热养护对含磷渣活性粉末混凝土强度的影响.pdf

第 4 6卷第 1 期 2 0 1 5年 1 月 v0 1 ． 4 6 No ． 1 J a n ． 2 0 1 5 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 7 热养护对含磷渣活性粉末混凝土强度的影响 肖 文，彭艳周 ，周怡龙，张丹 ，朱乔森 ( 三峡大学土木与建筑学院，4 4 3 0 0 2 ，湖北宜昌) 摘 要：通过将磷渣粉作为活性组分之一进行活性粉末混凝土的制备，研究了养护温度及养护时间对其 强度的影响，得到了提高养护温度、延长养护时间均有利于提高含磷渣活性粉末混凝土强度的结论，并明确 了强度变化趋势、确定了其抗折强度及抗压强度最高值的配合比。 关键词：活眭粉末混凝土 ；磷渣粉 ；热养护 中图分类号 ：T U 5 2 8 文献标 志码 ：A 文章编号 ：1 0 0 0 — 4 7 2 6 ( 2 0 l 5 ) 0 卜0 0 4 7 — 0 3 E ’ ’EC I ’ol i ’HE I CURI G’I ’RE l ’M E l 。U S I 。RE G’I 。H 0 ’REAC’ l ’I VE POW DER CoNCRETE HAVI NG HI GH VoLUM E oF PHoS PHoRoUS S LAG POW DER XI AO We n ，PEN G Ya n - z h o u ，ZHOU Yi- l o n g ，ZH ANG Da n ，Z HU Qi a o — s e n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g & A r c h i t e c t u r e ，C h i n a T h r e e Go r g e s Un i v e r s i t y ,4 4 3 0 0 2 ，Yi c h a n g ，Hu b e i ，C h i n a ) Abs t r a c t ： Po wd e r e d p h os p h o r u s s l a g i s u s e d a s o ne o f t h e r e a c t i ve i ng r e d i e n t s f o r p r e p a r a t i o n o f r e a c t i v e po wd e r c o nc r e t e t o r e s e a r c h t he i nflue n c e o f c u r i ng t e mpe r a t ur e a nd c u r i n g d u r a t i o n o n c o n c r e t e s t r e n g t h ．I t i s f o u n d t h a t i n c r e a s e o f c u r i n g t e mp e r a t u r e a n d e x t e n s i o n o f c u r i n g d ura t i o n c o u l d i mpr o ve t he s t r e n g t h o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e c o nt a i ni n g p h os p ho r us s l a g ． Th e t r e n d o f s t r e n g t h va r i a t i o n i s o b t a i n e d a n d mi x i n g p r o po r t i o n for t h e ma x i mu m f o l d i n g s t r e n g t h an d c o mp r e s s i ve s tre n g t h i s d e t e r mi n e d ． Ke y wo r d s ：r e a c t i v e po wd e r c o n c r e t e ；p h o s ph o r u s s l a g p o wd e r ；h e a t - c u r i n g tre a t me n t 活陛粉末混凝土 ( 以下简称 R P C ) 是一种超高强、 耐久性优异的新型混凝土，在土木工程领域具有广1涸 的应用前景 [ 1- 3 ] o但传统的 R P C材料生产成本高、能 耗大，一定程度上限制了这一超高性能混凝土材料的 推广应用 。因此，使用满足 R P C制备原理的活性 组分，并设法降低 R P C材料的生产成本和能耗，是 R P C研究的重点之一 。 磷渣是电热法生产黄磷的工业废渣， 我国各地磷 渣的化学成分相似，熔融磷渣采用水淬冷却时，将形 成粒化矿渣 ，其玻璃体含量可达 9 0 ％以上，因而具 有潜在的胶凝}生[5 】 ，具备用于 R P C材料的条件。文 献 7 采用一定比表面积的磷渣粉作活『生 组分 ，制得了 具有抗压强度达 1 5 0 MP a 的混凝土材料，但其抗压强 度仍未达到 2 0 0 MP a 级。国内外研究表明 [1,4 ,8- 12 ] ，R P C 材料超高的力学性能、优异的耐久性不仅与所用的活 收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 9 -1 8 基金项目 ： 湖北省科技支撑计划项目 ( 2 0 1 4 B C B 0 3 5 )；硅酸盐建筑材 料国家重点实验室( 武汉理工大学 ) 开放课题基金( S Y S J J 2 0 1 4 ． 0 5 ) ； 湖北省教育厅科学技术研究项 目 ( Q 2 0 1 2 1 3 0 8 )；2 0 1 1 年度湖北省 建设科技计划项 目；三峡大学 2 0 1 2 --2 0 1 3 年度 “ 求索”大学生科 技创新活动计划重点项 目 作者简介 ： 肖文 ( 1 9 9 0一 )，女，湖北荆州人，e - m a i l ： 5 6 8 5 1 4 8 4 2 @ q q ． t o m ． 性组分有关，也与养护制度密切相关。本文在现有研 究的基础上，进一步研究了热养护温度、养护时间对 R P C材料强度的影响，以确定合适的热养护制度，并 制备出抗压强度达2 0 0 MP a 级的含磷渣R P C 。 1 试验设计 1 ． 1 原 材 料 水泥：P 0 5 2 ． 5 普通硅酸盐水泥，其 2 8 d 抗折 强度和抗压强度分别为 7 ．8 MP a 和 5 3 ． 5 MP a 。 磷渣粉 ：由化工公司提供的粒化磷渣在 S M． 5 0 型试验小磨机中粉磨 8 O min ，测得其比表面积为 3 97 m ／ k g。 硅灰 ：比表面积为 2 2 0 0 0 m ／ g 。 石英砂：粒径 0 ． 1 6 ～ 0 ． 6 3 mm，符合交通部 J T J 0 5 l 一1 9 9 3 { 公路工程试验规程》 及J T J 0 5 9 —1 9 9 5 《 公 路路基路面现场测试规程》要求。 减水剂 ：聚羧酸型高性能减水剂，减水率大于 3 0％ 。 拌合水 ：洁净 自来水。 钢 纤维：表面镀铜平直钢纤维，规格 C W0 1 0 2 ／ 1 3 ． 2 8 0 0 ，抗拉强度 2 8 0 0 MP a 。 水泥、硅灰、磷渣粉的化学成分见表 1 。 4 8 建筑技术 第 4 6卷第 1期 表1水 泥 、 磷 渣 和 硅 灰 的 化 学 成 分 ％ 成分 水泥 磷渣 硅灰 S i O 21 ． O 5 3 8 ． 8 4 9 6 ． 9 0 A1 2 O3 5 ． 1 1 3 ． 4 6 0 ．0 7 5 F e 2 O3 2 ．9 0 1 ．4 0 0 ．0 3 2 Ca O 6 1 ．4 6 4 6．O 9 O 1 2 S O 3 ．6 4 1 ．3 4 0 ．5 0 P 2 O5 O ． 1 8 2 ．4 5 0 ． 0 2 3 F 未检出 1 ． 8 5 未检出 烧失量 ( 9 5 0 " C) 2 - 3 6 0 ． 2 4 l _9 5 1 ． 2 试件制备与测试方法 R P C配合比见表 2 。各原料按配合比称量后于搅 拌机内干拌 3 0 s ， 加入称量好的拌合水 ( 溶有减水剂) 慢速搅拌至出现水泥浆体，再快速搅拌约 1 m i n 。随后 将抖 台物晓筑在 4 0 n u n x 4 0 m mx 1 6 0 n lr n 三联试模内； 于振动台 E 振动 1 2 0 S 成型， 放入标准养护箱中养护， 2 d 后脱模并移入蒸汽养护箱中进行相应的热养护。 表 2 掺磷渣粉 R P C试件的配合比 ( 质量比 ) 编号 磷渣粉 水泥 硅灰 水胶比 砂胶比 减水剂 1 2 5 ％ 6 0 ％ 2 3 O ％ 5 5 ％ l 5 ％ 0 ． 1 6 1 ．O 2 ％ 3 4 0 ％ 4 5 ％ 混凝土的热养护通常分为4 个阶段， 即预养期、 升温期、恒温期和降温期，各期对混凝土强度有不 同程度影响 ] 。前期研究表明 J 引 ：活性粉末混凝 土热养护时升温期和降温期的温度变化不宜过快， 温度变化速率为 1 5 ~ 2 0 o C／ h 较为适宜。养护温度影 响试验中，设置 8 0 ，9 5 ~ C 两组对比试件，试件脱模 后移入 Z K Y - 4 0 0 B型蒸汽养护箱，在 3 h内升温至相 应温度 ( 8 0 ，9 5 q C) 并分别恒温 2 ，3 和 4 d ，再在 3 h内缓慢匀速地将试件冷却至室温。养护时间影响 试验 中 ，设置 2 ，3和 4 d三组对比试件 ，试件脱模 后移入 Z K Y - 4 0 0 B型蒸汽养护箱，3 h内升温至所需 温度并分别恒温 2 ，3 和 4 d ，再在 3 h内缓慢地冷 却至室温。试件在热养护结束移入标准养护箱中养 护至 7 d 龄期 ，按照 G B ／ T 1 7 6 7 1 --1 9 9 9《 水泥胶砂 强度检验方法》 进行强度测试。 2 试验结果与分析 2 ． 1 养护温度对 R P C强度的影响 采用磷渣粉掺量为 3 0 ％ 的 R P C试件 ( 表 2)考 2 O 1 9 室 1 8 矮 tt~1 7 轼 l 6 1 5 1 4 罨 魑 蝠 40 3 5 3 O 2 5 2 O 15 1 0 3 时 间 ， d ( a ) 2 3 时间 ， d ( b) 图 1 养护温度对 R P C强度的影响 ( a )养护温度对 R P C抗折强度的影响 ( b )养护温度对R P C抗压强度的影响 冈 l l l + 9 5 ℃l 察了养护温度对掺磷渣粉 R P C抗压强度和抗折强度 的影响，测试分析了 R P C试件在 8 0 ~ C 和 9 5 ~ C 的养护 温度下分别养护 2 ，3 和 4 d 时的强度，试验结果如 图 1 所示。 由图 1 可知，9 5 ℃养护条件下 R P C的强度较 8 0 ~ C 的高，说明升高养护温度有利于 R P C强度的 提高。 R P C各组分中，硅灰具有较强火山灰活性 ，其 消耗量与养护温度有极大的关系。常温 ( 2 0 ~ C) 养 护时 ，随着龄期的增长，硅灰的消耗量和体系中水 化物总量也随之增长，但增长速度缓慢，此时 ，磷 渣粉由于涪眭低，其火山灰反应程度有限 ；而在较 高温度时 ，水泥水化、硅灰的火山灰反应程度和速 度提高，水化产物的量增加；与此同时 ，养护温度 的升高也将显著激发磷渣粉的活性。因此，升高养 护温度不仅可提高水泥水化速度和程度，而且还能 促进硅灰、磷渣粉的火山灰反应，使体系中水化产 物的数量明显增加，硬化体内部微观结构也更为密 实 [4 ,1 3 ] 0此结果还有待微观测试结果的进一步证实。 根据上述试验结果 ，确定了掺磷渣 R P C的适宜热养 护温度为 9 5 ℃。 2 ． 2 养护时间对 R P C强度的影响 采用磷渣粉掺量分别为 2 5 ％，3 0 ％和 4 0 ％的 R P C试件 ( 表 2 )，各试件热养护温度均为 9 5 ~ ( 2 ， 2 0 1 5 年 1 月 肖文 ，等 ： 热养护对含磷渣活性粉末混凝土强度 的影响 4 9 2 0 1 9 毳s 矍 ， 1 6 1 5 1 4 0 娄1 3 0 誉1 2 0 1 l O 2 3 4 时间 ， d ( a) 2 3 4 时 间 ， d ( b) 图2 养护时间对 R P C强度的影响 ( a ) 养护温度对R P C抗折强度的影响； ( b) 养护温度对 R P C抗压强度的影响 结果见图 2 。 由图2可知，随着养护时间的延长，抗折与抗 压强度总体上呈增长趋势；但热养护时间 3 d 后进一 步延长养护时间，强度 ( 尤其是抗折强度 ) 增长幅度 不大。其原因可能是由于在较高的温度下 ( 如 9 5 ℃ 时)，R P C体系的水化程度和水化速度均较高，经 过一段时间的热养护后，水化产物量基本达到峰值， 继续延长养护时间并不能使硬化体中水化产物量明显 增加，因此，强度的提高程度有限 [4 ,1 3 ] 0由此可知， 掺磷渣粉 R P C制备时，其热养护时间不宜太长，综 合考虑试件的强度和养护成本等因素， 本试验条件下 ， 9 5 ~ C 时适宜的养护时间为 3 d 。 由图 2 还可看出，磷渣掺量 3 0 ％的试件在经历 不同长度的养护时间后，其强度总体上仍然最高。在 上述研究的基础上 ，采用表 2 中编号 2 配合比，并掺 入重 新制备的体积掺 量为 1 ％ 钢纤维的 R P C试件 ， 经 9 5℃条件下养护 3 d ，测得其抗折强度 2 7 MP a ， 抗压强度 1 8 7 MP a 。 3 结束语 本试验研究了养护温度和养 护时间对含磷渣 R P C强度的影响，得到如下结论。 ( 1 )提高养护温度、延长养护时间都能提高含 磷渣 R P C的强度，综合试验结果、生产成本与生产 效率，认为含磷渣 R P C的养护温度以 9 5 ~ C 为宜 ，养 护时间以 3 d 为宜。 ( 2 )采用比表面积为 3 9 7 m ／ k g 的磷渣，当其 掺量为 3 0 ％、硅灰用量为 1 5 ％、水胶比为 0 ． 1 6 、砂 胶比为 1 ． 0 、钢纤维体积掺量为 1 ％时，所制试件经 9 5 ℃蒸汽养护 3 d 后，其抗折和抗压强度可分别达到 2 7MP a 和 1 8 7MP a 。 ( 3 ) 关于热养护对含磷渣R P C 强度影响的机理， 有待采用综合热分析、水泥石微观孔结构分析及扫描 电镜等微观测试技术进行进一步分析研究。 参考文献 P Ri c har d， M Che yr e z y． Compos i t i on of Re ac t i ve Powde r Co n c r e t e s[ J 】 ．Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h ，l 9 9 5 ，2 5 ( 7 ) ： l 5 O1 一l 511 ． Dug a t J ， Ro ux N，Be r n i e r G ． M e c ha ni ca l pr o p e r t i es o f r e a c t i ve p o wd e r c o n c r e t e[ J ] ．Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ，1 9 9 6 ， 2 9( 5 ) ： 23 3-2 4 0． 吴中伟 ，廉慧珍 ． 高性能混凝土 [ M】 ． 北京 ： 中国铁道出版社 ， 1 9 9 9 ． 彭艳周 ． 钢渣 粉活 性粉末 混凝 土 ( R P C)组 成 、结构 与性 能 的 研究 [ D】 ． 武汉 ： 武汉理 工大学 ， 2 0 0 9 ． 高旭伟，吴勇生 ． 黄磷渣资源化利用的现状及发展趋势 [ J ] ． 中 国资源综合利用，2 0 1 0 ， 2 8 ( 1 ) ： 2 8 — 3 0 ． 【 6 ] 史才军 ，巴维尔 克利文科 ，黛拉 罗伊 ． 碱 - 激发水泥和混 凝土 [ M] ． 北京 ：化学工业出版社，2 0 0 8 ． [ 7 】 He n g S u n ， Ya n z h o u P e n g ， J u n f e n g T a n g ， e t a 1 ． P r e p a r a t i o n o f Re a c t i v e Po wd e r Co nc r e t e Ha v i ng Hi g h Vol u m e of Ph o s ph o r o us S l a g P o wd e r a n d S i l i c a F u me[ J 】 ． Ad v a n c e d Ma t e r i a l s R e s e a r c h ， 2 01 3． 7 3 8 ：1 5 7—1 6 0 ． [ 8 ] Ya n z h o u P e n g ，Hu S h u g u a n g ，Di n g Qi n g J a n ． P r e p a r a t i o n o f Re a c t i v e Po wd e r Co n c r e t e U s i n g Fl y As h a nd S t e e l S l a g Po wd e r [ J 】 _ J o u r n a l o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Ma t e r i a l s S c i e n c e E d i t i o n ， 2 0 1 0 ， 2 5 ( 2 ) ： 3 4 9 — 3 5 4 ． 【 9 】 H Y a z i c i ，H Yi g i t e r ， A Ka r a b u l u t ， e t a 1 ． Ut i l i z a t i o n o f f l y a s h a n d g r o un d g r a n ul a t e d bl a s t f ur n a c e s l a g as a n a l t e r na t i v e s i l i c a s o u r c e i n r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e[ J 】 ． F u e l ， 2 0 0 8 ， 8 7 ( 1 2 ) ： 2 4 01-2 4 07 ． [ 1 0 ]施韬 ，陈宝春 ，施惠生 ． 掺矿渣活性粉末混凝土配制技术的研 究 [ J ] ． 材料科学与工程学报 ，2 0 0 5 ，2 3 ( 6 ) ：8 6 7 — 8 7 0 ． [ 1 1 ]刘斯凤 ，孙伟 ，林玮 ，等 ． 掺天然超细混合材高性能混凝土 的制备及其耐久性研究 [ J 】 ． 硅酸盐学报，2 0 0 3 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 1 0 8 0 ． 1 O8 5 ． [ 1 2 ] 谢友均 ， 刘宝举 ， 龙广成 ． 掺超细粉煤灰活性粉末混凝土的研 究 [ J 】 ． 建筑材料学报，2 0 0 1 ， 4 ( 3 ) ： 2 8 0 — 2 8 4 ． [ 1 3 ]Y a n z h o u P e n g ， We n Ya n g ，Qi a o s e n Z h u ． E f f e c t o f He a t ， c u r i n g Pr oc e du r e o n S t r e n g t h a n d Mi c r o s t r u c t ur e o f Re a c t i v ~Po wd e r C o n c r e t e Ha v i n g Hi g h V o l u me o f Mi n e r a l Ad mi x t u r e s【 J 1 ． Ap p l i e d Me c h a n i c s an d Ma t e r i a l s ， 2 01 2， 2 0 4 - 2 0 8 ： 3 98 9 —3 9 9 3 ． 【 1 4 】 铁道部丰台桥梁工厂，铁道部科学研究院铁道建筑研究所 ． 混凝 土的蒸汽养护 [ M】 ． 北京 ：中国建筑工业出版社 ，1 9 7 8 ． [ 1 5 】 高雅静 ， 孙双鑫 ， 陈科 ． 微珠粉煤灰在超高性能混凝土中的应 用 [ J ] ． 建筑技术，2 0 1 4 ，4 5 ( 1 ) ： 2 6 — 2 9 ． ⋯ 吲