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                礦粉對C40 混凝土性能的影響研究

                2021-05-27

                我國經濟由高速度發展轉為高質量發展,工程建設也要與經濟建設發展同步,實施可持續環保發展,對工業廢渣的再利用是建筑行業永恒的課題,礦粉是?;郀t礦粉的簡稱,是優質的混凝土摻合料和水泥混合材,本文開展了不同礦粉摻量的混凝土試驗研究,尋找不同摻量礦粉對混凝土性能影響規律,深入了解礦粉的作用,為礦粉在混凝土中的應用提供參考。


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                1 實驗過程



                1.1 原材料選取



                (1)選取S95礦粉,主要性能指標見表1。



                (2)水泥選取P·O42.5水泥,主要性能指標見表2。



                (3)粗集料,5~30 mm連續級配的碎石,表觀密度2764kg/m3,堆積密度1526kg/m3,含泥量為0.4%。



                (4)細集料,河沙,細度模數2.8,表觀密度20681kg/m3,堆積密度1500 kg/m3,含泥量為1.8%。



                (5)減水劑,鑫統領復配型外加劑,固含量10%,減水率20%。



                1.2 混凝土配合比設計



                本實驗設計的混凝土標號為C40,根據JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》設計并調整后確定水膠比為0.49,單位用水量166 kg/m3,砂率42%。以混凝土配合比為基準,確保水灰比不變,用礦粉代替部分水泥改變膠凝材料配比進行混凝土試配調整,確定四個不同的配比方案與一個基準混凝土配比,見表3。



                2 試驗及結果分析



                2.1 坍落度試驗



                坍落度實驗按照標準GB/T50080《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行,坍落度筒的提離過程應在5~10s內完成,整個操作過程應保證在150s內完成,避免操作不當導致測試誤差。坍落度實驗結果見表4,圖1,2。



                可以看出,隨著礦粉的摻入,混凝土坍落度逐漸上升,分析由于礦粉的顆粒表面較為光滑,圓球度高,物理性能相對較穩定,使得它能一定程度上減少新拌混凝土物料之間的摩擦,改善混凝土的和易性。但是由于礦粉一般情況下比表面積相對較大,摻入量過高,可能會造成混凝土離散性增大,反而降低混凝土的和易性,因此摻入礦粉時,應注意其比表面積,盡量與水泥顆粒形成良好的顆粒級配,摻入比例不要過大。



                2.2 強度影響試驗



                抗壓強度按照標準GB/T 50081《普通混凝土力學性能試驗方法》,在混凝土試件達到養護齡期7d、28d和60d時進行抗壓強度測試,測試結果見表5,圖3。



                從表5和圖3可知,隨著礦粉摻入量的提升,混凝土的早期強度(7d)下降,但是后期28 d和60 d強度均呈先上升后下降的趨勢,主要是由于礦粉在水化初期并不參與反應,而在水化反應的后期,其與水化生成的Ca(OH)2發生二次水化反應,生成硅酸鈣凝膠,其后期強度甚至超過未加入礦粉的基準樣品。但是在礦粉摻入過多時(>20%)水化生成的Ca(OH)2被反應消耗,使得多余的礦粉并不能參與反應,導致強度呈下降的趨勢。



                2.3 抗碳化性能試驗



                本實驗采用快速碳化法,依據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行試驗,養護完成后,將試件轉移至烘箱內,控制溫度在60℃,烘干48h后進行碳化試驗,試驗過程中,控制CO2濃度在(20±3)%,溫度控制在(20±2)℃,濕度控制在(70±5)%,試驗后,涂抹1%酚酞酒精試劑,待充分反應后,測試其碳化深度,試件一組3個,測試結果取平均值,測試結果見表6,圖4。



                由表6,圖4可見,隨著礦粉摻入量的提升,試件的碳化深度逐漸增加,表示其抗碳化能力逐漸降低,主要是由于隨著礦粉的加入,其混凝土系統中氫氧化鈣的含量逐漸降低,而CO2同時參與反應,使得混凝土整體偏向中性,混凝土碳化深度逐步增大。



                2.4 抗凍化性能試驗



                按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行抗凍性能試驗,試件尺寸100 mm×100 mm×400 mm,每次凍融循環25次后測定試件質量損失和動彈性模量。測試結果見表7,圖5,6。



                可見,隨著礦粉摻入量的增大,試件在經過凍融循環后剩余質量和相對動彈性模量逐漸減少,凍融200 次后,其質量損失從空白的0.68% 升至了40%摻入量下的1.56%,質量損失增長了129%。



                2.5 水化熱性能



                本實驗參照DL/T 5150《水工混凝土試驗規程》和JTG/T F50—《公路橋涵施工技術規范》分別測試絕熱溫升值,將拌合料裝入容器中,按照混凝土試件的成型與氧化方法進行養護,在容器中埋入一根測溫管,密封容器后將容器送入絕熱室內,開始測溫,每0.5h記錄一次試樣中心溫度,24 h后每1h記錄一次,7d后6h記錄一次,至28d為止,結果見圖7。



                由圖7可見,隨著礦粉摻入量的提升,混凝土的絕熱溫升呈不斷下降的趨勢,同時,升溫速率也有一定程度降低。分析主要是由于礦粉取代部分的水泥后,降低了C3A和C3S的含量,在水化反應中,特別是初期,極大的降低了水化反應的速度和程度,雖然在后期,礦粉中的活性SiO2和Al2O3會與氫氧化鈣發生二次水化反應,但是綜合整體考慮,礦粉的摻入,仍然能降低混凝土水化過程中的放熱量。



                3 結論



                (1)隨著礦粉的摻入,混凝土的坍落度和擴展度得到有效的改善,但是由于礦粉一般情況下比表面積相對較大,摻入量過高,可能會造成混凝土離散性增大,反而降低混凝土的和易性,因此摻入礦粉時,應注意其比表面積,盡量與水泥顆粒形成良好的顆粒級配,同時摻入比例不要過大。



                (2)一定量礦粉的摻入,對混凝土的抗壓強度有一定程度的改善作用,雖然混凝土的早期強度下降,但是后期強度得到增強,其28d和60d抗壓強度在20% 摻入量時達到大,分別增長了2.3MPa和2.5MPa。



                (3)礦粉的摻入,對混凝土的抗碳化性和抗凍性均有一定程度的破壞,隨著礦粉的摻入,混凝土的抗碳化能力和抗凍性能逐步下降。如需在此條件下改善混凝土的耐久性,可以適當減少混凝土的水膠比。



                (4)礦粉摻入后,對混凝土的水化熱有一定程度的降低效果,摻入40%礦粉的條件下,高溫峰值下降了7.3℃。


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