矿渣粉掺量影响混凝土泌水与新拌特性研究.pdf

第 4 2 卷第 5期 2 0 1 1 年 5月 Vo 1 ． 4 2 No ． 5 Ma v ．2 0 1 l 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 4 4 1 矿渣粉掺量影响混凝土泌水与新拌特性研究 蔡志达 ，李隆盛2 ，张建智 ，黄兆龙 ( 1 ． 成功大学永续环境科技研究中心， 7 0 9 5 5 ， 台湾台南； 2 ． 华夏技术学院资产与物业管理系， 2 3 5 5 4 ， 台湾台J g ； 3 ． 台湾科技大学营建工程系， 1 0 6 7 2 ， 台湾台北) 摘要： 高炉矿渣粉被广泛应用于混凝土中， 但矿渣粉的斥水特性， 常使混凝土因泌水而造成严重的表面粉 化。通过探讨高炉矿渣粉掺量对混凝土泌水特性与新拌混凝土性能的影响， 期望根据相关试验结果找出较合理 的矿渣粉掺量比例 。 关键词： 混凝土； 高炉矿渣粉 ； 泌水； 新拌性质 中图分类号 ： T u 7 5 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 — 0 4 4 1 — 0 3 EFFECT oF CEMENT REPLACEM ENT BY BLAS T FURNACE SLAG PoⅥ1 【 】 lER oN THE BLEEDI NG AND FRESH CHARACTERI STI CS OF CONCRETE CAI Zhi - da ’ ， L I L o ng - sh e ng 2 , ZHANG J i a n -z h i ’ ， HUANG Zh a o- l on g 。 ( 1 ． S u s t a i n a b l e E n v i r o n me n t R e s e a r c h C e n t e r ， C h e n g K u n g U n i v e r s i t y ，7 0 9 5 5 ，T a i n a n ， T a i w a n ，C h i n a ； 2 ．De p a r t me n t o f As s e t s a n d P r o p e rt y Ma n a g e me n t ，Hwa Hs i a I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，2 3 3 5 4 ，Ta i p e i ，T a i wan ，Ch i n a； 3 ．D e p a r t m e n t o f C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g ， T a i w a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e and T e c h n o l o gy，1 0 6 7 2 ，T a i p e i ， T a i w an，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Bl a s t f u r n a c e s l a g p o wd e r wa s e x t e n s i v e l y u s e d i n t o c o n c r e t e ．Bu t t h e b l e e d i n g c h a r a c t e r i s t i c o f b l ast f u rna c e s l a g p o wd e r f r e q u e n t l y r e s u l t s i n s e rio u s b l e e d i n g a n d d u s t i n g o f c o n c r e t e ．T h e v a rio u s c e me n t r e p l a c e me n t s b y b l a s t f u rna c e s l a g p o wd e r a f f e c t o n t h e b l e e d i n g c h a r a c t e ris t i c a n d f r e s h p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ． I t i s e x p e c t e d t o fin d o u t t h e o p t i mu m c e me n t r e p l a c e me n t b y b l a s t f u r n a c e s l ag p o wd e r a c c o r d i n g t o t h e r e l a t e d t e s t r e s u l t s ． Ke y wo r d s ：c o n c r e t e ；b l ast f u rna c e s l ag p o wd e r ；b l e e d i n g ；fle s h c h a r a c t e ris t i c s 水淬高炉矿渣粉的成分与水泥类似，与水接触反 应后， 碱『生 离子会与酸性物质结合 ， 形成类似水泥的水 化产物 ， 但该产物因碱离子不足而有所不同， 其平衡l!生 较差， 故吸收水后， 马上反应然后又将水分释出， 产生 斥水现象[ 。 矿渣粉的斥水现象并非都是不利的， 若缺 少斥水作用， 将影响混凝土的保坍能力； 但矿渣粉使用 过量会使混凝土因泌水而导致严重的表面粉化[2 ]。 因此本文主要通过相关试验，期望找出一较适当 合理的矿渣粉掺量 。 1 试验规划 1 ． 1 试验原材料 水泥为I 型硅酸盐水泥；水淬高炉矿渣粉细度约 4 3 5 0 c m 2／ g ； 骨料为天然河砂及碎石 ； 高效减水剂为羧 酸系Y U G 型化学掺合料．上述材料性质经检验均符合 相关美国材料与试验协会( 简称A S T M) 的规定。 收稿 日期： 2 0 1 l 一 0 4 — 1 O 作者简介： 蔡志达( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 台湾高雄人， 助理研究员， 主要研究方向 为水泥基材料及再生建材，e — m a i l ： e h i h t a ． t s a i @ g m a i l ．c o rn ． 1 ． 2 试验变量与项 目 本研究选择台湾地区一般结构物较常使用的混凝 土规格 ： 坍落度为2 0 0 + 2 0 m m； 2 8 d 抗压强度为2 8 M P a ， 依据致密配比逻辑[ ] 来设计水胶比‰慨 为0 ． 4 8 ， 不同 矿渣粉掺量( ) 的混凝土配合比如表1 所示。 表 1 不 同矿渣掺量混凝土配合比 水胶比 混凝土配料／ ( k g ／ m ) 石 砂 水泥 矿渣粉 水+ 高效减水剂 O ％ 0 ．48 9 9 3 ． 8 8 8 1 J 3 3 8 2 ． 0 0 ， O 1 8 3 ． 3 3 O ％ 0 ．48 9 9 3 ． 8 8 8 1 ． 3 2 6 4 ． 5 11 3 ． 4 1 8 1 ．4 4 0 ％ 0．4 8 9 9 3 ． 8 8 8 1 ． 3 2 2 5 ． 9 1 5 0 ．6 1 8 0． 7 5 O ％ 0．48 9 9 3 ． 8 8 8 1 ． 3 1 8 7 ． 6 1 8 7 ． 6 1 8 0 ． 1 6 o ％ 0．4 8 9 9 3 ． 8 88 1 ． 3 1 4 9 ． 6 2 2 4．4 1 7 9．5 混凝土拌制完成后， 依据相关A S T M 规范分别进行 初始 ， 3 0 ， 6 0ra i n 后 的坍落度试验、新拌混凝土单位重 量与空气含量试验( 压力法) 、 泌水速率与泌水总量试 验、 凝结时间试验； 将混凝土浇筑于两环圈之间， 静置 4 5 m i n 后再放人温度为2 3 ~ 2 ．0 ~C：相对湿度为5 0 ％-" 3 ．O ％恒温 、 恒湿室内； 抽风顶盖的风速为4 ．5 ~ 0 ． 3 m ／ s ， 经过2 0 h 后绘制裂缝分布图并计算裂缝指数[4 ] 。 最后制 4 4 2 建筑技术 第 4 2 卷第 5 期 作直径1 5 0 m ln ， 高3 0 0 m m的混凝土圆柱试件， 并养护 于2 3 +- 2 ． O ~ C的 饱和 石 灰 水 中 ，分别 测 试 混凝 土 的 3 ， 7 ， 2 8 ， 5 6 ， 9 1 ， 1 8 0 ， 3 6 5 d 的抗压强度。 2 结果分析 2 ． 1 坍落度试验 实验结果显示，所有混凝土初始坍落度均符合设 计要求， 随着矿渣粉掺量增加， 混凝土不仅初始坍落度 较大， 3 0 ， 6 0 m i n 后坍落度亦较大， 即保坍能力较好( 表 2 ) ， 是由于当水泥用量较高时， 水化速率较快， 保坍能 力较差； 另因矿渣粉斥水特性， 导致3 0 ， 6 0 m i n 矿渣粉 掺量愈大者其保坍能力较好。 表 2 混凝土性能 矿渣粉掺量 混凝土性质 O ％ 3 O ％ 4 0 ％ 5 O ％ 6 o ％ 初始 1 8 0 1 9 0 1 9 5 2 0 5 2 2 0 坍落度／ n Ⅱ n 3 0ra i n 7 0 7 0 9 5 1 3 5 1 6 5 6Orai n 3 0 4 5 7 0 8 0 1 o o 单位 重／k g ／ m ) 2 3 6 6 23 4 6 23 4 1 23 3 l 2 3 l 8 空气含量／ ％ 2 ． 5 0 2 ． 6 5 2 ． 7 0 2 _ 8 5 3 ． 5 泌水总量／ ％ 3 ． 2 8 4 ． 0 6 4 ． 3 2 5 ． 7 8 7 ． 1 0 初凝时间／ ( h ： m i n ) 3 ： 1 7 3 ： 5 7 4 ： 0 8 4 ： 4 4 4 ： 5 8 终凝 时间／ ( h ： min ) 5 ： 5 8 7 ： 3 6 7 ： 4 5 9 ： 1 8 1 l ： 4 2 裂缝指数／ mm O ． 5 7 0 ． 1 5 0 ． 2 9 0 ． 3 2 0 ．4 3 2 ． 2 单位重与空气含量试验 由表2 可知 ， 随着矿渣粉掺量增加 ， 混凝土空气含 量随之增加， 即添加矿渣粉不仅降低混凝土粘聚}生[2 ] 。 矿渣粉颗粒表面较为粗糙，拌和过程中易将空气拌入 混凝土中， 而拌入的空气将留置在颗粒表面不易排出， 导致空气含量较高， 尤其当矿渣粉掺量大于5 0 ％时， 混 凝土空气含量将大幅增加 ，故新拌混凝土单位重量亦 随矿渣粉掺量增加而下降。 2 ． 3 泌水试验 混凝土泌水试验结果如图1 所示。 图中指出4 0 ～ 7 0 m i n 泌水量最多， 与文献[ 1 ] 采用界达 ( Z i t a ) 电位的研 究结果相 同 ，此特性亦被应用在控制高性能混凝土 4 5 — 6 0 ra i n 的工作性 ， 以确保混凝土于运输过程中的保 坍能力。泌水总量以每段时间间隔的泌水累积量所占 总拌合水的比例表示， 从表2 可知， 混凝土泌水总量随 矿渣粉掺量增加而增加， 且当~ = 6 0 ％H vJ ， 混凝土泌水总 量为乒0 ％的2 倍以上， 甚至超过总拌合水量的7 ．0 ％。 泌 水量增加不仅能使混凝土表面粉化；亦可增加其产生 塑胜收缩裂缝与干燥收缩概率[5 ] ， 进而影响混凝土耐 久}生， 故大量使用矿渣粉取代水泥时， 必须审嗅考虑泌 水特 睦对混凝土性能的影响。 2 ． 4 凝结时间试验 由于矿渣粉掺量增加， 水泥用量减小， 当用水量相 当时( 水胶比m ff m b 固定 ) ， 水灰~ F ,m 4m 增大 ， 导致水化 速率较慢， 故混凝土初 、 终凝时间随矿渣粉掺量增加而 增加。当 = 6 O ％时， 混凝土初凝时间较 = O ％ 延长1 ．5 h ， 加上泌水影响 ， 当用于需作整体粉光的结构物时， 必须 特别注意； 终凝时间则延长6 h ， 对早强或提早拆模工 程应审慎使用。 2 ． 5 裂缝指数试验 表2 显示适 当的矿渣粉掺量可有效抑制塑性收缩 裂缝产生， 但随矿渣粉掺量( ) 增加则塑性收缩裂缝亦 随之增加 ， 是由于随着矿渣粉掺量( ) 增加 ， 水泥用量 减小， 水化速率减慢， 当水分开始蒸发时， 混凝土本身 的强度不足以抵抗毛细孔张力。 2 ． 6 抗压强度试验 抗压强度试验结果显示无论矿渣粉掺量多高 ( = 0 ％～ 6 0 ％) ， 于2 8 d 时， 混凝土抗压强度均可达到设计强 度等级标准值 ( 图2 ) ，根据试验结果推估，当 大于 6 0 ％， 混凝土2 8 d 抗压强度可能无法到达2 8 M P a 。 图1 中 亦显示2 8 d 之前，混凝土抗压强度随矿渣粉掺量增加 而减少，于5 6 d 后 = 3 0 ％的混凝土抗压强度可赶上 ： 0 ％。 是因为水淬高炉矿渣粉属矿物掺合料， 需与水泥 水化产物中的氢氧化钙进行二次火山灰反应 ，方可产 生较低密度的c — s — H 胶体[引 ， 进而增加强度； 而由于二 次火山灰反应缓慢 ， 因此5 6 d 后 = 3 0 ％混凝土的抗压强 度方可赶上 = O ％的混凝土抗压强度 ， 3 6 5 d 后~ _- 4 o o~ 混 凝土的抗压强度亦可赶上 = O ％，而其他矿渣粉掺量 ( = 5 0 ％， 6 0 ％) ， 因水灰比较高 ， 且可供二次火山灰 反 应的触媒较少， 即使3 6 5 d 时， 其抗压强度仍低于未添 加矿渣粉 的混凝土强度( 0 ％) 。 O ．O 5 0 ．0 4 0 ． 0 3 ．0 。 2 蕊O ．o 0 _ o- 0 ％ —-6 3 0 ％ 1 0 l o o 时间／ r a i n 图 1 泌水速率试验结果 3 结语 6 o 5 O 4 0 嚣3 0 硝2 0 1 O O 时间／ d 图 2 抗压强度试验结果 ( 1 )由于水淬高炉矿渣粉颗粒表面较为粗糙 ， 拌 和过程中拌入的空气易留置在颗粒表面不易排出， 导 第 4 2 卷第 5 期 2 0 1 1 年 5月 Vo 1 ．42 No ． 5 Ma V ．201 1 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 4 4 3 自密实混凝土抗冻性能研究 陈春珍 ，张金喜- ，徐金 良2 ，王小兵z ( 1 ． 北京工业大学道路与铁道工程学科， 1 0 0 1 2 4 ， 北京；2 ． 厦I]中平公路勘察设计院有限公司， 3 6 1 0 0 8 ， 福建厦门； 3 ．厦 门中平工程监理咨询有限公 司， 3 6 1 0 0 8 ， 福建厦f - 3 ) 摘要 ：通过宏观和微观两方面研究C 6 0 自密实混凝土抗冻性 。宏观 研究表 明C 6 0 自密实混凝土不能经受 3 0 0 次快速冻融循环， 需掺入引气剂以保证其抗冻耐久性 ， 自密实混凝土抗冻性能与高强混凝土类似， 冻融破坏 的主要因素是在冻融过程中温度变化而产生的疲劳应力所造成。微观研究表明C 6 0 自密实混凝土的相对耐久性 指数与混凝土含气量 、 气泡间隔 系数及微观孔径分布存在一定关系 。 关键词 ： 自密实混凝 土 ； 抗冻性 ； 宏观研究 ； 微观研究 中图分类号 ： T U 7 5 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 O 0 0 — 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 — 0 4 4 3 — 0 3 S TUDY oN FRoST—RES I STANCE oF S ELF—CoM[PACTI NG CoNCRETE CHEN Ch un - z he n 。 ，ZHANG J i n - x i ’ ，XU Ji n —l ian g ，W ANG Xi ao —b i n g ( 1 ．R o a d a n d R a i l w a y E n g i n e e r i n g ，B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，1 0 0 1 2 4 ，B e i j i n g ，C h i n a ； 2 ． Xi a me n Z h o n g p i n g Hi g h w a y S u r v e y and D e s i g n C o ． ， L t d ． ，3 6 1 0 0 8 ，X i a me n ，F u j i an，C h i n a ； 3 ．Xi a me n Z h o n g p i n g E n g i n e e r i n g S u p e r v i s i o n C o n s u l t i n g C o ． ，L t d ． ，3 6 1 0 0 8 ， Xi a me n， F u j i an，C h i n a ) Ab s t r a c t ： F r o s t _ r e s i s t a n c e o f s e l f — — c o mp a c t i n g c o n c r e t e o f C 6 0 h a s b e e n s t u d i e d f r o m b o t h o f ma c r o a n d mi c r o r e s p e c t s ．Th e ma c r o — s t u d y r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e f r o s t - r e s i s t a n c e o f s e rf- c o mp a c t i n g c o n c r e t e o f C 6 0 d o e s n o t r e a c h 3 0 0 c y c l e s o f f r e e z i n g an d t h a wi n g ，i t c a n b e mi x e d wi t h a i r e n t r a i n i n g a g e n t t o e n s u r e i t s f r o s t - r e s i s t a n c e ． F r o s t — r e s i s t a n c e o f s e l f —c o mp a c t i n g c o n c r e t e i s s i mi l a r t o h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e wi t h f r e e z e-- t h a w d a ma g e ，w h i c h a ma j o r f a c t o r i s t h e f a t i g u e s t r e s s o n t e mp e r a t u r e c h a n g e s d u ri n g f r e e z i n g a n d t h a w i n g ． Th e mi c r o- s t u d y r e s u l t s i n d i c a t e t h a t c o n c r e t e a i r c o n t e n t ，b u b b l e s p a c i n g f a c t o r ；mi c r o- p o r e s i z e d i s t rib u t i o n h a d a r e l a t i o n s h i p wi t h t h e d u r a b i l i t y i n d e x o f s e l f -c o mp a c t i n g c o n c r e t e o f C6 0 ． Ke y wo r ds ：s e l f -c o mp a c t i n g c o n c r e t e ；f r o s t — — r e s i s t an c e ；ma c r o -s t u d y ；mi c r o — — s t u d y 随着混凝土技术发展，高性能混凝土的研究与应 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 —1 0 作 者 简 介 ：陈 春 珍( 1 9 8 2 一) ，女 ，福 建 漳 州 人 ， 硕 士 ， e— m a i l ： 用日益受到人们重视，而高性能混凝土研究中更以混 凝土耐久性为核心内容。抗冻性是混凝土耐久性的重 要指标， 是影响混凝土使用寿命与性能的重要因素， 但 自密实混凝土的抗冻性能研究较为少见。本文主要从 致其空气含量较高， 故随矿渣粉掺量增加， 混凝土空气 含量随之增加； 新拌混凝土单位重量随之下降。 ( 2 )利用水淬高炉矿渣粉取代水泥所拌制的混凝 土于4 O 7 0 m i n H ~ 泌水量最多， 而混凝土泌水总量随矿 渣粉掺量增加而增加。当~ ： = 6 0 ％B v j ， 混凝土泌水总量为 =0 ％的2 倍以上 ， 甚至超过总拌合水量的7 ． O ％， 而泌水 量不仅可使混凝土表面产生粉化 ；亦可增加其产生塑 性收缩裂缝与干燥收缩的概率 ，进而影响混凝土耐久 性， 故大量使用矿渣粉取代水泥时， 必须审I真考虑泌水 特 陛对混凝土性能的影响。 ( 3 )混凝土初 、 终凝时间随矿渣粉掺量增加而增 加 ， 当 为6 0 ％时 ， 混凝土初凝 时间较 = 0 ％延长 1 ． 5 h ， 加上泌水影响， 当需做用于整体粉光结构物时， 须特别 注意； 其终凝时间亦延长6 h ， 对于早强或提早拆模工 程应审慎使用。 ( 4 )适当的矿渣粉掺量可有效抑制混凝土产生塑 性收缩裂缝， 但随矿渣粉掺量( ) 增加则塑性收缩裂缝 亦随之增加 。 参考文献 [ 1 ] 朱惕之． 高性能混凝土材料组成特性及早期性质之研究 [ D ] ． 台 北 ： 台湾科技大学营建工程系 ． 1 9 9 4 ． [ 2 ] 郑凯维． 致密炉石水泥混凝土工程性质之研究[ D ] ． 台北： 台湾科 技大学营建工程系， 2 0 0 2 ． [ 3 ] C H AN G P K ，P E NG Y N，H WAN G C L ． A d e s i g n c o n s i d e r a t i o n f o r d u r a b i l i t y o f h i g h — p e r f o r m a n c e c o n c r e t e [ J ] ． C e m e n t and C o n - c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 l ， 2 3 ( 4 ， 5 ) ： 3 7 5 - 3 8 0 ． [ 4 ] N T B U I L D 4 3 3 ： C o n c r e t e ： c r a c k i n g t e n d e n c y e x p o s u r e t o d r y i n g d u ri n g t h e fi rs t 2 4 h o u rs[ S ] ． N o r d t e s t M e t h o d ， F i n l a n d ， 1 9 9 5 ． [ 5 ] 卢雪卿， 黄兆龙． 浆量及水量对混凝土体积稳定性之影响[ J ] _ 中 国土 木水利 工程学刊 ， 2 0 0 0 ，1 2 ( 3 ) ： 6 2 1 — 6 2 6 ． [ 6 ] M E H T A P K ．C o n c r e t e — s t r u c t u r e ，p r o p e r t i e s and m a t e r i a l s [ M] ． En g l e wo od Cl iff s ，NJ： Pr e n t i c e —Ha l l I n c ．，1 9 8 6： 2 4 9 — 2 81 ．