矿物掺合料对绿色高性能混凝土强度的影响.pdf

文章 编号 ： 1 0 0 7 — 0 4 6 X ( 2 0 1 4 ) 0 卜0 0 4 0 — 0 3 生态建材 矿物掺合料对绿色高性能混凝土强度的影响 E f f e c t o f Mi n e r a l A d mix t u r e s o n t h e S t r e n g t h o f G r e e n H i g h - P e r f o r m a n c e C o n c r e t e 张亚楠 ，王珏 ，李倩 ，韩子龙 ( 武汉大学水利水电学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要 ：采用正交试验的方法，研究水胶 比、硅灰 、粉煤灰和石灰石粉掺量对 GHP C( 绿 色高性能混凝土 )强度的 影响。研 究结果表明，GHP C抗压强度的影响因素次序依次为水胶比、硅灰掺量、粉煤灰掺量及石灰石粉 掺 量。 当水胶 比为 O ． 2 8 、硅灰掺 量 为5 ％、粉 煤 灰掺 量为 2 0 ％、石灰 石粉掺 量 为 1 0 ％ 时 ，可 配制 满足抗 压 强度 在 C6 0 ~ C8 0 _ 1~t- 绿 色环保 的 GHP C。 关键词 ：GHP C ( 绿 色高性能混凝土 )；矿物掺合料 ；正交试验；强度。 中图分类号 ：T U5 2 8 ． 3 1 文献标志码 ：A 0 前 言 从国外情况来看，用细掺料代替大量熟料，是 G H P C 的发展方向之一。十多年来，美国、瑞典、法国等国家都 对高性能混凝土及绿色高性能混凝土进行了大量的研究。 国内对于绿色高性能混凝土的开发研制和应用也作了大量 的工作，在利用工业废弃物方面取得了可喜的进展l l 1 。 已有的研究表明， 活性掺合料在混凝土中的应用能充 分发挥其火山灰活性效应、微集料效应、减水塑化效应及 耐久效应，大幅度提高混凝土的施工性能、物理力学性能 和耐久性能。目 前，我国配制 H P C采用的活性掺合料主要 是硅灰、超细矿渣粉与优质粉煤灰等。硅灰资源较少，价 格昂贵，水淬矿渣年产 8 0 0 0多万t 已大部分用于水泥混合 材，量少价高决定了它们不可能成为绿色混凝土的大宗的 掺合料，唯有粉煤灰资源十分丰富l 2 _ 。 本文采用正交试验的方法， 研究水胶比、硅灰、粉煤 灰和石灰石粉掺量对 G H P C强度的影响，得到制备 C 6 0 一 C 8 0 的 G H P C最佳配合比，改善目前国内高性能混凝土废 物利用率低的问题，获得环保和经济效益双赢。 l 原材料与试验 本试验采用P ． O 4 2 ． 5 普通硅酸盐水泥( c ) 、硅灰 ( s F )、 Ⅱ级粉煤灰( F A ) 、石灰石粉( L P ) 、 砂( S ) 、碎石( G ) 及s P 1 高 效减水剂( wR ) 。 4 0 COAL ASH 1 ／ 201 4 1 ． 1 胶砂试验 根据对比试验法， 采取单一控制变量方法，表 1 所示 配合比制备尺寸为4 c m 4 c m1 6 c m的试件。试件成型 2 4 h后拆模，并置于常温水中养护。养护 2 8 d之后取出， 将试件用电液式压力试验机测试其抗压强度，结果取平均 值作为分析数据。 表 1 不同胶凝体系的胶砂强度 其他条件相同的情况下，低水灰比可以显著地提高水 泥的强度，石灰石粉掺量过高时会出现特殊情况。添加粉 煤灰和石灰石粉会降低水泥的强度，而且添加石灰石粉强 度降低更明显。当粉煤灰和石灰石粉含量低 ( 2 0 ％)时， 两者搀和使用比单独使用强度要低；当粉煤灰和石灰石粉 含量高 ( 4 0 ％)时，两者搀和使用不会降低水泥强度。 当废弃物利用率较高，如掺合料含量 > 3 0 ％时，既能获得 较高强度的水泥，又能更有效地达到绿色环保的效果。 1 ． 2 混凝土试验 G H P C的制备： E 艺包括搅拌程序、成型与养护制度。 搅拌程序为：首先将胶凝材料 ( 包括水泥、硅粉、粉煤灰 及石灰石粉 ) 和砂搅拌 2 — 4 m i n ，最后加水和减水剂搅拌 6m i n 。试件制备尺寸为 1 0 c m1 0 c m1 0 c m。标准养护 2 8 d 后测试混凝土试件强度。根据正交试验的数据分析方 法得出最优配合比以及对混凝土强度的主要影响因素，四 因素三水平表见表 2 。 表 2 正交试验的因素水平 根据表 2的因素水平安排的正交试验如表 3所示。 表 3 正交设计试验配合比 2 试验结果与分析 依据正交试验设计配合比，可计算得到试验配合比， 见表 4 。同时，由此得到的 G H P C的抗压强度测试结果也 一 并列入表4中。 表 4 G H P C的试验配合比和强度测试结果 以抗压强度为考察指标，对表4 所得的试验结果进行 K值和极差 R分析见表 5。直观分析可以看出 G H P C 一 1 抗压强度最大，为 8 4 _ 3 MP a 。由正交试验的极差 R分析 可知：G H P C抗压强度的影响因素次序依次为水胶比、硅 灰掺量、粉煤灰掺量、石灰石粉掺量；由正交试验的K值 分析可知：各因素的最好水平分别是水胶比为 0 ． 2 8 、硅灰 掺量为 1 0 ％、粉煤灰掺量为 1 0 ％、石灰石粉掺量为1 0 ％ ( 表 5中用 “ 标出)。不同因素对 G H P C强度的影响 见图 1 。 表 5 不同配合比混凝土的抗压强度测试 ( 下转第4 4 页) 1 ／ 2 0 1 4 粉 煤 灰 4 1 3 工程应用 对上述最佳配合比进行多次重复性试验。从试验结果 来看，其工作性和强度均能满足 C 3 0 泵送混凝土技术要求。 将此项研究成果应用于企业生产中已有一段时间，从历次 的统计数据来看，坍落度均维持在 1 7 0 2 1 0 m m，2 8 d 抗 压强度均达到设计强度的 1 2 0 ％以上。在混凝土中掺人一 定比例的细砂，一方面改善了混凝土拌合物和易性、工作 性和强度；另一方面由于其价格比粗砂低，使得混凝土成 本降低，具有良好的经济效益。 4 生产使用注意事项 ( 1 ) 不同强度等级混凝土中细砂掺量有所不同，具体 掺量必须经试验确定。 ! ! 吨! 纠 ! 纠 吨! 纠 ! 睦! ! ! 纠 ! _ 皂 ! 幢! ! ! ! ( 上接g4 1 页 ) ( 2 ) 当细砂或粗砂细度模数发生改变时，细砂掺量必 须进行相关试验后确定。 ( 3 ) 在使用细砂的同时应保证粗砂储备量充足。 5 结 论 ( 1 ) 混凝土中掺入一定比例的细砂能有效地改善混凝 土拌合物和易性。 ( 2 )当细砂掺入比例较高时对混凝土的工作性和强度 会产生不利影响。 ( 3 )细砂的使用能降低生产混凝土成本，为企业带来 良好的经济效益。 作者简介：朱鼎 ( 男，l 9 8 4 一)，毕业于无机非金属材料专业， 从事 混凝土与混凝土外加剂的生产、应用、研究工作， 助理工程师 收稿日期： 2 0 1 3年 7月 2 2日 ! ，f i 睦! 纠 睦! 纠 ! 纠 嚏! ! 纠 睦! 纠 睦! 睦! 纠 疃! 纠 ! ， f 在G H P C配合比设计及参数选择时， 一方面要有利于 获得更高的G H P C强度；另一方面在成本上和废物利用率 上也要有适当考虑，尽量把成本控制在较低水平，同时更 加有利于绿色环保。依据表 5 正交试验分析结果，不同因 素对成型的混凝土试件的抗压强度影响按顺序排列为 W／ B ， 其次是s F含量，再次是 F A和 L P含量。可确定 G H P C的 最佳配合比，即选择各因素的最好水平：水灰比选用 0 ． 2 8 效果最好，s F含量 5 ％ ～ 1 0 ％均可，F A含量选取 1 0 ％一 2 0 ％对强度影响不大，L P含量选取 1 0 ％ 效果好。由于 S F 成本较高，同时为了提高废物利用率，综合考虑后可以选 取水灰比0 ． 2 8 ，s F 含量 5 ％， F A含量 2 0 ％，L P含量 1 0 ％， 达到废弃物利用率高达3 5 ％以上，强度达到8 0 M P a 以上， 抗折强度和弹性模量达到很好的数值，同时绿色环保的 效果很好。 74 ． 0 7 2 ．0 墨 6 6 ．0 6 4． 0 粪 6 2 ．0 60 ． 0 7 0 ． O 室 6 o 6 60 吾6 4 ． 0 播6 2 ． 0 6 0 ． 0 5 8 ． 0 7 0． 黔 蓄 馨 6 4 6 3 骧-~ 6 6 2 1 , 6 0 7 68 懿 蓬 嚣 素趋势图 因素趋势 图 因素趋势 图 因素趋势 图 3 结 论 研究结果表明，G H P C抗压强度的影响因素次序依次 为水胶比、硅灰掺量、粉煤灰掺量及石灰石粉。当水胶比 为0 ． 2 8 、硅灰掺量为5 ％，粉煤灰掺量为 2 0 ％，石灰石粉 掺量为 1 0 ％时，可配制满足抗压强度在 C 6 0 ～ C 8 0 并且绿 色环保的G H P C 。 参考文献 [ 1 】余峰． 绿色高性能混凝土的研究【 J ] ． 武汉科技学院学报， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 4 6 ． 4 9 ． [ 2 1鄢朝勇． 混凝土材料的可持续发展与粉煤灰绿色高性能混凝土I J 】 国外 建材科技， 2 0 0 5 ， 6 ( 4 ) ： 5 ， 7 图 1 不同因素对G H P C 强度的影响 收 稿13 W I ： 2 0 1 3 年 7 月2 2 日 coAL AsH 1 ／ 2 0 14