阻止了水泥颗粒凝聚。水泥水化过程中, 5E彼Z：库-让
12、每个人平等地提升自我由于物理和化学的分散作用,液相中的粒子增多,分散的粒子由于布朗运动、重 力、机械搅拌等,使粒子表面吸附的高效减水剂随时间增加而减少,从而两种水 泥颗粒之间Zeta电位降低，相互间作用位能下降,产生凝聚,引起混凝土的坍 落度经时扌员失。从化学方面来说,水泥浆流动度的经时变化与液相中高效减水剂 的浓度有关。由于水泥初期水化反应，高效减水剂的消耗引起液相中高效减水剂 浓度的降彳氐,对水泥的分散作用减昌,造成混凝土坍落度的损失。另外，水泥水 化产生CSH、Ca(0H)2等水化产物,会使新拌混凝土粘度增大,也是引起混凝 土坍落度经时损失的原因之一。复合胶凝材料中水泥掺量较低6,而水化
13、较为 缓慢的矿粉掺量较高,水化进程缓慢是其经时扌员失较水泥低的原因。ft 6 U合%Q3d28d3d28d初為时树2.71482.89.2$12.444.8165250图7为两种胶凝材料配制的混凝土状态，其中a为复合胶凝材料配制的 混凝土,b为普硅水泥配制的混凝土。从图中可以看出，复合胶凝材料对骨料的 包裏性能更好,而水泥配制的混凝土出现了轻微的泌浆现象。2.2.3混凝土不同龄期强度图8反映了复合胶凝材料与水泥配制的混凝土不同龄期的强度状况。从图 中可以看出,复合胶凝材料配制的混凝土早期强度低于水泥配制的混凝土。但复 合胶凝材料后期强度增长率大于水泥，这导致了复合胶凝材料配制的混凝土 28d
14、强度反而高于水泥配制的混凝土 78。表8列出了三组复合胶凝材料、水泥配制的混凝土的28d强度。由于试 验过程采用的是10 OmmxlO OmmxlOOmm的模具，所以对强度进行了换算, 乘以0.95的尺寸折算系数。l«7閹区 不词終期iU"七蛭厦&住越昵材和灰R论力学忻隧MPa)nvUr*n12341.442.541.241741.240.*937.540.139.S39.5根据混凝土强度检验评定标准风GB50107-2010 )中非统计方法对C30混凝土的要求:1讷3九仁起f<:u. minL4 C u. k爲人一合格判定系数分别为15, 0.95;mf&l
15、t;u-同一检验批混凝土立方体抗压强度的平均值；仁时一同一检验扌比混凝土立方体抗压强度的最小值；这两种胶凝材料配制的混凝土都满绘(：30混凝土的要求。这两种胶凝材料配制的混凝土都满足C30混凝土的要求。结论(1 )矿粉掺量增加可以降低复合胶凝材料的标准稠度用水量，增加胶砂 的流动度,同时增加胶凝材料的初凝时间,降低终凝时间”但矿粉掺量增加对胶 砂的力学性能特别是早期强度不利，但是矿粉掺量达到70%时仍能配制出性能 满足P O 32.5性能要求的胶凝材料。(2) 利用复合胶凝材料配制的混凝土对骨料的包裹性能比水泥好，复合 胶凝材料对混凝土工作性能有利，可以增加坍落度，同时由于其早期水化速度较 慢
16、,故其坍落度经时扌员失率小于水泥。(3) 复合胶凝材料配制的混凝土早期强度略低于水泥配制的混凝土，但 后期强度能赶上甚至超过水泥配制的混凝土。利用这两种胶凝材料,按照常规 C30配合比配制的混凝土都能满足混凝土强度检验评定标准 (GB50107-2010 )中非统计方法对C30混凝土的要求。(4) 矿粉掺量增大，胶凝材料和混凝土的早期强度会降低。为完善以矿 粉为主要胶凝材料的混凝土的理论体系,我们还应从矿粉与常见外加剂的相容 性；矿粉对混凝土耐久性的影响；添加碱性激发剂,提高胶凝材料和混凝土的早 期强度；针对大掺量矿粉的特点优化混凝土配合比等方面进行试验研究。参考文献：1赵旭光，李长成,文梓芸
17、，余其俊.高炉矿渣粉体的颗粒形貌研究几建 筑材料学扌艮2005 ( 5 ) :558 5612万惠文，林宗寿,水中和，付黄浦.矿渣微粉颗粒群分布及形貌对水泥性 能的影响几 武汉理工大学学报,2003 ( 1 ) 19-223张育才，林宗寿,周惠群，杜跃兰.不同粉磨方式矿粉颗粒特性的研究J. 武汉理工大学学报,2008 ( 5 ):42-464楼基乔，钟学，倪国军.矿粉在混凝土中的应用J.浙江建筑,2006 (12 ) :59605秦宇峰.矿粉在泵送混凝土中的作用J 山西建筑，2 0 0 7(6) 172-1736孔书祥.从混凝土用材料谈聚竣酸减水剂的应用J .四川建筑,2013(5) :219-2207李迁，刘冬霞.矿粉对水泥及混凝土性能的影响与应用几辽宁建 林2008 ( 12 ) :50 518邱慧芳混凝土复合矿物掺合料的性能研究D.哈尔滨工业大 学,2012作者简介高 立z 1988年生，硕士 , 2012年毕业于武汉理工大学建筑材料与工程 专业。目前就职于武汉武新新型建材股份有限公司研发工程师岗位。主要从事冶 金固体废弃物循环利用及混凝土预制构件、装配式住宅的相关研究。地址：湖北省武汉市青山区武钢十四号门工人村路特一号11百度文库-让毎个人平誓地提升自我E-mail : emailprotected#