石粉对水泥一粉煤灰混凝土性能的试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第9 期 (总 第2 7 5 期) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATE R【 AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 9 0 2 3 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土性能的试验研究 孙仁东。崔琦。谢慧东。张云飞 ( 山东华 森混凝 土有限公 司 ，山东 济南 2 5 0 1 0 1 ) 摘要： 主要研究了石粉对水泥一 粉煤灰混凝土工作性、 抗压强度、 耐久性能( 抗水渗透性能、 抗碳化性能和抗冻性能) 的影响， 并利用扫 描电镜和孔结构微观分析对其进行了机理分析。 试验结果表明： 石粉应用于水泥一 粉煤灰混凝土， 不仅可改善混凝土的工作性能， 而且可 提高混凝土的抗压强度， 对混凝土的耐久性能( 抗水渗透性能、 抗碳化性能和抗冻性能) 影响不大。 关键词： 石粉；水泥一 粉煤灰 ；工作性 ； 抗压强度；耐久性能 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 2 ) 0 9 - 0 0 7 3 - 0 4 I n f l uen c e of l i me s t one powder on pr op er t i e s of c onc r e t e pr e pa r ed f r o m c e m e n t a nd f l y a s h SUN Re n d o n g， CU ， XI E Hu d o n g， ZHANG Yu n f e i ( S h a n d o n g Hu a s e nC o n c r e t e Co ， L t d ， J i n a n2 5 0 1 0 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Te s t e d t he i n flu e n c e of l i me s t o n e p o wd e r i n d i ffe r e nt p r o po r t i o ns 0 1 1 the wo r k a b i l i t y， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， a n d d u r a b i l i t y o fc o n c r e t e p r e p a r e d f r o m c e me n t an d f l y a s h， i n c l ud i n g i mp e r me a b i l i ty i n wa t e r， c arb o n a t i o n r e s i s t a nc e a n d f r e e z i n g r e s i s t a n c e And the a c t i n g me c h ani s m wa s r e s e arc h e d b y S EM EDS a n d p o r e s tr u c t u r e wa s a l s o an a l y z e dRe s u l t s s h o we d t h a t i n t r o d u c t i o n o f l i me s t o n e p o wd e r i n t o c o n c r e t e p r e p a r e d f r o m c e m e n t and fl y a s h ， n o t o n l y i m p r o v e d the w o r k a b i l i ty o f p u m p i n g c o n c r e t e ， b u t a l s o i n c r e a s e d c o m p r e s s i v e s e n g t h o f p u m p i n g c o n c r e t e ， and ha r d l y i n fl ue n c e d d ura b i l i ty o f c o n c r e t e ， i n c l u d i n g i mp e r me a b i l i t y i n wa t e r ， c a r bo n mi o n r e s i s t a n c e and f r e e z i ng r e s i s t a n c e K e y wo r d s ： l i me s t o n e p o w d e r ； c e me n t a n d fl y a s h ； wo r k a b i l i t y； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ； d u r a b i l i ty 0引言 1 试验原材料与方法 粉煤灰等矿物掺合料已成为混凝土不可或缺的组分 ， 它 们能显著改善混凝土的工作性能 ， 提高混凝 土强度 ， 增加混 凝土的耐久性。 随着我国城市建设的迅猛发展 ， 预拌混凝土的 大量推广应用 ， 对粉煤灰等矿物掺合料的需求量明显增大 ， 甚至出现了供不应求的局面， 预拌混凝土常因掺合料短缺而 苦恼 。 与此同时， 随着人工砂的推广应用 ， 利用石灰石破碎生产 人 工砂 的过 程 中 ， 不 可避免 地要产 生一些 粒径小 于 0 0 7 5 n l n 的石粉 ， 约占人工砂总量的 1 2 1 8 ， 远大于国标 建筑用砂 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1中规定的人工砂 3 1 0 的石粉含量限值， “ 多余” 的石粉要通过水洗去除或选粉收集， 因而产生相当数量 的石粉副产物 。 通过选粉收集的石粉 ， 其数量可 占到人工砂数量 的 3 8 。 如何处理如此大量的石粉， 是人工砂厂面临的一个 比较棘手的问题。 为了利用石粉资源， 国内外对扩大人工砂 中 石粉含量的限值或利用石粉作细集料或掺合料进行过许多研 究 。 石粉作为一种矿物材料 ， 如能作为掺合料应用于混凝土 中， 替代部分水泥或粉煤灰， 对降低材料成本、 减少环境污染等 将具有重大的现实意义。 鉴于以上情况， 本试验主要研究了石粉对水泥一 粉煤灰混凝 土工作性、 抗压强度和耐久性能( 抗水渗透性能、 抗碳化性能和 抗冻性能) 的影响， 并对其机理进行了分析。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 3 1 5 1 1 试验原材料 水泥 ： 山水 P I 5 2 5级水泥； 粉煤灰 ： 济南黄台电厂 I I 级 灰； 石粉： 石灰石破碎生产人工砂干法选粉而得的细粉， 主要矿 物组成是方解石， 还含少量的白云石和 石英 ， 本公司石料厂 自产 ； 砂 ： 泰安天然河砂， 中砂 ； 石子： 本公司自产 5 2 5 m n l 石 子； 外加剂为泵送剂， 减水率 2 1 ， 本公司外加剂厂 自配 ， 主要 减水组分为萘系与脂肪族复配； 水 ： 饮用水。 水泥、 粉煤灰和石粉的化学成分见表 1 。 表 1 水泥 、 粉煤灰和石粉的主要化学成分 名称 S i O2 Ca O AI 2 03 F e 2 0 3 Mg O S O3 L o s s 其他 水泥 2 5 4 8 5 4 9 4 7 2 3 4 - 3 5 1 1 3 2 2 l 2 5 7 2 O 9 粉煤灰5 1 2 5 6 1 8 3 2 3 4 3 1 2 1 1 6 0 7 0 7 2 1 1 2 5 石粉 1 7 4 5 4 6 8 1 5 4 0 1 2 0 5 2 0 1 2 4 0 8 2 0 4 6 石粉和粉煤灰的性能见表 2 ， 其中石粉性能检测方法参照 G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 ( 用于水泥和混凝土的粉煤灰 规定进行。 表 2 石粉和粉煤灰的性能 天然砂 的性能见表 3 。 7 3 表 3 天然砂的性能 1 2试 验 方 法 ( 1 ) 拌合物性能按 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物 性能试验方法标准 进行。 ( 2 ) 抗压强度按 GB f f 5 0 0 8 l 2 o 0 2 普通混凝土力学性能 试验方法标准 进行。 ( 3 ) 抗水渗透性能按 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期 性能和耐久性能试验方法标准 渗水高度法进行。 ( 4 ) 抗碳化性能试验 ： 试件为 1 0 0 mmx l 0 0 mmx l O 0 mm， 试 件制作后在实验室静置( 2 4 2 ) h后脱模。 一部分试块直接放在 室外 自然条件下进行碳化； 一部分试块放在室外进行洒水养护 至规定龄期 ， 再进行碳化； 另一部分试块先标养至规定龄期后， 再放在室外进行碳化； 碳化时， 各试块之间的间距5 0 m m， 并 使试块成型面朝上， 且让各侧面与空气充分接触 ， 碳化时间为 2 8 、 6 0 d ， 然后进行碳化深度测试： 利用试验压力机 ， 将碳化至规 定龄期的试块沿侧面从中间劈成两半， 然后用 1 的酚酞酒精溶 液滴定 ， 约 3 0 S 后 ， 在试块内表面上每 1 0 1 T i m一个测量点用卡 尺测出各点碳化深度 ， 每组取 3个试块碳化深度的算术平均值 作为该组试块碳化测定值。 ( 5 ) 抗冻性能按 G B f r 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能 和耐久性能试验方法标准 快冻法试验进行， 总冻融循环 1 0 0 次。 2 试验方案 2 1 混 凝土 配合 比 基准混凝土配合比见表 4 ， 坍落度为 2 2 0 mm。 表 4基准混凝土配合 比原材料用量 k g m 2 2试验 方案 采用相同粗、 细骨料 、 粉煤灰 、 外加剂等材料 ， 石粉按 0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 的比例等量取代粉煤灰试验。 3 试验 结果及讨论 3 1 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土工作性的影响 试验结果见表 5 。 从表 5中可知： 随着石粉掺量的增加， 混凝 土拌合物和易性改善， 流动度增大 ， 坍落度和扩展度损失减少， 而混凝土含气量先增加后降低， 但都高于基准样品。 表 5 石粉对水泥一 粉煤灰混凝 土工作性的影响 3 2 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土抗压强度的影响 试验结果见图 1 。 从图 1中可知： 掺加一定量的石粉 ， 混凝 土抗压强度比基准样品或单掺石粉( 石粉 1 0 0 等量取代粉煤灰) 都高； 随着石粉掺量的增加 ， 混凝土抗压强度先增加后逐渐降 低； 当石粉 4 0 等量取代粉煤灰， 混凝土 2 8 d抗压强度达到最 大值， 说明石粉用于水泥一 粉煤灰混凝土 ， 石粉与粉煤灰存在最 佳复掺 比例。 石粉 取代粉煤 灰掺量 图 1 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土抗压 强度的影响 3 3 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土抗水渗透 生 能的影响 试验结果见图2 。 从图2中可知 ： 随着石粉掺量的增加， 混凝 7 4 土渗水高度逐渐增加， 但在水压力为 1 2 MP a下， 试件表面均 无渗水 ， 即其抗渗等级都大于P 1 2 ， 完全能满足一般抗渗要求的 混凝土工程 。 石 粉取代粉 煤灰掺量 图2 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土渗水高度的影响 3 4 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土抗碳化性能的影响 试验结果见表 6 。 从表 6中可知： 在标准养护条件和碳化 龄期相同下， 随着石粉掺量的增加， 混凝土碳化深度逐渐增大， 但变化不明显； 在石粉掺量相同下 ， 标准养护龄期越长 ， 混凝 土的碳化深度越小 ； 室外洒水养护龄期越长 ， 混凝土的碳化深 度越小； 在养护条件和石粉掺量相同的情况下， 随着碳化龄 层高于单一的 A F t 水化层， 使水分子和其他离子易于扩散 ， 从而 加速了 C A 与石膏的作用规， 结果使 c A C a S O 4 H 2 0体系的抗 压强度上升， 有利于提高混凝土石的抗压强度。 4 2 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土孔结构分析 为进一步研究石粉对混凝土耐久性影响的微观结构， 对养 护龄期为 2 8 d的基准样品与不同石粉掺量的混凝土试样进行孔 结构分析， 试验结果见表 8所示。 美国加州大学的Me h t a 教授认 为有害孔； d l O 0 n t n为多害孔昀 。 从表 8中可以看出， 随着其石粉掺量的增加 ， 混凝土水化 2 8 d的总孔隙率先逐渐降低后稍微增加； 孔径分布发生了明显 变化 ， 如无害孔和少害孔先逐渐增多后稍微降低 ， 多害孔逐渐 降低， 有害孔先逐渐降低后增多。 结合表 8的试验结果 ， 石粉对混凝土抗水渗透性能、 抗碳 化性能及抗冻性能的影响， 主要是因为它改善了混凝土的密实 为： 孔径 d 2 0 n m为无害孔； d ： 2 O 5 0 n m为少害孔； d ： 5 0 l o 0 n m 度17 ， 主要体现以下几点： 表 8 石粉对水泥一 粉煤灰混凝土孔结构 的影响 ( 1 ) 微集料填充效应。 石粉的掺入填充和优化了硬化后混 凝土的孑 L 隙结构， 提高了新拌混凝土的均一性， 不但使毛细孔 得到细化而且使孑 L 隙率减小 ， 从而使得孔结构改善， 同时也改 善了水泥石之间的界面过渡区。 ( 2 ) 活性效应。 活性效应是指石粉中的 C a C O 在与水泥中 的c A 反应生成碳铝酸盐的同时， 还改善了石粉颗粒的表面状 态， 有利于石粉颗粒与水化产物间的黏结， 改善并细化了孔结构。 ( 3 ) 晶核效应。 石粉会加速 C S的水化， 从而使水化产物增 多， 并避免了晶体的集中生长， 降低了孔隙率。 根据石粉的微观结构、 作用效应以及宏观现象( 对 昆 凝土 工作性、 力学性能、 耐久性影响) ， 综合分析各种因素的影响， 可 得 ： 由于石粉可稍微提高混凝土的含气量 ， 从而提高了混凝土 的抗冻性； 虽然石粉的微集料填充效应， 活化效应和晶核效应 提高混凝土内部结构的密实度， 但由于石粉的活性效应有限， 以 及粉煤灰用量的减少， 减少了水化产物的生成量， 所以， 将降低 混凝土的抗渗性能和抗碳化性能 ， 但变化不明显。 5结论 ( 1 ) 石粉可改善水泥一 粉煤灰混凝土的和易性， 增大混凝土 流动度， 减少坍落度和扩展度损失 ， 稍微提高混凝土的含气量。 ( 2 ) 掺加一定量的石粉， 可提高水泥一 粉煤灰混凝土抗压强 度。石粉 4 0 等量取代粉煤灰， 混凝土 2 8 d抗压强度达到最大 值 ， 说明粉煤灰、 石粉存在某一最佳复掺比例。 ( 3 ) 石粉掺入水泥一 粉煤灰混凝土 ， 混凝土的抗水渗透性 上接第 7 2页 1 9 I N O U E K， Y O N E Z AWA T， MI T S U I K， e t a 1 Mu l t i f u n c t i o n a l a d m i x t u r e s f o r c o n c r e t e a n d c o n c r e t e u s i n g s a m e ： U S 2 0 0 5 0 1 2 4 7 3 7 Al P f 2 0 A K I R A O， T OMO MI S， Y O S HI O T C e me n t d i s p e r s i n g a g e n t ： E P一 0 7 2 5 0 4 3 A 2 P 2 1 S U G I Y A MA T ， O HT A A， T AN A K A Y S h r i n k a g e r e d u c i n g t y p e o f a d v a n c e d s u p e r p l a s t i c i z e r C P me e e d i n g s o f t h e C A N ME T A C I S y m p o s i u m o n Ad v a n c e s i n C o n c r e t e Te c h n o l o g y ” ， 2 0 0 0： 1 8 9 - 2 0 0 【 2 2 例 振平， 罗琼， 吴小琴， 等 一种具有减缩功能的聚羧酸系减水剂、 合 成方法及使用方法： 中国， 2 0 1 0 1 0 1 0 2 0 9 3 o P 2 0 1 0 0 7 2 8 f 2 3 1 冉干平 ， 刘加平， 缪昌文 ， 等多 功能型羧酸类梳形接枝共聚物混凝 土超塑化剂： 中国， 2 0 0 5 1 0 0 3 7 8 7 2 6 【 P 】 2 0 0 6 0 1 1 8 2 4 缪昌文， 冉千平， 刘加平， 等 减缩、 抗裂型接枝共聚物混凝土超塑化 7 6 能、 抗碳化性能略有降低， 但影响并不明显； 养护条件与养护龄 期是影响其抗碳化性能最主要因素。 ( 4 ) 由于石粉的填充效应 、 活性效应、 晶核效应的共同作 用， 改善提高了混凝土的密实度， 提高混凝土的抗压强度， 并提 高混凝土的抗冻性能。 参考文献 ： 1 陈剑雄， 李鸿芳， 陈鹏， 等石灰石粉锂渣超早强超高强混凝土研究 硅酸盐通报 ， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 1 ) ： 1 9 0 1 9 3 2 肖斐， 崔洪涛， 陈剑雄， 等 超磨细石灰石粉高强混凝土的研究【 J 】 硅 酸盐通报 ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 6 ) ： 1 3 0 3 1 3 0 7 【 3 】 陆平 ， 陆树标C a C O ， 对 C 3 S 水化作用的影响叨硅酸盐学报， 1 9 8 7 ， 1 5 ( 4 ) ： 2 8 9 2 9 4 4 李悦， 胡曙光， 杨德坡， 等铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作【 J 河 北理工学院学报， 1 9 9 6 ， 2 7 ( 5 ) ： 5 4 5 7 【 5 】Z H O U Mi n g - - k a i ， P E NG S h a o - m i n g ， X U J i a n ， c t a 1 E ff e e t o f s t 0 n e p o w d e r o n s t o n e c h i p p i n g s e o n e r e t e J J o u ma 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 ， 1 9 9 6 ， 1 1 ( 4 ) ： 2 9 4 ， 【 6 王成启 粉煤灰对水泥浆体 4 3 4 4 【 7 】郭育霞， 贡金鑫 ， 李晶石粉 料， 2 0 0 1 ( 7 ) 响 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 3 ) ： 2 6 6 2 7 1 久性生的影 作者简介： 孙仁东( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 工程师 ， 主要从事混凝土及商品砂浆 的研究。 联系地址： 山东省济南市高新区凤山路 山东华森混凝土有限公司 ( 2 5 0 1 0 1 ) 联系电话： 1 3 6 6 8 8 1 6 6 3 3 剂及其制备方法： 中国， 2 0 0 6 1 0 0 4 0 0 8 9 x P 2 0 0 6 1 0 1 1 【 2 5 】 徐雪峰， 蔡跃波， 孙红尧， 等 减缩增强型聚羧酸系高性能减水剂及 其制备方法 ： 中国， 2 0 0 7 1 0 1 9 0 1 3 0 6 P 1 2 0 0 8 0 5 2 1 f 2 6 钱觉时， 王智， 蒋长清， 等聚丙烯酸盐类减缩剂及其制备方法： 中国， 2 0 0 5 1 0 0 5 7 1 3 0 X P 2 0 0 5 - 1 1 - 3 0 2 7 】 高南箫， 缪昌文， 刘加平， 等具有减水功能的聚合物类减缩剂的制 备方法： 中国， 2 0 1 0 1 0 5 3 2 9 3 9 4 I V 2 O l 1 - 0 5 0 4 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 ： 路芳( 1 9 8 7 一 ) ， 女， 在读研究生。 北京市朝阳区平乐园 1 0 0 号 北京工业大学材料学院 3 1 5 办公室 ( 1 0 0 0 2 2 ) 1 5 2 0 1 2 2 61 2 1