矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的影响.pdf

2 0 1 0 年 第 6期 (总 第 2 4 8 期 J Nu mb e r 6 i n 2 O1 O( To t a l No2 48) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 6 0 2 5 矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的影响 张林春 ，张爱莲 ，邓宏卫 z ( 1 四J i I 建筑 职业技 术学 院 土木工程 系，四J i I德 阳 6 1 8 0 0 0 ；2 哈尔滨工业大学 土木工程学 院，黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 利用磨 细粉煤灰 、 磨 细矿渣 和硅灰作为矿物掺合料 ， 研究了各种矿物掺合料对粉煤灰 陶粒混凝土抗压强度的影响。 结果 表明： 单 掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的2 8 d 抗压强度顺序是： 硅灰 矿渣 粉煤灰； 复掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的2 8 d 抗压强度 顺序是 ： 硅灰 +矿渣 硅灰 +粉煤灰 矿渣 +粉煤灰 。在此基础上 ， 着重 分析了各种矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗压强度 的影 响机 理和粉煤灰陶粒混凝土棱柱体抗压强度和立方体抗压强度 的关系 。 关键词 i 粉煤灰陶粒 ；混凝 土；抗压强度 ；矿物掺合料 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 8 3 0 3 E ffe c t of m i n er a l a dm i x t ur e s on compr e s s i ve s t r eng t h of l yt a g c onc r e t e ZHANG Li n c hu n ， ZHANG Ai - l i a n ， DENG Ho n g - we i ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S i c h u a n C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y， De y a n g 6 1 8 0 0 0， Ch i n a 2 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， H a r b i n I n s t i tut e o f T e c h n o l o g y ， H a r b in 1 5 0 0 0 1 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Th i s p a p e r s t u d y s t h e i nf l u e n c e o f t h e mi n e r a l a d mi x tur e s s u c h a s u l t r a fin e fly a s h u l t r a fi n e s l a g a n d s i l i c a e o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h of l y t a g c o n c r e An d t h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e r a n k o f e ffe c t o f the mi n e r a l a d m i xtur e o n t h e 2 8 d c o mp r e s s i o n s t r e n g t h o f l y t a g c o n c r e t e i s s i l i c a f u m e s l a g fl y a s h An d wh e n t wo mi n e r a l a d mi x tur e s a r e c o mbi n e d t o a d d i n t o l y t a g c o n c r e t e ， t h e r a n k o f e ffe c t o f t h e mi n e r a l a d mi x tur e o n t h e 2 8 d c o mp r e s s i o n s t r e n g t h o f l y t a g c o n c r e t e i s s i l i c a f ume a n d s l a g s i l i c a f u m e a n d fl y a s h s l a g a n d fl y a s h Ba s e d o n e x p e r i me n t s ， i t i s a n a l y z e d t h a t t h e e f f e c t o f mi n e r a l a d m i x tur e s on c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f l y t a g c o n c r e t e ， a n d t h e r e l a t i o n s h i p o f p r s i m c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c u b e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f l y t a g c o n c r e t e Ke y wor ds ： l y ing； c o n c r e t e ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； mi n e r a l a d mi xt u r e s 0 引 言 伴随着混凝土 技术 的发展 ， 矿物掺合料 已逐渐成 为混凝 土 中除砂、 石 、 水泥、 水 、 化学外加剂以外不可缺少的第六组分。 目前 ， 使用较多的矿物掺合料有硅灰 、 矿渣、 粉煤灰、 沸石粉等， 国内外学者已做了大量的研究工作 。同时 ， 由于轻骨料混凝 土的诸多优点， 其越来越广泛地应用于建筑工程中。因此， 研究 各 种矿物掺合料 对粉煤灰 陶粒混凝 土抗压强度 的影 响是 十分 必要 的。 1试验 方 法 1 1 原材料 采用 哈尔滨水泥厂生产 的 P 0 4 2 5级水 泥 ； 级配 良好 的中 砂； 大庆生产的8 0 0 级粉煤灰陶粒； 哈尔滨三电厂生产的I 级粉煤 灰； 挪威埃肯公司生产的中密质硅灰 ； 鞍 山钢铁厂生产的矿渣 ， 化 学成分如表 l 所示 。日本花王生产的 Mi g h t e r 1 0 0萘系高效减水 剂 ； 上海麦斯特公司生产 的混凝 土引气剂 MI C R O AI R 2 0 2 ； 冻融 介质为3 Na C 1 溶液； 搅拌用水为自来水。 1 2 试 验设备 采用液压万能试验试验机， 参照 GB 5 0 0 8 l 一2 0 0 2 普通混 凝土力学性能试验方法标准 对混凝土抗压强度的规定 ， 进行 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 2 4) 1 表 1 主要原材料化学成分 试验操作 ， 记录时间的承压面积和破坏荷载 。 1 3 试 验过 程 按表 2 所示 配合 比搅拌振动成型后 2 4 h拆模 ， 澳 0 定立方体 抗压强度试件的尺寸为 1 5 0 mmx l 5 0 mmx l 5 0 mm， 测定棱柱体 抗压强度试件的尺寸为 1 5 0 mmx l 5 0 mmx 3 0 0 mn l ， 一组 3 块 。 在 标准养护室中分别养护 3 、 7 、 2 8 d后， 测定各个试件的 3 、 7 、 2 8 d 的抗压强度， 分别比较 3块试件抗压强度平均值的大小。 1 4混凝 土 配合 比 混凝土配合 比如表 2所示 。 2结果与讨论 2 1 立 方体 抗 压 强度 试验 现 象 在粉煤灰陶粒混凝土立方体抗压强度试验时， 观察试件破 坏的全过程。在荷载作用下 ， 试件先是发出一系列微弱的表皮 炸开的声音 ， 然后在立方体试件的棱附近出现竖向的裂缝。随 8 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 粉煤灰陶粒 混凝土的配合比及抗压强度 注 ： ( 1 ) 表中水 为纯水和陶粒 中的水的总和 ； ( 2 ) 1 m 混凝土中减水剂 的用量为 5 _3 k g ， 引气剂的用量为 0 0 5 3 k g 。 着荷载的不断增大， 裂缝逐渐扩展延伸至试件的角部， 同时在 各个侧面内部也出现许多裂缝， 裂缝数量逐渐增多， 宽度增大， 表面的混凝土逐渐剥落， 试件最后形成正倒相接的四角锥破坏 如图 1 所示 。 图 1 断裂面形式 2 2 抗压 强度 结果分析 如图2所示， 单掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的2 8 d 抗压强度顺序是： 硅灰矿渣 粉煤灰。复掺矿物掺合料的粉 煤灰陶粒混凝土的 2 8 d 抗压强度顺序是： 硅灰 +矿渣 硅灰 + 粉煤灰 矿渣 +粉煤灰。 50 4 5 40 叠3 5 3 0 N 隈 2 5 2 0 15 1 0 5 图 3 A样品 2 8 d的 S E M 图 因是矿渣的反应活性优 于粉煤灰 ， 水 化产物 网络 中矿渣的表面 有大量的反应物( 如图 4所示) ， 在降低水泥石孔隙率方面有明 显的作用。粉煤灰替代部分水泥后， 水泥浆体系中水泥量减小， 使水泥水化速率的有效水灰比相对增大， 溶液中的钙离子浓度降 低， 减少了颗粒之间的连接， 降低了早期抗压强度。当粉煤灰一 水 泥体系在室温下水化时， 南于浆体碱度不能满足激活粉煤灰的要 求 ， 使粉煤灰的水化反应程度很低 ； 又因粉煤灰为低钙灰 ， 只可 能形成较少的C S H ( 水化硅酸钙) 凝胶， 因而降低了混凝土的抗 压强度 图 4 B样品 2 8 d的 S E M 图 2 2 _ 2 矿物复掺抗压强度的 比较及机理分析 硅灰和矿渣复掺时粉煤灰陶粒混凝土的 2 8 d抗压强度最 大。这是因为在后期 ， 由于大量的 C H( 氢氧化钙 ) 生成 ， 矿渣和 硅灰的火山灰效应得到发挥， 产生叠加效应， 且不断与 C H反 应 ， 降低界面过渡区的 C H含量 ， 同时又增加了C S H凝胶的 生成数 目， 生成 的凝胶体有效填充浆 体的大孑 L ( 如图 5 所 示 ) ， 使浆体孑 L 结构得到改善， 从而使混凝土的抗压强度提高。 2 2 _ 3 矿物单掺和复掺抗压强度的比较及机理分析 与单掺粉煤灰或矿渣相比， 两者双掺时， 3 d的抗压强度值 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 5 F样 品 2 8 d的 S E M 图 高于两者单掺时的强度， 即双掺时， 在早期就表现 了“ 叠加效 应” 和“ 超叠加效应” 。 在2 8 d时， 粉煤灰与矿渣双掺的抗压强度 都超过了单掺粉煤灰或矿渣的 2 8 d抗压强度。 这是因为双掺粉 煤灰和矿渣时， 虽然两者的活性相差较大， 但是粉煤灰与矿渣 以适 当的比例复合时对水 泥净浆的强度有“ 叠加效应” 和“ 超叠 加效应 ” 。同时掺人粉煤灰和矿渣 ， 一方面填充 了水 泥水化 和硬 化过程 巾残 留的孔隙 ， 另一 方面 ， 复合掺料 中的 细微 颗粒均 匀 分散到水泥浆体中会成为大量水化产物的核心， 随着水化过程 的进展 ， 这些细微颗粒及其水化产物 填充 了水 泥石 的孔隙 ， 从 而 改善了水泥浆体的孔结构 ， 使混凝土的抗压强度升高。微观检 测结果进一步证实 ， 矿物复掺时的粉煤灰 陶粒混凝土的有害孔 、 大孔减少， 孑 L 隙结构均匀、 致密( 如图 6 所示 ) ， 改善了混凝土的 力学性能 ， 这 充分体现 了两种掺合料的复合 叠加效应 。 图 6 D样品 2 8 c l 的 SE M 图 2 3棱柱 体抗 压 强度 与 立 方体 抗 压 强度 的 关 系 从表 3 可以看出， 粉煤灰陶粒混凝土的棱柱体抗压强度随着 立方体抗压强度增长而单调增长， 其 比值范 围一般在 0 7 8 0 9 1 之 间。可见粉煤灰 陶粒混凝土棱柱体强度与立 方体抗压强度 的比 值 比我国规范中普通混凝土的比值( 0 7 6 ) 高， 与一般高强混凝 上接第 7 3页 筑科技大学硕士学位论文 ， 2 0 0 8 【 2 毕兴锁， 李宪军， 王芳芳 ， 等 助磨剂单体对水泥性能的影o NJ 混凝 土 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 6 0 6 4 3 翟金东 ， 彭家惠 ， 陈明凤 ， 等 减水剂在水 泥颗粒表面 的吸附 特性研 究进展l J l l建筑材料学报， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 4 1 0 4 1 6 4 】A S AK U R A A I n fl u e n c e o f s u p e r p l a s t i c i z e r o n fl u i d i t ) r o f f r e s h c e me n t p a s t e w i t h d i f f e r e n t c l i n k e r p h a s e e o m p o s i t i o n C I P r o c e e d i n g s o f t h e 9 t h I n t e r n a t i o n a l C o n g r e s s o n t h e C h e mi s t D o f C e me n t N e w D e h h ： 【 s n 】 ， 1 9 9 2 5 7 0 -5 7 6 土较接近。 粉煤灰陶粒混凝土的 厂 伽 值增加 的主要原因是由于 粉煤灰陶粒 昆 凝土的脆性较大， 试件承压面的约束作用减少， 使 得相对于粉煤灰 陶粒混凝土 的轴心抗压强度 ， 其立方体抗压强 度提高有限， 从而导致 偏高。但由于粉煤灰陶粒混凝土材 质较脆 ， 不宜 取过高 的轴 心抗压 强度 ， 建议粉煤灰 陶粒混凝土 的 的换算 关系取 与普通混凝土相 同， 即： f c = O 7 ( 1 ) 式中i 卜粉煤灰陶粒混凝土的棱柱体抗压强度； 粉煤灰陶粒混凝土的立方体抗压强度。 表 3 棱柱体抗压强度与立方体抗压强度比值 3结 论 ( 1 ) 单掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的 2 8 d抗压强度 顺序是 ： 硅灰 矿渣 粉煤灰。 ( 2 ) 复掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的2 8 d 抗压强度 顺序是： 硅灰 +矿渣 硅灰 +粉煤灰 矿渣 +粉煤灰。 ( 3 ) 复掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的抗压强度比同 龄期 的单掺时的要高。 ( 4 ) 粉煤 灰陶粒混凝土的棱柱体抗压强度随着立方体抗 压 强度的增长而单 调增 长 ， 其 比值范围一般在 0 7 8 - 4 ) 9 1 之间。 参考文献 ： 1 】 欧阳东 超高强混凝土及其第六组分的研究 D 1 厂州 ： 华南理工大 学 ， 1 9 9 7 2 】 吴科如， 张东 ， 张雄， 等 混凝土材料的变革和发展开展混凝土 第六组分的研究【 J 1 _ 建筑材料学报 ， 2 0 0 0 ( 1 ) 【 3 巴恒静， 杨英姿， 赵霄龙 掺合料复合化对高强混凝土强度及显微结 构的影响 J 1 _ 混凝土， 2 0 0 0 ( 9 ) ： 7 - 1 0 4 J 龙广成， 王新友， 肖瑞敏 混凝土矿物掺合 的强度效应研究 J 】 硅酸 盐学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 2 ) ： 1 3 9 1 4 3 作者简介 ： 单位地址 联 系电话 张林春( 1 9 8 1 ) ， 男， 硕士， 助教， 从事土木工程方面的教学 和科研工作。 四川德阳嘉陵江西路 4 号 四 腱 筑职业技术学院土木系 ( 6 1 8 0 0 0 ) 1 5 l 8 3 8 2 1 4 7 6 5 】F L A_r r R J ， Y V E S F ， HO U S T AS i m p l i fi e d v i e w o n c h e mi c a l e f f e c t s p e r t u r b i n g t h e a c t i o n o f s u p e r p l a s t i c i z e r s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 8 ) ： 1 1 6 9 1 1 7 6 作者简 介 单位地址 联 系电话 李宪军( 1 9 7 5 一) ， 男， 工程师， 硕士， 主要从事新型建筑材 料和外加 剂研究 。 太原 市府东街山右巷 l O号 山西省建筑科学研究院 ( 0 3 0 0 0 1 ) 1 3 8 3 51 l 6 9 9 8 8 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m