礦粉與粉煤灰雙摻技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用

魏育云

在保證混凝土質(zhì)量和耐久性的前提下,降低混凝土成本一直是我們極力追求的目標(biāo)。我國(guó)在最近幾年才逐步重視礦粉作為活性摻合料的應(yīng)用技術(shù),礦粉作為一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品一出現(xiàn)在建筑市場(chǎng),就廣泛應(yīng)用于混凝土中。粉煤灰和礦粉“雙摻”應(yīng)用技術(shù),由于這項(xiàng)技術(shù)的巨大潛力,可觀的經(jīng)濟(jì)效益,以及對(duì)混凝土性能和耐久性的顯著提高,使得其以驚人的速度迅速推廣。復(fù)摻粉煤灰和礦粉的混凝土不僅能夠降低混凝土的生產(chǎn)成本,降低環(huán)境污染程度,更重要的是它能夠改善混凝土的和易性和可泵性,降低坍落度損失,減少混凝土的早期開(kāi)裂現(xiàn)象,提高混凝土的耐久性。

1 現(xiàn)狀分析

近年來(lái),我公司所有在建或已交工工程的混凝土配合比設(shè)計(jì)中,礦物摻合料只有粉煤灰,粉煤灰取代了部分水泥,為降低混凝土的生產(chǎn)成本做出了貢獻(xiàn)。由于粉煤灰的應(yīng)用技術(shù)已非常成熟,其早期強(qiáng)度發(fā)展慢,在摻量上又有嚴(yán)格的控制,很難再有潛力可挖。機(jī)械方面,由于我公司現(xiàn)有混凝土罐泵車磨損較嚴(yán)重,在施工過(guò)程中,為了滿足泵車,防止出現(xiàn)堵管現(xiàn)象,經(jīng)常被動(dòng)地調(diào)整配合比,影響了混凝土強(qiáng)度。土建專業(yè)的施工人員都有這樣的體會(huì),商品混凝土比我們的混凝土和易性好,易泵送。據(jù)調(diào)查,大同市現(xiàn)有商品混凝土攪拌站十幾家,在商品混凝土配合比設(shè)計(jì)中,全部采用粉煤灰和礦粉“雙摻”技術(shù),因此,其和易性較好,并且獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 礦粉與粉煤灰的化學(xué)成分

礦粉是以高爐礦渣為主要原料,經(jīng)過(guò)干燥、粉磨處理而制成的超細(xì)粉末材料,礦粉的質(zhì)量穩(wěn)定,因?yàn)閺臒掕F高爐排出的廢渣由于對(duì)所制成生鐵的成分有嚴(yán)格的要求,進(jìn)而對(duì)煉鐵過(guò)程中的所有物料投放配比有嚴(yán)格的控制,因此其副產(chǎn)品——礦渣的化學(xué)組成得以穩(wěn)定控制。粉煤灰來(lái)源于電廠排放的煙氣經(jīng)收塵處理后收集得到的飛塵。一般粉煤灰含有很高的SiO2,Al2O3,但CaO含量卻非常低(1%～5%)。礦粉則具有與普通硅酸鹽水泥非常相近的化學(xué)成分,如CaO:30%～42%,SiO2:35%～38%,Al2O3:10%～18%,MgO:5%～14%等。在普通水泥中單獨(dú)摻入粉煤灰工作性能較好,但對(duì)早期強(qiáng)度有負(fù)面影響,單獨(dú)摻入礦粉對(duì)早期強(qiáng)度的影響較小,但工作性能不好。雙摻后可產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng),起到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用。

3 復(fù)摻礦粉和粉煤灰混凝土的優(yōu)良性能

礦粉和粉煤灰可等量或超量取代水泥,大大節(jié)約水泥用量,降低水化熱,減少溫度應(yīng)力而造成的混凝土裂縫。由于礦粉需水量低,可降低混凝土水膠比,摻入礦粉和粉煤灰,可以增加混凝土的流動(dòng)性,易泵送,改善混凝土和易性,提高新拌混凝土內(nèi)聚性,改善水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu),增大混凝土的密實(shí)性,從而提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。適合于高強(qiáng)、高流動(dòng)性、大體積等混凝土的使用。

3.1 減少坍落度損失

坍落度損失是施工現(xiàn)場(chǎng)比較頭疼的問(wèn)題,如果坍落度損失過(guò)大,混凝土就會(huì)失去流動(dòng)性和工作性,造成施工困難,而且施工現(xiàn)場(chǎng)為了恢復(fù)混凝土的流動(dòng)性和工作性而不可避免的加水和外加劑,從而影響混凝土的質(zhì)量。在混凝土中摻入礦粉和粉煤灰,因其化學(xué)活性沒(méi)有純水泥那么高,所以在攪拌后的最初兩小時(shí)混凝土的流變性易于控制,尤其能減小混凝土的坍落度損失,對(duì)施工非常有利。

3.2 大大提高混凝土的耐久性

眾所周知,混凝土中石子的空隙由砂子來(lái)填充,砂子的空隙由水泥和粉煤灰來(lái)填充,由于磨細(xì)礦粉比水泥和粉煤灰還細(xì),所以它又填充了水泥和粉煤灰的空隙,而且礦粉中的活性SiO2,Al2O3與水泥中C2S,C3S水化產(chǎn)生的Ca(OH)2反應(yīng),增加了密實(shí)度。大小粒子堆積、填充,降低了空隙尺寸,產(chǎn)生的微細(xì)結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)比普通水泥石細(xì)得多,這樣就大大減少了離子擴(kuò)散率,獲得優(yōu)良的抗腐蝕性和耐久性。

3.3 對(duì)混凝土的顯著增強(qiáng)作用

摻礦粉和粉煤灰的混凝土早期強(qiáng)度(3 d,7 d)比空白混凝土的早期強(qiáng)度略低,由于礦粉的超細(xì)化,填充了水泥和粉煤灰粒子的空隙,使混凝土更加密實(shí),再加上礦粉中的SiO2,Al2O3與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生二次水化,產(chǎn)生硅酸鹽凝膠,使硅酸鹽凝膠數(shù)量比普通水泥混凝土多許多,所以復(fù)摻礦粉和粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度比普通混凝土后期強(qiáng)度高130%以上。

4 復(fù)摻礦粉和粉煤灰混凝土在施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

1)夏季施工對(duì)雙摻礦粉和粉煤灰混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)有利,但應(yīng)注意混凝土表面保濕,確保其有充分的水化硬化環(huán)境。2)冬季施工由于氣溫較低,混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢,應(yīng)適當(dāng)降低礦粉和粉煤灰的摻量,同時(shí)遵照國(guó)家有關(guān)冬季施工規(guī)范,采取必要的保溫措施,確?；炷翉?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。3)早期養(yǎng)護(hù)混凝土應(yīng)在終凝前進(jìn)行(灑水、覆蓋塑料薄膜等),養(yǎng)護(hù)時(shí)間比普通混凝土適當(dāng)延長(zhǎng)。4)復(fù)摻礦粉和粉煤灰混凝土在攪拌過(guò)程中,要延長(zhǎng)混凝土的攪拌時(shí)間。5)復(fù)摻礦粉和粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題:a.由于礦粉細(xì)度遠(yuǎn)高于普通水泥,與普通混凝土相比,摻礦粉混凝土需水量約增加5%;b.配合比設(shè)計(jì)中,應(yīng)選用與礦粉適應(yīng)性好的外加劑,通過(guò)試驗(yàn)確定外加劑的摻量,使混凝土同時(shí)滿足工作性能和強(qiáng)度的要求,不能隨意增加拌合用水;c.與普通混凝土一樣,摻礦粉混凝土配合比需經(jīng)過(guò)初步配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)室試配、現(xiàn)場(chǎng)試拌三個(gè)階段由相關(guān)技術(shù)人員完成。

5 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

礦粉和粉煤灰是混凝土的一個(gè)非常有效的高性能礦物摻合料,摻入礦粉和粉煤灰,可以大幅度降低混凝土成本,同時(shí)大幅度提高混凝土強(qiáng)度、施工性能、大大提高混凝土的耐久性、降低混凝土水化熱。所以,在混凝土中摻入礦粉和粉煤灰利大于弊,可以配制成低成本高性能的混凝土。

[1] 楊榮俊.第二屆高性能混凝土學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].濰坊中國(guó)硅酸鹽協(xié)會(huì),1999:70-76.

[2] 吳中偉.混凝土與水泥制品[Z].1998.

[3] 楊 毅,譚鑒烈.淺談粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(9):178-179.