礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度及工作性

賀行洋 熊健民 曾三海 蘇 英 孫 維(湖北工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院,湖北 武漢430068)

工業(yè)廢渣畢竟是工業(yè)副產(chǎn)品，要把其應(yīng)用于水泥混凝土，一般需對(duì)其進(jìn)行加工處理[1-2]。在前期研究中，運(yùn)用攪拌磨對(duì)工業(yè)廢渣進(jìn)行濕磨處理，制備了含有一定水分的漿體狀混凝土礦物摻合料（簡稱“漿狀摻合料”），通過一定的控制措施，濕磨能制得分散性及流變性良好的漿狀摻合料，該處理方法具有低成本、低能耗的特點(diǎn)[3]。而水泥混凝土作為大量應(yīng)用的工程材料，其最重要的工程性質(zhì)是它的力學(xué)性質(zhì)；在混凝土施工中，混凝土又必須保證足夠的流動(dòng)性以便澆搗成型，因而工作性也對(duì)混凝土材料具有重要影響。基于此，本文將主要對(duì)礦渣漿狀摻合料新拌混凝土工作性能，及其硬化后的強(qiáng)度性能進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

用于制備漿狀摻合料的礦渣為首鋼礦渣原渣，水泥為華新水泥廠旋窯熟料與石膏配制的純硅酸鹽水泥，礦渣及水泥的化學(xué)組成及物理性能如表1所示。

混凝土粗、細(xì)骨料分別采用最大粒徑為15mm的碎石及細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂。

混凝土外加劑為密云外加劑廠的FDN粉劑，最佳摻量范圍為膠結(jié)材的0.5%~1.0%。

1.2 漿狀摻合料制備

漿狀摻合料的制備采用自制攪拌磨，攪拌器轉(zhuǎn)速為310 r/min，研磨筒有效容積為6L，電機(jī)功率為3.8Kw，研磨介質(zhì)采用Ф8mm鋼球。桶壁為聚氨酯內(nèi)襯，附帶水冷套冷卻裝置。通過研磨時(shí)間的控制，分別制備了比表面積為450m2/kg、600m2/kg、750m2/kg三個(gè)細(xì)度等級(jí)礦渣漿狀摻合料。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

鑒于目前混凝土的施工水平、工程應(yīng)用以及發(fā)展趨勢，礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度及工作性的研究主要考察C40-C60等級(jí)混凝土。實(shí)驗(yàn)采用統(tǒng)一配比，混凝土水膠比為0.4，對(duì)比組水泥單方用量為450kg，砂率為0.4。礦渣以19%、36%、52%重量摻量摻入，為了便于比較礦渣對(duì)混凝土性能的影響，實(shí)驗(yàn)保證單方膠結(jié)材總體積不變。表2為設(shè)計(jì)的礦渣不同摻量的混凝土配合比。

表1 粉煤灰、礦渣及水泥的化學(xué)成分與物理性能

表2 不同摻量礦渣的混凝土配合比

表3 不同細(xì)度礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度及工作性

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同細(xì)度礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度及工作性

表3為不同細(xì)度礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度及工作性，圖1顯示了礦渣細(xì)度對(duì)其混凝土強(qiáng)度的影響。

由圖1及表3可看出，礦渣漿狀摻合料細(xì)度的增加對(duì)提高其大摻量混凝土強(qiáng)度更為有效。在90d齡期，摻19%礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度隨礦渣細(xì)度增加而下降；另外，對(duì)本研究中最細(xì)的比表面積為750m2/kg礦渣漿狀摻合料，其混凝土90d強(qiáng)度在本文摻量范圍內(nèi)隨摻量增加而增加。這可能是由于在90d齡期，混凝土中礦渣漿狀摻合料已發(fā)生了較高程度的二次水化反應(yīng)。當(dāng)?shù)V渣摻量較小時(shí)，水泥石中C-S-H等連續(xù)相型水化產(chǎn)物較多，此時(shí)礦渣顆粒在水泥石內(nèi)粘結(jié)良好，礦渣對(duì)水泥石性能的影響主要體現(xiàn)在其微集料效應(yīng)；而礦渣細(xì)度的增加，使得其二次水化產(chǎn)物量增加，水泥石中礦渣顆粒未水化部分分?jǐn)?shù)體積減少，不利于其微集料效應(yīng)的發(fā)揮，因而出現(xiàn)了礦渣細(xì)度的增加使得其19%摻量時(shí)的混凝土強(qiáng)度隨之下降的現(xiàn)象。而對(duì)較細(xì)的比表面積為750m2/kg礦渣漿狀摻合料混凝土來說，礦渣的二次水化程度更高，盡管礦渣摻量增加使得水泥石內(nèi)水化產(chǎn)物量減少，但仍能使其在水泥石內(nèi)被粘結(jié)良好，此時(shí)礦渣漿狀摻合料的大摻量有利于其微集料效應(yīng)的發(fā)揮，因而，使得礦渣漿狀摻合料大摻量的混凝土強(qiáng)度相對(duì)較大。

圖1 不同細(xì)度礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度

由表3，對(duì)混凝土的工作性分析表明，濕磨處理并放置1d的礦渣漿狀摻合料對(duì)混凝土工作性的改善作用不明顯。比表面積為750m2/kg的礦渣漿狀摻合料在52%摻量時(shí)，甚至須加大其混凝土的外加劑摻量才能達(dá)到與純水泥混凝土相當(dāng)?shù)墓ぷ餍?。礦渣漿狀摻合料對(duì)混凝土工作性改善作用較差，可能與礦渣本身物理化學(xué)特性決定其較易水介質(zhì)及其自身溶出的金屬陽離子（玻璃體網(wǎng)絡(luò)外體）作用有關(guān)[4]，隨著礦渣玻璃體網(wǎng)絡(luò)外體的溶出，在水介質(zhì)及金屬陽離子作用下，礦渣顆粒表面結(jié)構(gòu)變得較粗糙，因而其對(duì)混凝土工作性改善作用較差。

2.2 長時(shí)間放置礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度及工作性

在礦渣漿狀摻合料制備過程中，發(fā)現(xiàn)礦渣漿狀摻合料放置8d時(shí)有較多的微粉粒出現(xiàn)，因而本文研究長時(shí)間放置對(duì)礦渣漿狀摻合料的影響設(shè)定放置時(shí)間為8d。表4、圖2為摻放置8d的礦渣漿狀摻合料混凝土的強(qiáng)度及工作性。

比較表4與表3可看出，礦渣漿狀摻合料8d時(shí)間的放置使其混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)一定的增長，尤其是比表面積較大的漿狀摻合料大摻量混凝土。這說明8d時(shí)間的放置更強(qiáng)化了水介質(zhì)及金屬陽離子對(duì)礦渣漿狀摻合料的作用，增加了其二次水化反應(yīng)能力，可促進(jìn)礦渣大摻量水泥石內(nèi)礦渣粒子周圍水化產(chǎn)物滲流通路的形成及密實(shí)，改善礦渣顆粒在水泥石內(nèi)的粘結(jié)，使其混凝土強(qiáng)度有一定增加。

由表4與表3還可看出，8d時(shí)間的放置使?jié){狀摻合料對(duì)混凝土工作性的改善進(jìn)一步變差，但通過加大膠結(jié)材0.1%~0.2%的外加劑摻量，仍可使其混凝土工作性保持在200±20mm左右，具有較好的可施工性能。

表4 放置8d的礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度及工作性

圖2 放置8d礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度

表5 干磨礦渣混凝土強(qiáng)度及工作性

2.3 干、濕磨處理礦渣混凝土對(duì)比

本文還對(duì)干法粉磨的礦渣混凝土進(jìn)行了研究，表5為干法粉磨處理礦渣的混凝土強(qiáng)度及工作性。比較表5與表3、表4可知，與粉煤灰摻合料不同的是，濕磨處理的礦渣漿狀摻合料放置不同時(shí)間，其混凝土強(qiáng)度均略高于干磨處理同等細(xì)度礦渣混凝土強(qiáng)度，這可能與礦渣摻合料相當(dāng)粉煤灰來說，其玻璃體網(wǎng)絡(luò)較疏松，溶出金屬陽離子的量較多，玻璃體網(wǎng)絡(luò)易受到水介質(zhì)及金屬陽離子作用有關(guān)，短時(shí)間放置仍能略為提高礦渣漿狀摻合料的二次水化反應(yīng)能力，因而其混凝土強(qiáng)度略為高于同等細(xì)度干磨礦渣混凝土。

3 結(jié)語

礦渣細(xì)度的增加對(duì)提高漿狀摻合料大摻量混凝土強(qiáng)度更為有效；濕磨處理的礦渣漿狀摻合料放置不同時(shí)間，其混凝土強(qiáng)度均略高于干磨處理同等細(xì)度礦渣混凝土強(qiáng)度，短時(shí)間放置仍能略為提高礦渣漿狀摻合料混凝土強(qiáng)度。礦渣漿狀摻合料混凝土工作性研究顯示，濕磨處理并放置1d的礦渣漿狀摻合料對(duì)混凝土工作性的改善作用不明顯；8d的放置使?jié){狀摻合料對(duì)混凝土工作性的改善進(jìn)一步變差，但通過加大膠結(jié)材0.1~0.2%的外加劑摻量，仍可保證混凝土具有較好的工作性。

[1]SHI CAIJUN,QIAN JUESHI. High performance cementing materials from industrial slags [J].Resources Conservation and Recycling,2000,29(3):195-207.

[2]陳益民,賀行洋,等.礦物摻合料研究進(jìn)展及存在問題[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2006, 20 (8):28-31

[3]陳益民,賀行洋,張文生 等.混凝土的漿狀磨細(xì)礦物摻合料及其制造方法：中國,ZL03137658.4 [P].2005-10.

[4]賀行洋, 陳益民, 蘇英. 混凝土漿狀摻合料物理化學(xué)性能的研究[J].中國建材科技,2006(2): 4-7.