大理石抛光粉制备低强度等级自密实混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 1 2期 【总 第 2 7 8 期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 RE ADY M I XED CONCRETE 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 1 2 0 2 8 大理石抛光粉制备低强度等级自密实混凝土的试验研究 谢丽霞 。闫红 强，夏志远 ( 中交 天津港湾工程研究院 ，天津 3 0 0 2 2 2 ) 摘要： 大理石抛光粉颗粒细小 ， 可用 作混凝 土的掺合料 ， 通过掺加大量的大理石抛光粉 ， 可在保证胶凝材料用量 ( 既保 证 自密实性 ) 的 前提下， 制备成本较低的低强度等级自密实混凝土。 采用大理石抛光粉替代部分水泥( 1 0 5 o ) N备 C 3 0自 密实混凝土， 结果表明掺加 2 0 3 0 的大理石抛光粉可有效改善 C3 0自密实 混凝土的流动性能 、 填充性能及抗离析性能 ， 早期强度虽较低 ， 但后 期强度有较大幅度 增 长 ， 可用于早期强度要求不高的工程中。 关键词 ： 大理石抛光粉 ；自密实混凝土 ；强度 ；耐久性 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 ) 1 2 0 0 8 4 0 4 Ut i l i z a t i on o f mar bl e pol i s hi ng powde r i n C30 se l f - c om p a c t i ng c on c r e t e X E Li - x i a ， Y AN Ho n g- q i a n g， XI A Zh i - y u a n ( T j a n j i n P o r t E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， Ti a n j i n 3 0 0 2 2 2 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： M a r b l e p o l i s h i n g p o wd e r ， c o n s i s t ing o f u l t r a - fin e p a r t i c l e s ， c a n b e u s e d a s a mi n e r a l a d m i x t u r e i n c o n c r e t e Lo w c o s t s e l f - c o mpa c t i n g c o n c r e t e ( S C C) wi t h d e s i r a b l e w o r k a b i l i t y c a n b e p r e p are d b y r e p l a c i n g c e me n t b y ma r b l e p o l i s h i n g p o wd e r T h e f e a s i b i l i t y o f p r e p ara t i o n o f C 3 0 s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e us i n g ma r b l e p o l i s h i n g p o wd e r Was e x a m i n e dTh e r e s u l t s s h o we d t h a t s e l f - c o mpa c t i n g c o n c r e t e wi t h 2 0 一 3 0 marb l e p o l i s h i n g p o wd e r h a d d e s i r a b l e wo r ka b i l it y， fil l i n g a b i l i ty， a n d s i e v e s t a b i l i t y， a l t h o u g h wi t h r e l a t i v e l ow e a r l y s t r e n g t hs ， t he l a t e s t r e n g t h o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e i n c r e a s e d g r a d u a l l y T h u s ， t h e s e s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e c o u l d b e u s e d in wh e r e h i gh e a r l y s tr e n gth w a s n o t r e q u i r e d K e ywo r d s ： ma r b l e p o l i s h i n gp o wd e r s ； s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； s t r e n gth ； d u r a b i l i t y 0 引 言 量废渣自 密实混凝土的工程应用提供技术支持。 在大理石建筑板材的生产过程中， 刮平、 定厚、 研磨、 抛光等工 序产生了大量的大理石抛光粉。 据介绍， 每生产 3 0 m： 的大理石板 材 ， 将产生 1 t 的抛光粉等废料 ， 2 0 0 8年大理石抛光粉排放量 2 0 0万t 以上l ll。 随着石材产量的增大， 产生的抛光粉排放量逐年增 加， 石材加工区的大量抛光粉无法得到有效利用， 石粉、 石渣满山 遍野， 堆放成山口 。 由于抛光粉颗粒较细， 遇雨天即和雨水混合成石 粉泥 ， 四处横流 ， 晴天时则随风 四处飘飞， 对环境造成二次污染 ， 大 片耕地及水资源、 空气等受到严重污染， 生态环境遭到严重破坏。 自密实混凝土 ( s c c) 是指在 自身重力作 用下 ， 能够流动 、 密 实， 即使存在致密钢筋也能完全填充模板， 同时获得很好均质性 ， 并且不需要附加振动的混凝土。 为保证自密实混凝土具有良好的 自密实性， 其胶凝材料用量通常在 5 0 0 k g m， 以上， 导致 自密实混 凝土的早期强度较高( 7 d强度 3 0 M-P a 以上) 、 水化放热较大、 体积 稳定性较差圈 。 在布筋较密、 强度要求不高的工程中， 工程技术人员 希望采用自密实性良好、 强度等级较低的低成本自密实混凝土。 大 理石抛光粉颗粒细小， 可用作混凝土的惰性填料， 改善混凝土的工 作性能 。 通过掺加大量的大理石抛光粉 ， 可在保证胶凝材料用 量( 既保证自密实性) 的前提下， 制备成本较低的自密实混凝土， 且 该混凝土的水化放热较低、 体积稳定性较好。 本试验开展了大理石 抛光粉替代部分水泥( 1 0o o 5 0 o ) ， 制备 C 3 0自密实混凝土的研究， 为大理石抛光粉大量、 高效利用开发了一条有效途径， 同时为大掺 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 6 0 6 8 4 1 试验原料与方 法 1 1 原材料 水泥 ： 海螺牌 P I I 4 2 5 级水泥 ， 其化学组成见表 1 。 表 1 试验所用硅酸盐水泥、 矿渣和大理石抛光 粉的化学组成 原料 S i O 2 A1 2 0 3 F e 2 03 Ca O Mg O O N赴 O S O3 T i O2 L o s s P I I 4 2 5 级水泥 2 1 8 6 4 4 5 2 -3 5 6 3 5 1 1 6 7 O 5 5 O 2 6 2 9 1 0 1 1 1 8 9 矿渣 3 4 5 0 1 6 0 4 0 3 0 4 0 6 5 6 8 7 0 1 1 0 O 6 0 0 6 0 7 5 0 1 5 大理石抛光粉0 9 8 O 2 1 0 2 4 5 2 5 7 2 1 O O 0 4 0 0 5 0 0 7 0 0 1 4 3 6 3 集料 ： 选用 级配 良好 的中砂 ， 石子选用 当地产 5 1 0 mt r l 及 1 0 1 5 m a n两种石灰石质碎 石。 减水剂： 江苏博特 P e A ( I ) 型聚羧酸高效减水剂， 减水率 3 0 。 大理石抛光粉 ： 河北某大理石建筑板材厂产生的大理石抛 光粉 ， 其矿物组成主要为方解石。 还选用了济钢矿渣微粉作为掺 合料， 其化学组成见表 1 。 水泥、 大理石抛光粉及矿渣微粉的颗 粒分布如 图 1 所示 ， 与硅 酸盐 水泥相 比 ， 虽 然所用矿渣微 粉较 细， 但颗粒分布较宽。 而大理石抛光粉颗粒更为细小， 且颗粒分 布较 窄 ， 主要集中在 4 1 0 m， 远细于硅酸盐水泥。 1 2试验 方 法 试验所制备自密实混凝土中水胶比为 0 4 、 胶凝材料用量为 4 7 5 k g m3水用量为 1 9 0 k g m 3砂用量为 8 8 6 k g m 3 5 1 0 mlT l 石用量为 2 7 7 k g m 、 1 0 1 5 r f l lT l 石用量为 5 5 3 k g m 、 减水剂掺量 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粒 径 L L m 图 1 硅酸盐水泥、 矿渣微粉及大理石抛 光粉 的颗粒分布 为 0 9 ， 大理石抛光 粉分别替代 1 0 5 0 的硅酸盐水泥 ， 为比 较大理石抛光粉与矿渣微粉， 采用矿渣微粉替代 5 0 硅酸盐水 泥制备了自密实混凝土( 见表 2 ) 。 参照 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6测定自密实混凝土的扩展度、 5 0 0 mm 扩展时间( T 5 0 0 ) 和 V型箱流动度； 参照 E N 2 0 6 9 2 0 1 0采用 L 型箱流动度表征 自密实混凝土的自密实性能， 测定扩展至 2 0 0 、 4 0 0 m m所用时间( T 2 0 0 和 T 4 0 0 ) 及 L型箱两端的高度 比( H： H ) 。 采用 G MT筛析稳定性试验表征 了 自密实混凝土 的抗离析性能 ， 采用 3个等尺寸的小圆柱 ， 每个圆柱体高 2 0 0 mm， 直径 1 0 0 ra i n ， 竖向重叠放置构成一个大圆柱体。 在无振拇隋况下灌入混凝土拌 合物浆体， 静放 2 0 mi n 后， 将大圆柱拆分成上、 中、 下 3 个小圆柱， 分别取出大圆柱上部和下部混凝土浆体并通过 4 号筛筛洗， 将余 留筛上的粗骨料干燥、 称重， 计算出该混凝土拌合物的离析程度： ， Js = ! xl O 0 ( 1 ) M M ) 2 式中 ： s 离析程度 ， ； 眠圆柱体上部筛余骨料称重， k g ； 圆柱体下部筛余骨料称重， k g 。 将新拌混凝土成型为 1 0 0 mmx l 0 0 mmx l O 0 mm的立方体试 块， 在( 2 0 + 1 )水中养护一定龄期后 ， 按照 G B T 5 0 1 0 7 -2 0 1 0 测定混凝土各龄期 的抗压强度。 试样养护 2 8 d后 ， 钻取 + 5 0 x 4 0 mm的圆柱体， 测定其真空吸水率( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 。 按 照 GB J 8 2 8 5成型 顶面直 径 1 7 5 m m、 底面 直径 1 8 5 mm、 高 度为 1 5 0 mm的混凝土试样。 标准养护 2 8 d后 ， 2 0 I V I P a 水压下 恒压 2 4 h ， 劈开后测定断面的渗透深度( 6 个试件均值) 。 采用 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 规定的方法测定混凝土的氯离子扩散系数。 表 2 自密实混凝土的胶凝材料配合比 2 试验 结果与分析 2 1 自密实混凝土工作性能 ( 1 ) 扩展度。 由表 3可得， 在 自密实混凝土中掺加 1 0 5 0 的大理石抛光粉， 可显著增大新拌混凝土的扩展度 ， 自密实混 凝土扩展度达到 5 0 0 mm所用时间( T 5 0 0 ) 也显著缩短。 参比自 密实混凝土的扩展为 7 5 8 mm， T 5 0 0为 1 1 5 S ， 而当大理石抛光 粉掺量为 4 0 时 ， 自密实混凝土 的扩展度可达 8 1 6 mm， T 5 0 0也 缩短至 0 6 7 S 。 当大理石抛光粉掺量为 5 0 时 ， 自密实混凝土 的 扩展度有所降低； M4 0 B 1 0的扩展度大于M5 0 及 B 5 0的， 说明复 合掺加大理石抛光粉和矿渣， 更有利于改善自密实混凝土的工 作性能， 表现出“ 超叠加” 效应。 ( 2 ) v 型箱 流动度。 表 3表明随大理石抛光粉掺量 的增 加 ， 自密实混凝土的v型箱流出时间逐渐减小； 当大理石抛光粉掺 量超过 4 0 时， V型箱流出时间大幅度增加。 掺合料掺量均为 5 0 时， 掺大理石抛光粉的 自密实混凝土 V型箱流 出时间最长 ， 掺矿 渣微 分的 自密实混凝土次之 ， 复合掺加大理石抛光粉 和矿 渣微分的自密实混凝土 v型箱流出时间最短。 ( 3 ) 离析程度。 参比混凝土离析程度高达 8 9 ， 说明参比混 凝土的抗离析性能较差( 见表 3 ) 。 随大理石抛光粉掺量的增加， 白密实混凝土的离析程度逐渐减小 ， 说明掺加大理石抛光粉或 矿渣可显著改善 自密实混凝土 的抗离析性 能。 表 3自密实混凝土的工作性能 ( 4 ) L型箱流动度。 采用 L型箱流动度( T 2 0 0 、 T 4 0 0 及 H ： H， ) 表征了自密实混凝土的填充能力， 试验结果如表4所示。 当大理 石抛光粉掺量小于 4 0 时 ， 自密实混凝土的 T 2 0 0和 T 4 0 0均小 于参 比混凝土的 ， H： H 有所增大 ， 说 明掺加适量 大理 石抛 光粉 可显著改善自密实混凝土的填充性能。 当大理石抛光粉或矿渣 掺量为 4 0 甚至更高时， 虽然 自密实混凝土的T 2 0 0仍小于参比 混凝土的， 但其 T 4 0 0及 H H 大于参比混凝土的， 说明当大理 石抛光粉( 或矿渣) 掺量较大时， 自密实混凝土的黏度较大 ， 虽 然其短距离( 2 0 0 mm) 填充能力较强， 但其长距离( 4 0 0 m m) 填 充 能 力较 弱 。 表 4自密实混凝土的 L型箱流动度 2 2硬 化混 凝 土性 能 ( 1 ) 抗 压强度 。 图 2表 明 ， 参 比混凝 土 的 7 、 2 8 、 9 0 d抗压强 度分别为 2 7 9 、 3 4 5 、 3 7 3 MP a ； 随大理石抛光粉掺量的增加 ， 自 密实混凝土的 7 d强度大幅度降低 ， 2 8 d强度也有较大降低 ， 而 自密实混凝土的 9 0 d强度降低幅度较小。 当大理石抛光粉掺量 在 3 0 以内时， 白密实混凝土的7 d强度可接近 2 5 MP a ， 2 8 d 强 度可超过 3 0 MP a ， 且 9 0 d强度有较大幅度增长 。 当大理石 抛光 8 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉掺量超过 3 0 时， 自密实混凝土的 7 d强度大幅降低 ， 2 8 d 强 度达不到 3 O MP a ， 但 9 0 d强度增加幅度较大( 接近 3 5 MP a ) 。 掺加 5 0 矿渣的白密实混凝土虽然 7 d强度较参比混凝土的 低 ， 但其 2 8 、 9 0d 强度略高于参比混凝土的。 复合掺加 4 0 大理 石抛光粉和 1 0 矿渣微粉的自密实混凝土( M4 0 B1 0 ) 各龄期强 度与M3 0的相当， 说明在掺合料掺量一定的情况下( 例如5 0 ) ， 复合掺加大理石抛光粉和矿渣微粉有利于提高混凝土的强度 ， 显 示 出强度 的“ 超叠加” 效应 。 因此 ， 配制早期强度要求较高( 2 0 MP a 以上) 的自密实混凝土时， 大理石抛光粉掺量不应超过 3 0 ， 通 过复合掺加大理石抛光粉和矿渣微粉， 可进步增加掺合料掺量。 40 矗 35 3 0 装 2 5 墨 2 0 1 5 表 5自密实混凝土的 L型箱 流动度 试样 真空吸水率 抗渗系数 c m 氯离子扩散系数 ( 1 0 。 m z s ) ( 3 ) 抗渗系数。 养护 2 8 d后混凝土在 2 0 MP a 水压下( 恒压 2 4 h ) 的渗透深度见表 5 。 除 M5 0外 ， 掺加大理石抛光粉或矿渣微 粉的自密实混凝土的渗透深度均有所减小， 特别是大理石抛光粉掺 量在2 0 3 寸 ， 所制备的自密实混凝土抗渗 生 能最好。 由于 M5 0 的孔隙率较高( 见真空吸水率结果) ， 使其抗渗I生能相对较差。 ( 4 ) 氯离子扩散系数。 混凝土的氯离子扩散系数与其连通 空 隙含 量密切相关 ， 是混凝土耐久性 的重要指标 。 表 5表明 ， 掺 加大理石抛光粉可有效降低 自密实混凝土的氯离子扩散系数； 但 当大理石抛光粉掺量超过 3 0 时 ， 混凝 土的氯离子扩散系数 又逐 渐增大 ； 特别是大理石 抛光粉掺 量超过 4 0 时 ， 混凝土 的 氯离子扩散系数远高于参比混凝土的。 掺加矿渣的自密实混凝 土也具有较低的氯离子扩散系数 。 3讨 论 大理石抛光粉 的粒径范 围主要在 4 1 0 ix m， 远细于硅 酸盐 水泥和矿渣微粉 ， 因此 ， 大理石抛光粉具有显著的“ 微集料效 应” 6 1 。 即： 细小的大理石抛光粉颗粒填充于混凝土浆体中， 释放 出更多的 自由水 ， 从而使自密实混凝土的扩展度、 流动度及填 充能力得到大幅度提高( 如图3 所示) 。 另一方面， 超细颗粒的填充 R6 使 自密实混凝土的黏度增 大 ， 自密实混凝土 的抗离析性能 得到 了显著改善 ， 硬化混凝 土的密实度也 有所 提高 ， 孑 L 隙细化 ；】 。 因 此 ， 掺加 2 0 3 0 的大理石抛光粉可 以显著改善 自密实混凝土的 工作性能， 硬化混凝土各龄期强度下降不大， 渗透深度及氯离子扩 散系数显著减小。 但当大理石抛光粉掺量超过 3 O 时， 大量超细 颗粒表面吸附水量的大幅度增加 ， 自密实混凝土的黏度较大 ， 使混 凝土的流动 生 能和填充生能变差 。 另一方面 ， 大量超细粉显著增加 了界面面积， 硅酸盐水泥用量的减少 ， 使水化产物数量逐渐减少 ， 水化产物与骨料及大理石抛光粉之问的黏接变差 ， 导致 自密实 混凝土的空隙率较高， 力学性能和耐久性变差。 因此， 大理石抛光 粉掺量不应超过 3 0 ， 制备的C 3 0自密实混凝土具有良好的工作 性能和耐久性能， 可应用于早期强度要求不高的丁程中。 震 ( a ) 参 t L s c c ( b ) 掺 加大理石 抛光粉 Ns c c 图 3掺加大理石抛光粉前后 自密实混凝土的堆积示意图 4结 论 大理石抛光粉颗粒较硅酸盐水泥细小 ， 具有显著的“ 微集 料效应” ， 可有效改善 自密实混凝土的流动性能、 填充性能及抗 离析性能。 掺加 2 0 3 0 的大理石抛光粉可制备 C 3 0强度等 级的 自密实混凝土， 该混凝土的早期强度较低， 但后期强度有 较 大幅度增 长 ， 可用于早期强度要求不高 的工程 中。 此外 ， 大量 超细抛 光粉颗粒 的填 充使 自密 实混凝 土的抗 渗性 能显著提高 ， 氯离子渗透系数有所减小， 自密实混凝土的耐久陆得到显著改善。 参考文献 ： 1 石材编辑部2 0 0 8 年全国及各地石材统计数据汇总 石材， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 5 -6 2 】曾者 E ， 张秉坚石材工业废料的综合 利用技术l J l石材， 2 0 0 2 ( 5 ) ： 4 8 - 5 0 3 】N A I K T R， K U MAR R， R A MME B W ， e t a 1 D e v e l o p m e n t o f h i g h s t r e n g t h， e c o n o mi e a l s e l f c o n s o l i d a t i n g c o n c r e t e 【 J 】 C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 2 ， 3 0 ( 1 ) ： 4 6 3 4 6 9 4 】V I AC AV A I R， DE C E A A A， D E S E N S A L E G R S e l f - c o mp a c t i n g c o n - c r e t e o f me d i u m c h a r a c t e r i s t i c s t r e n g t h J 1 C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 2 ， 3 0 ( 2 ) ： 7 7 6 7 8 2 5 S E G A DA E S A M， C A R V AL HO M A， A E C H A R W U s i n g ma r b l e a n d g r a n i t e r e j e c t s t o e n h a n c e t h e p r o c e s s i n g o f c l a y p r o d u c t s l J j A p p l i e d C l a y S c i e n c e ， 2 0 0 5 ， 3 0 ( 1 ) ： 4 2 5 2 6 阎培渝 ， 阿茹罕 ， 赵 昕南 1氏胶凝材料 用量的 自密实混凝 土 J J l 混凝 土 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 - 5 7 詹国良， 彭瑞鸿， 邓旭华 ， 等 C 2 0 低强度自密实混凝土的试验研究 及工程应用l J 1 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 1 2 8 1 3 0 【 8 L U P I N G T C h l o r i d e t r a n s p o r t i n c o n c r e t e me a s u r e n l e n t a n d p r e d i c t i o n D Go t e n b o r g： C h a l me r s U n i v e r s i t y o fTe c h n o l o g y， 1 9 9 6 作者简介 ： 谢 丽霞 ( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 工程师 。 联系地址： 天津市河西区大沽南路 1 0 0 2 号( 3 0 0 2 2 2 ) 联 系电话 ： 0 2 2 2 8 1 9 7 0 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m