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礦粉在商品混凝土中的應用

0 前言
  近年來,隨著東園西區創建、房地產開發以及城市基礎設施建設的全面發展,蘇州市商品混凝土行業快速發展,但競爭非常激烈。要想在這一市場中占得一席之地,第一,必須確保混凝土的質量并提供優質的服務,樹立企業品牌形象,擴大市場影響力;第二,在保證質量的前提下,控制產品的成本,理論上可通過使用高效減水劑和礦物摻合料降低單方水泥用量。但就目前情況而言,聚羧酸鹽類等高效減水劑價格昂貴,且商品混凝土中C25~C40中低強度等級占絕大多數,使用后成本反而提高;粉煤灰的應用技術已經非常成熟,但其強度發展慢,在摻量上又有嚴格的限制,很難再有潛力可挖,而礦粉膠凝系數高、強度發展比粉煤灰快,可改善混凝土拌合物性能和長期性能,同時,礦粉與水泥存在一定的價差,等量取代后經濟效益是顯而易見的。因此,礦粉已成為理想的摻合料逐漸被廣大混凝土企業采用。我們在礦粉的應用方面作了一些試驗工作,并通過工程應用得到一些體會,本文就此方面情況作以介紹。
1 試驗用原材料
1.1 礦粉:南京梅寶新型建材有限公司生產,S95級,其性能見表1
 
表1 礦粉性能

主要化學成分
比表面積(m2/kg)
密度
(g/cm3)
燒失量
/%
Cl 
/%
SO3
/%
流動度比
/%
活動指數
 
 
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
7d
28d
 
32.9
15.36
37.04
10.52
436
2.90
-0.38
0.007
0.07
105
76.2
107
 

 
1.2 水泥:蘇州天山水泥有限公司生產,普通42.5級,其性能見表2
 
表2 水泥主要物理性能

標準稠度用水量
/%
安定性
抗折強度 /MPa
抗壓強度 /MPa
3d
28d
3d
28d
28.6
合格
6.0
8.7
28.4
56.0

 
1.3 粉煤灰:蘇州望電粉煤灰分選廠生產Ⅰ級灰,其主要性能見表3
 
表3 粉煤灰性能

細度(45 μm篩子)/%
燒失量 /%
需水量比 /%
SO3 /%
9.6
4.72
95
0.14

 
1.4 砂:天然河砂,其主要性能見表4
 
表4 砂的主要性能

細度模數
含泥量 /%
泥塊含量 /%
表觀密度g/m3
2.5
0.5
0
2630

 
1.5 碎石:湖州5mm~31.5mm連續級配碎石,其主要性能見表5
 
表5 碎石的主要性能

含泥量 /%
泥塊含量 /%
壓碎指標/%
針片狀顆粒含量/%
表觀密度g/m3
0.2
0
5.2
6.3
2680

 
1.6 外加劑:蘇州工業園區同盛新材料有限公司生產的TS301高效減水劑,摻量為c×1.5%時,減水率為18%
2 試驗方法
  配合比設計參照JGJ55-2000并結合經驗進行;拌合物坍落度及和易性觀察根據GB/T50080-2002進行;抗壓強度測定根據GB/T50081-2002進行;耐久性測定根據JGJ82-85進行。
3 混凝土配合比及性能試驗
  3.2 混凝土配合比(粉煤灰摻加比例固定)及部分性能試驗,詳見表6及圖1~圖4,分析如下:
  3.1.1 水膠比較大時(本試驗中為0.60,0.52,0.42),礦粉等量取代部分水泥,隨著礦粉摻量的增加,3天、7天強度近似線性降低;28天、60天強度,當摻量為30%以下時,變化不大,隨著摻量的增加略有上升,至30%時最高。3天、7天強度與28天、60天強度結果比較,可見隨著礦粉摻量的增加,強度增加幅度增大,即礦粉摻量對后期強度的影響逐漸變小。
  3.1.2 水膠比較小時(本試驗中為0.35),礦粉摻量為0-30%時,隨著礦粉摻量的增加,7天、28天強度遞增,摻30%時最高,但摻30%時粘性較大,因為礦粉比表面積超過400m2/kg,在某合適摻量時,因為它的微集料效應具有一定的減水和增加流動性功能,但在高強度混凝土(低水膠比)中,摻量太大更增加了粘聚性,易造成泵送和施工困難。
  3.1.3礦粉等量取代部分水泥配制混凝土,達到相同的坍落度時,比基準混凝土的需水量低,且置換率越大,需水量越小。實際試驗和應用中,為達到相同的坍落度,可調整用水量或外加劑用量。在中低強度混凝土(較大水灰比)中,隨著礦粉摻量的增加,調整用水量或減水劑用量,混凝土達到相同的坍落度時,流動性增大。
  3.2 抗滲性能試驗
 為了驗證摻礦粉混凝土的抗滲性能,我們采用水膠比為0.42,礦粉摻量為0和25%的配合比各成型了一組6個混凝土抗滲標準試件,標養28天后進行抗滲試驗,試驗水壓從0.1MPa開始,每隔8h增加0.1Mpa,逐級加壓1.4 Mpa并持壓8小時后停機,此時兩組試件頂面均無滲水現象,劈開后觀察滲水情況,不摻礦粉的試件滲水高度在30mm-50mm之間,礦粉摻量25%的試件滲水高度在0-10mm之間。說明用礦渣微粉配制的混凝土密實性好,抗滲透能力強,適用于鋼筋混凝土防水結構。
 
表6 混凝土配合比及性能
 
水膠比
礦粉摻量/%
水泥
礦粉
粉煤灰
TS301/%
坍落度/mm
和易性
混凝土抗壓強度/ MPa
R3
R7
R28
R60
0.60
0
249
-
59
185
1.1
180
粘聚性一般
17.2
24.1
33.2
-
20
201
60
57
180
1.1
185
14.2
21.6
36.6
-
30
171
90
57
180
1.1
190
12.6
20.8
37.2
-
40
141
120
57
180
1.0
180
11.4
19.6
36.4
-
0.52
0
295
-
61
185
1.5
180
和易性良好
-
30.7
41.6
45.5
15
235
52
59
180
1.5
180
-
28.7
41.8
47.0
20
220
69
57
180
1.5
190
-
28.1
40.9
44.8
25
196
84
57
175
1.5
180
-
27.7
40.9
45.2
30
179
101
57
175
1.5
185
-
25.8
43.2
46.0
35
162
118
57
175
1.5
195
-
24.8
38.7
43.8
40
145
135
57
175
1.4
185
-
23.6
38.5
42.7
50
112
168
57
175
1.4
195
-
22.0
38.0
42.1
0.42
0
378
-
62
185
1.8
190
和易性優,摻礦粉擴展度≥500mm
-
40.0
52.6
61.6
20
283
86
60
180
1.8
190
-
32.3
51.6
59.6
30
234
125
58
175
1.8
180
-
31.2
52.2
62.8
35
213
146
58
175
1.8
190
-
30.2
48.0
60.5
40
192
167
58
175
1.6
190
-
27.8
47.8
60.2
50
146
202
57
170
1.6
180
-
25.4
44.8
57.5
0.35
0
443
-
66
178
2.0
185
粘性大
40.1
51.2
65.4
-
20
329
98
64
172
2.0
200
不粘
37.6
51.0
64.1
-
25
298
120
62
168
2.0
200
稍粘
37.6
53.1
68.7
-
30
268
141
61
165
2.0
185
粘性大
34.8
53.8
71.5
-
 
抗壓強度MPa 抗壓強度MPa
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
礦粉摻量/% 礦粉摻量/%
圖1水膠比 0.60 圖2水膠比0.52
 
抗壓強度MPa 抗壓強度MPa
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
礦粉摻量/% 礦粉摻量/%
圖3水膠比0.42 圖4水膠比0.35
 
 
4.工程應用
 某高層住宅,基礎承臺設計強度等級C40,結構厚1.8m,綜合考慮(特別是水化熱),混凝土摻用了30%的礦粉;地下室墻板至轉換層梁板設計強度等級均為C50,主要考慮到粘聚性,混凝土摻25%的礦粉,配合比如表7。
表7

強度等級
水泥
礦粉
粉煤灰
TS301
C40
234
125
58
175
7.51
C50
303
122
63
166
9.76

 
  混凝土具有良好的工作性能,物理力學性能和耐久性能,完全滿足《混凝土結構工程施工質量驗收規》GB50204-2002的要求。同時,工程感觀也非常好,受到使用方業主的好評。
5. 礦粉在商品混凝土中應用時應注意的問題
  5.1 注意礦粉摻量
 礦粉等量取代部分水泥時,隨著摻量的增加,混凝土早期強度幾乎線性下降,而目前各工程工期緊、施工進度快是普遍現象,兩者是一對矛盾。
 另外,水膠比較小時,隨著礦粉摻量的增加混凝土粘度增大甚至板結抓底;水膠比較大時,礦粉摻量過大,易產生離析。
  因此實際使用時,應根據工程進度、強度等級、結構特點、氣候狀況等的不同,合理地確定礦粉摻量。
  5.2 加強礦粉復檢工作
 目前市場上供應的礦粉有大型立磨生產的,也有球磨機(部分為水泥球磨改造)生產。相比而言,大型立磨由于其先進的生產工藝,礦粉的細度非常穩定,而球磨礦粉的細度難以達到要求,也難以長期穩定。建議商品混凝土企業優先選用立磨礦粉。
  礦粉一般需復檢活性指數與流動度比,但這兩項指標與檢驗用的水泥有很大的關系,同一礦粉采用不同對比水泥時,檢驗出的結果會有很大的不同;即使采用同一水泥,由于批次不同,結果有可能也不同。所以商品混凝土企業應該用實際使用的水泥作對比,并且多試驗多分析,特別是在選用不同廠家生產的水泥前,必須先用該水泥作對比水泥進行試驗。
  5.3 注意調整混凝土的凝結時間
  礦粉對混凝土的凝結時間與不摻礦粉的普通混凝土相比,具有一定緩凝效果。因此,應注意調整混凝土的凝結時間,特別是日平均溫度不足10℃時,應調整混凝土配合比,降低混凝土中礦粉摻量(甚至不摻)或改變外加劑的品種來調整凝結時間。
  5.4注意混凝土的養護
  礦粉、粉煤灰復摻混凝土對養護條件要求更為苛刻,應加強與施工方溝通,確保混凝土的養護條件和養護時間。只有充分的養護才能發揮摻合料的作用 。
6. 結論
  6.1 礦粉取代部分水泥,能減少水化熱,延緩凝結時間,改善混凝土的工作性能,提高抗滲性。
  6.2 礦粉取代部分水泥,混凝土早期強度與摻量有關,一般呈下降趨勢,但對28天及長期強度的影響逐漸變小。30%摻量時,28天強度最高。
  6.3 采用礦粉可以利用工業廢料,保護環境,符合國家可持續發展的戰略要求。對企業來說,也是降低成本的一項有效措施。
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