低品質(zhì)摻合料在混凝土中有效利用的研究Ⅱ
冷發(fā)光 張仁瑜 丁威 李昕成 紀(jì)憲坤 何更新 王征
摘要：研究了采用混合共磨低品質(zhì)摻合料所配制混凝土的各種性能，結(jié)果表明：低品質(zhì)摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展理想，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著；采用ASTM C1202方法測(cè)試混凝土抗氯離子滲透性能明顯優(yōu)于同摻量Ⅱ級(jí)灰混凝土；抗碳化性能滿足耐久性要求；采用ICBO標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)試混凝土抗裂性能良好，優(yōu)于同摻量Ⅱ級(jí)灰混凝土。
關(guān)鍵字：低品質(zhì)摻合料：混凝土：抗壓強(qiáng)度：耐久性
O 引言
通過對(duì)低品質(zhì)粉煤灰與礦渣（磷渣）混合共磨后所得摻合料的細(xì)度、活性和需水量比等基本性能的研究分析[1],發(fā)現(xiàn)其各種性能較好，為復(fù)合摻合料在混凝土中的使用提供了部分理論解釋以及發(fā)揮作用的技術(shù)依據(jù)。目前，對(duì)于低品質(zhì)摻合料在混凝土中的應(yīng)有已有很多研究和探討[2-6].但是，由于混凝土這種材料比較復(fù)雜，復(fù)合摻合料基本性能雖將明顯影響混凝土性能，但并不能完全判定兩者的相關(guān)性，必須經(jīng)過系統(tǒng)的混凝土試驗(yàn)來驗(yàn)證對(duì)混凝土性能發(fā)揮的作用。
1 試驗(yàn)材料與方法
1.1 原材料
試驗(yàn)采用文獻(xiàn)[1]中所得混合共磨低品質(zhì)摻合料，其中主要應(yīng)用FS50和FP65系列。水泥采用拉法基P.O.42.5水泥；石子分為大石和小石，其最大粒徑分別為31.5mm~16.0mm,連續(xù)級(jí)配，主要技術(shù)指標(biāo)如表l所示；砂同時(shí)采用了機(jī)制砂和山砂，主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示，其中砂石檢測(cè)參照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52-2006）執(zhí)行；減水劑為北京密云產(chǎn)高效減水劑，減水率10%~25%,推薦摻量0.5%~1%.
1.2 試驗(yàn)方法
混凝土配合比設(shè)計(jì)參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2000），混凝土新拌性能檢測(cè)和力學(xué)性能測(cè)試參照GB/T 50080 2002和GB/T 50081-2002,碳化性能按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（GBJ 82-85）進(jìn)行試驗(yàn)，氯離子滲透試驗(yàn)參照ASTM C 1202.97 Standard Test Method for Electrical Indication of Concretes Ability to Resist Chloride Ion Penetration 進(jìn)行，混凝土抗裂性能試驗(yàn)參照ICBO標(biāo)準(zhǔn)法[7],采用刀口約束法試驗(yàn)。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
我們?cè)?20組配合比設(shè)計(jì)和試配的基礎(chǔ)上，經(jīng)過進(jìn)一步反復(fù)調(diào)試，確定了混凝土性能系統(tǒng)試驗(yàn)的基本配合比，作為對(duì)比分析的基礎(chǔ)。所確定的配合比中水泥用量和摻合料摻量都是比較經(jīng)濟(jì)的，摻合料為新磨摻合料，基本配合比情況見表3.
2.1 混凝土抗壓強(qiáng)度
2.1.1 關(guān)于混合共磨和分磨混摻對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
首先進(jìn)行了混合共磨的復(fù)合摻合料與單獨(dú)粉磨混合復(fù)合摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度的對(duì)比試驗(yàn)。摻合料為新磨摻合料，細(xì)度與工業(yè)生產(chǎn)十分接近，放置時(shí)問為20天，抗壓強(qiáng)度以及有關(guān)情況見表4.
從表4可以看出：（1）混合共磨的FS50混凝土比分磨混摻的復(fù)合摻合料混凝土強(qiáng)度高約一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，僅設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C60情況相當(dāng)；（2）FS50復(fù)合摻合料混凝土強(qiáng)度規(guī)律與活性等基本性能分析規(guī)律吻合；（3）FP65則大大優(yōu)于文獻(xiàn)[1]中活性等基本性能分析規(guī)律，在混凝土試驗(yàn)中卻表現(xiàn)出良好的結(jié)果，尤其是良好的拌合物工作性能和強(qiáng)勁的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)，用于一般強(qiáng)度等級(jí)不高的混凝土或大體積混凝土可有較好的效益。這也說明原材料試驗(yàn)結(jié)果與混凝土試驗(yàn)結(jié)果并非成線性關(guān)系，即原材料性能試驗(yàn)不能代替混凝土性能試驗(yàn)。（4）表4中抗壓強(qiáng)度比設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的試配強(qiáng)度偏高（高出約1-2個(gè)強(qiáng)度等級(jí)），主要原因是新磨摻合料放置時(shí)間為20天，活性較高，以及有關(guān)試驗(yàn)環(huán)境的影響等。
2.1.2 關(guān)于復(fù)合摻合料與II級(jí)粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)
本試驗(yàn)采用的摻合料全部為工業(yè)化生產(chǎn)，且摻合料放置時(shí)間較長(zhǎng)，約三個(gè)月，混凝土抗壓強(qiáng)度以及有關(guān)情況見表5.根據(jù)表5試驗(yàn)結(jié)果可以得出：（1）無論是FS50,還是FP65,復(fù)合摻合料混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同摻量的II級(jí)粉煤灰，除C40僅高出一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)外，其它均高出約兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)以上；3d強(qiáng)度也優(yōu)于Ⅲ級(jí)粉煤灰混凝土；（2）基本配合比相同，35%復(fù)合摻合料混凝土與25%摻量II級(jí)灰混凝土相比，抗壓強(qiáng)度相當(dāng)；（3）表5中復(fù)合摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度低于表4同配合比的數(shù)值，反映出復(fù)合摻合料不宜長(zhǎng)時(shí)間存放，當(dāng)然這不僅是復(fù)合摻合料的情況，同樣也適用其它各種人工粉磨的摻合料。本試驗(yàn)復(fù)合摻合料放置時(shí)間約三個(gè)月，建議實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用宜控制在50天以內(nèi)。
2.1.3 關(guān)于大摻量復(fù)合摻合料與25%摻量Ⅱ級(jí)灰混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)
本試驗(yàn)?zāi)z凝材料總量與其它材料的配合比與表3基本一致，所不同的是在膠凝材料總量中，復(fù)合摻合料摻量為45%,這也是在前述配合比工作基礎(chǔ)上，經(jīng)確認(rèn)對(duì)本復(fù)合摻合料較為適宜的大摻量；Ⅱ級(jí)灰混凝土情況類同，不同的是在膠凝材料總量中的粉煤灰摻量為25%,是當(dāng)前普遍認(rèn)同的常用混凝土的最佳摻量范圍?；炷量箟簭?qiáng)度試驗(yàn)的配合比、抗壓強(qiáng)度以及有關(guān)情況見表6.
表6試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）對(duì)于FS50,在C50以上強(qiáng)度范圍內(nèi)，大摻量復(fù)合摻合料混凝土28d強(qiáng)度不低于25%摻量II級(jí)灰混凝土；（2）對(duì)于FP65,在C30和C40強(qiáng)度范圍內(nèi)，大摻量復(fù)合摻合料混凝土28d強(qiáng)度不高于25%摻量II級(jí)灰混凝土：C30情況相當(dāng)，C40情況略低（10%左右）；（3）大摻量復(fù)合摻合料混凝土3d和7d強(qiáng)度低于25%摻量Ⅱ級(jí)灰混凝土，說明大摻量復(fù)合摻合料混凝土早期強(qiáng)度偏低。
2.2 混凝土耐久性能
2.2.1 混凝土氯離子滲透試驗(yàn)
氯離子滲透性可反映混凝土的密實(shí)性，也可對(duì)文獻(xiàn)[1]中關(guān)于復(fù)合摻合料化學(xué)成分、細(xì)度、活性、微觀結(jié)構(gòu)和需水量比等基本性能分析正確與否進(jìn)行判定，更重要的是可直接檢驗(yàn)復(fù)合摻合料對(duì)混凝土性能發(fā)揮的作用。
采用氯離子滲透方法檢驗(yàn)摻加摻合料的混凝土密實(shí)性，受到摻合料自身電阻及其對(duì)混凝土電阻的影響，所以對(duì)密實(shí)性的判斷會(huì)產(chǎn)生干擾。盡管如此，對(duì)于同摻量復(fù)合摻合料和Ⅱ級(jí)粉煤灰比較是可比的，前者電阻的影響應(yīng)不大于后者；另外，摻量增加會(huì)導(dǎo)致電阻增大，但在一定范圍內(nèi)，
結(jié)果還是可以參考的。
表7給出了氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果，從中發(fā)現(xiàn)：（1）對(duì)于FS50復(fù)合摻合料混凝土，在本試驗(yàn)的范圍內(nèi)，混凝土強(qiáng)度在60MPa以上，氯離子滲透值可達(dá)1000庫侖以下，具有高抗氯離子滲透性；混凝土在50MPa以上，氯離子滲透值可達(dá)1500庫侖以下，具有較高的抗氯離子滲透性。（2）復(fù)合摻合料混凝土的抗氯離子滲透性能明顯高于同摻量Ⅱ級(jí)灰混凝土。（3）對(duì)于同一摻量，抗壓強(qiáng)度較高的復(fù)合摻合料混凝土比強(qiáng)度較低的混凝土抗氯離子滲透性能高；Ⅱ級(jí)粉煤灰混凝土也有同樣表現(xiàn)。（4）分析復(fù)合摻合料提高混凝土抗氯離子性能的原因有：①由于復(fù)合粉磨的原因，優(yōu)化了顆粒級(jí)配，使混凝土中的顆粒結(jié)合更加密實(shí)，提高了其抗氯離子性能；②水化產(chǎn)物可能更加致密。
2.2.2 混凝土碳化性能試驗(yàn)
復(fù)合摻合料對(duì)混凝土抗碳化性能的影響是復(fù)雜的，一方面由于代替水泥使混凝土中堿性削弱，而另一方面，如前面對(duì)抗氯離子滲透性能的分析驗(yàn)證，使混凝土密實(shí)性提高，那么，綜合作用如何，能否滿足使用要求，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示?？梢缘贸觯海?）復(fù)合摻合料混凝土碳化深度都明顯小于20mm,符合耐久性要求；（2）對(duì)于同強(qiáng)度等級(jí)的基本配合比，35%復(fù)合摻合料混凝土碳化小于25%摻量的II級(jí)粉煤灰混凝土；（3）隨著復(fù)合摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度的提高，抗碳化性能明顯提高。
2.2.3 混凝土抗裂性能
研究抗裂性能時(shí)將某建工集團(tuán)攪拌站原配合比與復(fù)合摻合料混凝土進(jìn)行對(duì)比對(duì)比，試驗(yàn)情況見表9和圖1.結(jié)合表9和圖1可以看出：（1）與某建工集團(tuán)攪拌站原配合比混凝土比較，復(fù)合摻合料混凝土抗裂性能明顯提高，總體抗裂水平也高于Ⅱ級(jí)粉煤灰混凝土。（2）對(duì)于FS50復(fù)合摻合料，在較高強(qiáng)度范圍內(nèi)，隨著強(qiáng)度的提高，裂縫傾向增大，但不大于Ⅱ級(jí)粉煤灰混凝土。（3）復(fù)合摻合料混凝土抗裂性能較好的原因?yàn)椋孩購?fù)合摻合料需水量低，使水灰比較低，且拌合物性能良好；②由于水灰比低，以及復(fù)合摻合料活性、細(xì)度等基本性能優(yōu)越，使混凝土膠凝材料總量較低；③復(fù)合摻合料級(jí)配以及微觀結(jié)構(gòu)較合理等。
圖1 不同配合比的單位開裂面積比較
3 結(jié)論
?。?）采用Ⅲ級(jí)粉煤灰與礦渣或與磷渣混合共磨所得礦物摻合料能夠用于配制混凝土，所得混凝土抗壓強(qiáng)度明顯高于分磨混摻的復(fù)合摻合料混凝土，而且FP系列摻合料混凝土工作性能良好、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著；復(fù)合摻合料混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同摻量的Ⅱ級(jí)粉煤灰，3d強(qiáng)度也優(yōu)于II級(jí)粉煤灰混凝土；大摻量（摻量45%）復(fù)合摻合料混凝土早期強(qiáng)度偏低，28d強(qiáng)度與25%摻量Ⅱ級(jí)灰混凝土相差不多。
?。?）復(fù)合摻合料混凝土耐久性能良好，抗氯離子滲透性能明顯高于同摻量Ⅱ級(jí)灰混凝土，具有較高的抗氯離子滲透性能；對(duì)于同強(qiáng)度等級(jí)的基本配合比，35%復(fù)合摻合料混凝土碳化深度小于25%摻量的Ⅱ級(jí)粉煤灰混凝土；復(fù)合摻合料混凝土碳化深度都明顯小于20mm,符合耐久性要求；混凝土抗裂性能較好，總體抗裂水平也優(yōu)于同摻量Ⅱ級(jí)粉煤灰混凝土。
因此，低品質(zhì)復(fù)合摻合料可以應(yīng)用于混凝土工程，而且能夠取得較好的效果。
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