活化煤矸石掺合料对高性能混凝土干缩的影响.pdf
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1、2 0 1 3 年 第 7 期 (总 第 2 8 5 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AI , AND ADM I NI CLE 活化煤矸石掺合料对高性能混凝土干缩的影响 蔺喜强 ,王栋 民z ,冯建华 。霍亮 ,智艳飞 ,李 国友 ( 1 中国建筑股份有限公司 技术中心,北京 1 0 1 3 0 0 ;2 中国矿业大学 ( 北京) ,北京 1 0 0 0 8 3 ) 摘要 : 活化煤矸石掺合料的需水量较粉煤灰和矿粉高, 煅烧煤矸石粉对混凝土有早期
2、的增强作用 , 且具有后期的强度增长保 持能力 ; 其活性介于粉煤灰和矿渣之间, 比较接近矿渣 。 随水灰 比的降低, 煤矸石混凝土干缩增大 , 在相同掺量下 , 活化煤矸石粉 作掺合料的混凝土相较掺加粉煤灰的干缩率大 , 与掺加矿粉的混凝土干缩率差别不多。 合理掺量下 , 煤矸石粉混凝土的干缩率均 小于纯水泥混凝土。 煤矸石与粉煤灰双掺复合使用可有效降低混凝土的干缩。 关键词: 活化煤矸石 ;高性能混凝土;力学性能;干缩 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 3 ) 0 7 0 0 5 6 0 3 i n
3、f l u e n c e o f a c t i v a t e d c o a l g a n gu e t o s h r i n k a g e 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 LI N Xi q i a n g , WANGDo n gmi n 2 F ENGJ i a n h u a , HUO Li a n g , ZHIYa nf e i , U Gu o y ou ( 1 C h i n a S t a t e C o n s t ruc t i o nC o , L t d , T e c h n o
4、l o g y C e n t e r , B e i j i n g 1 0 1 3 0 0 , C h i n a ; 2 C h i n a U n i v e r s i t yo f Mi n i n g a n d T e c hno l o g y , B e r i n g 1 0 0 0 8 3 , C h i n a ) Abs t r ac t : Co mp a r e d wi t h fly a s h a n d s l a g, a d mi x t ur e s of t he g a ng u e n e e d mO r e wa t e r i n c
5、o n c r e t e Ca l c i ne d c o a l g a n g u e h a d i n c r e a s e d t h e e a r l y s e n g t h a n d l a t e s t r e n g t h i n c r e a s i n g r e t e nti o n c a p a c i ty I t s a c t i v i ty b e twe e n fl y a s h a n d s l a g , r e l a t i v e l y c l o s e d t o the s l a g Wi t h d e
6、c r e a s i n g wa t e r c e me n t r a t i o, g a ng u e c o n c r e t e s h r i n k a g e i nc r e a s e d I n the s a me do s a g e c o n di t i o n s , a c t i v a t e d c o a l g a n g u e c o n c r e t e s h r i i a ka g e r a t e wa s l arg e c omp a r e d wi t h fly a s h, a nd h a d the s a
7、 me d r yi n g s h r i nk a ge o fc o n c r e t e mi x e d wi t h s l a g Re a s o na bl e do s a g e, the g a n g u e c o nc r e t e s hri nk - a g e r a t e l e s s t h a n pl a i n c e me n t c o n c r e m Ga n g u e a n d ny a s h c o mpo s i t e u s e c o ul d e f f e c t i v e l y r e d u c e
8、the d r yi n g s h r i n ka g e o f c o n c r e t e Ke yw or ds : a c t i v a t e d c o a l g a n g u e; h i g h- pe r f o r ma n c e c o n c r e t e; me c ha ni c a l pr o pe r t y; s hr i n k a g e 0 引言 煤矸石是煤炭生产 、 加工过程 中产生的固体废物 , 是煤 的共生资源, 成煤过程中与煤伴生、 灰分通常大于 5 0 、 发热量一般在 3 5 8 - 3 mJ k g 范围内的一种碳质岩石
9、 。 煤矸 石的主要矿物是高岭石 、 绿泥石等黏土矿物与 石英 , 主 要化学成分为 S i O 、 A 1 2 o , 、 F e O 等 , 经活化处理后 , 黏土矿 物分解 成无定形的 S i O 。 和 A l 2 0 物质使其具有一定 的活 性 。 煤矸石活化及应用 已经进行 了大量研究 , 王培铭3 _ 、 王栋民 等对热激活煤矸石的火山灰活性进行了研究 , 表 明煅烧能够提高煤矸石的火山灰活性。 利用活化煤矸石作 为制备高性能混凝土的掺合料具有 良好的经济效益与社 会效益。 具有优 良工作和较高强度的高性能混凝土 的普遍 应用于各类高层建筑及大型工程结构中, 混凝土强度的增 加、
10、 原材料组成复杂化及胶凝材料的迅速水化使得现代高 性能混凝土 自收缩明显 , 使得混凝土有一定 的开裂风险嘲 。 矿物掺合料种类、 活性、 颗粒形态和细度的差异 , 将对复合 胶凝材料体系水化机理、 水化速率、 水化程度和硬化浆体 的微结构产生不同的影响, 从而对混凝土的收缩也有一定 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 1 0 3 基金项目:中建股份( C S C E C 一 2 0 1 0 z O 1 ) 5 6 的影响同 。 本试验主要 对热力学 活化煤矸石粉作掺合料对 混凝土收缩影 响规律进行分析 , 并与粉煤灰 、 矿粉的作用 效果作 了对 比研究 。 1 原材料及试验方 法 1 1
11、原材料 水泥 : 试验用水泥为北京琉璃河水泥有 限公司产琉璃 河 P o4 2 5 级水泥及水泥熟料 , 水泥熟料的化学成分如表1 所示 。 表 1 水泥熟料的主要化学组成 S i O 2 A 1 2 0 3 C a O F e 2 0 3 Mg O N a 2 O O S O 3 L o s s 总计 2 2 2 7 5 1 2 6 4 8 7 347 2 5 8 0 1 8 O 7 3 2 9 2 3 9 7 9 8 8 2 活化煤矸石 : 选用 5 m m 以下北京房山区的软质煤矸石 煅烧粉磨制得。 活化煤矸石粉、 粉煤灰、 矿粉化学成分见表 2 。 表 2 煤矸石、 粉煤灰及矿粉的主要
12、化学组成 成分S i O 2 A I : O 3 C a O F e 2 0 3 Mg O N a 2 0 0 T i O 2 S O 3 L o s s 煤矸石 5 2 4 O 2 O 4 9 2 8 7 5 2 3 1 2 6 0 6 0 1 5 3 一 O 5 6 1 3 3 2 粉煤灰 4 4 9 2 3 6 6 4 2 2 8 8 4 2 0 5 5 0 5 5 0 9 6 0 1 7 2 4 2 1 矿 粉3 3 2 4 1 5 8 6 3 5 5 3 0 1 7 7 2 7 一 一0 0 5 8 0 7 6 0 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o
13、m 砂 : I I 区中砂 , 细度模数 2 7 8 , 含泥量 1 2 6 , 低碱活性 。 石 : 卵碎石 , 5 2 5 m i l l 连续级配 , 压碎指标 5 , 针片状 含量 3 6 , 低碱活性。 超塑化剂 : 天津雍 阳聚羧酸高效减水剂 。 1 2试验 方 法 煤矸石于马弗炉中在 9 0 0温度下煅烧 , 保温 2 h 后置 于空气 中快速冷却 , 再经试验室小型球磨机粉磨至比表面积 在 4 5 0 k g m 左右。 采用勃 氏比表面积仪测量磨细煤矸石的 比表面积。 采用 L S P O P ( I I I ) 型激光粒度分析仪分析煅烧磨 细煤矸石的粒度分布 。 胶砂强度试
14、验按 照 G B 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 胶砂强度检验法( I S O法) 进行。 混凝土力学性能试验按 照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法 进 行测定 , 混凝土拌 合物 的工作性按 照 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 进行测定 。 收缩测 定按混凝土耐久性按照 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 进行。 2试验结果与讨论 2 1 活化煤矸石对混凝土力学性能影响 通过基础试验确定 了如表 3所示的 C 4 0 , C
15、 6 0 混凝土 的配合比。 表 4 为煤矸石等掺合料对 C 4 0 、 C 6 0 混凝土工作 性及 强度的影 响。 表 3混凝土 C 4 0 、 C 6 0基础配合比 煅烧后的煤矸石具有较多的孔隙和较大 的比表面积 , 因此它作为混凝土掺合料具有较大的需水量 , 可通过提高 减水剂的掺量解决。 在一般 C 4 0 混凝土中与减水剂配合对 混凝土 的工作性基本没有影响。 在 C 6 0 混凝土 中由于用水 量较少且煤矸石 自身需水量 , 使得混凝土 的工作性相 比粉 煤灰和矿粉都有所降低。 由图 1 、 2可以看 出 , 在 C 4 0 混凝 土 中煤 矸石 粉掺量 为 3 0 时, 混凝土
16、和易性较好, 各龄期抗压强度也较高, 与空 白试验对 比, 3 d 强度可达 到空 白试样 的 8 2 4 , 2 8 d 强度 时空白试样 的 1 0 2 。 在 C 6 0 混凝 土中为获得较好 的 力学性 能 , 煤矸石 粉的掺量应适 当降低 。 掺量 为 2 0 时 , 3 d抗压强度达到空 白试样 的 9 0 , 2 8 d强度时空 白样 的 9 7 。 掺人煤矸石后 , 混凝土用水量 随矸石粉量 的增加而 增 大 , 其各 龄期抗压 强度 随掺量 的增加 呈现先 增大后 减 小 的趋势 。 煤矸石 与矿粉 、 粉煤灰对 比性试验研 究证 明 , 煤矸 石混凝 土需水量 矿粉 粉煤
17、灰混凝 土的需水量 , 但早期强度高于粉煤灰, 与矿粉相差不多 , 后期亦有较大 的增长 。 活化 煤矸 石在使用过程 中既有早期 的增强作用 , 又有后 期的强度增 长保持 能力 。 水 化早期 , 活性 Al 2 0 , 与 水泥水 化产生 的 C a ( O H) : 反应生成 钙矾石 , 可促进水 泥 水化 ; 水 化后期 , 其 含有 的活性 S i O 可 与水 泥水 化产 物 C a ( O H) , 发生二 次反应 生成 C H s凝胶 , 水化后 胶凝相 6 5 6 O 日 55 曼5 0 五4 5 憩 4 0 35 辐 3 0 25 20 3 7 2 8 5 6 养 护龄期
18、 , d 图 1 掺合料对 C 4 0混凝土强度的影响 j , Z O 养 护龄期 , d 图 2 掺合料对 C 6 0混凝土强度的影响 的孔结构更加合理 。 2 2 活化煤矸石对混凝土干缩性能影响 影响混凝 土耐久性 的一个 重要 因素就是混凝土 的开 裂 问题 , 造成混凝土结构产生裂缝的原 因有很多 , 其 中一 个重要原 因就是混凝土材料 的收缩。 掺加矿物掺合料可以 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 减少水泥用量并延缓混凝土水化放热 , 是预 防混凝土收缩 开裂的一个重要手段。 因此, 以下具体研究掺入煤矸石矿物 掺合料后混凝 土的干缩性 能变化 。
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