水泥石灰石粉膠凝體系相關(guān)性能研究

梁麗敏 李章建 王模弼 李世華 田 帥

(云南建工集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650501)

水泥石灰石粉膠凝體系相關(guān)性能研究

梁麗敏 李章建 王模弼 李世華 田 帥

(云南建工集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650501)

采用石灰石粉等質(zhì)量替代水泥的方法，通過(guò)試驗(yàn)研究，探討了石灰石粉對(duì)水泥石灰石粉膠凝體系相關(guān)性能的影響，得到了一些有價(jià)值的結(jié)論，對(duì)石灰石粉與水泥膠凝體系性能的進(jìn)一步研究有重要意義。

石粉，膠砂強(qiáng)度，凝結(jié)時(shí)間，適應(yīng)性

0 引言

碎石場(chǎng)在生產(chǎn)混凝土用粗、細(xì)集料時(shí)，不可避免會(huì)產(chǎn)生大量的石灰石粉，如果將其丟棄，不僅浪費(fèi)資源，而且會(huì)增加大氣污染、土壤污染。事實(shí)上，在預(yù)拌混凝土行業(yè)中，除了常用的礦粉、粉煤灰等礦物摻合料外，許多國(guó)家早就把石灰石粉作為摻合料使用[1-5]，并且國(guó)內(nèi)一些專(zhuān)家學(xué)者對(duì)石灰石粉與水泥膠凝體系進(jìn)行了一系列的研究。

肖佳通過(guò)分析研究水泥—石灰石粉漿體的水化特性及孔結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)石灰石粉可促進(jìn)水泥的早期水化，水泥漿體孔結(jié)構(gòu)主要為無(wú)害孔，但隨著水化齡期的增加，阻礙了其后期水化，水化后期水泥漿體孔結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯俸缀陀泻祝串a(chǎn)生了孔粗化效應(yīng)[6]；郭育霞研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石粉對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性能的影響，結(jié)果表明：混凝土中外摻15%～20%的石粉時(shí)，混凝土的力學(xué)性能及耐久性能最佳[7]；饒美娟利用TONI差分量熱儀研究了石粉對(duì)水泥水化機(jī)理和過(guò)程的影響，證明石灰石粉對(duì)水泥早期水化有促進(jìn)作用[8]；劉數(shù)華通過(guò)內(nèi)摻石灰石粉的方法研究了石灰石粉對(duì)水泥砂漿孔結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：砂漿的孔結(jié)構(gòu)具有分形特征，摻加石灰石粉后，砂漿孔隙分形維數(shù)增大，孔隙結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，細(xì)孔更多[9]。

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)者對(duì)石灰石粉作為摻合料使用的研究主要集中在石灰石粉對(duì)水泥基材料水化機(jī)理、水化過(guò)程及對(duì)水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的影響上，而在石粉對(duì)水泥基材料流變性、與減水劑適應(yīng)性、凝結(jié)時(shí)間等方面影響的基礎(chǔ)研究很少，本文通過(guò)內(nèi)摻石灰石粉的方法，對(duì)這方面性能進(jìn)行了全面的研究。

1 原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：云南開(kāi)遠(yuǎn)水泥有限公司P.O42.5級(jí)，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥性能指標(biāo)

石粉：5 mm～16 mm碎石粉磨40 min并過(guò)80 μm篩得到的石粉，石粉表面性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，采用比表面積及孔隙度測(cè)定儀(NOVA-2200E)進(jìn)行測(cè)定，石粉的化學(xué)成分采用WISDOM-8000型X射線熒光分析儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 石粉表面性能測(cè)試結(jié)果

表3 石粉化學(xué)成分 %

減水劑：上海三瑞高分子材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑(PC)，固含量為15.8%，飽和摻量減水率為25.1%。

1.2 試驗(yàn)方法

1)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)。用石粉取代10%，15%，20%，25%，30%的水泥質(zhì)量，采用GB/T 17671水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法。

2)石粉對(duì)水泥石粉膠凝體系標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間的影響。用石粉取代10%，15%，20%，25%，30%的水泥質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)按照GB/T 1346水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法進(jìn)行。

3)聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應(yīng)性。用石粉取代10%，15%，20%，25%，30%的水泥質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)按照J(rèn)C/T 1083水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 石粉對(duì)水泥石粉膠砂強(qiáng)度的影響

水泥石粉膠凝體系7 d，28 d抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

隨著水泥石粉膠凝體系中石粉取代水泥比例的增加，水泥石粉7 d，28 d膠砂抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均呈不同程度下降，當(dāng)石粉取代水泥的比例增加到30%時(shí)，水泥石粉膠砂抗壓強(qiáng)度僅為對(duì)照樣的57%左右，水泥石粉7 d，28 d膠砂抗折強(qiáng)度為對(duì)照樣的74%左右，石粉對(duì)水泥石粉膠凝體系膠砂抗壓強(qiáng)度的影響程度要遠(yuǎn)大于抗折強(qiáng)度。

由于隨著石粉取代水泥比例的增加，水泥用量就逐漸減少，造成水化產(chǎn)物不斷減少，因此水泥石粉膠凝體系膠砂抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度逐漸下降。

一般認(rèn)為，抗折強(qiáng)度的主要影響因素是水泥水化產(chǎn)物與集料界面的粘結(jié)強(qiáng)度，隨著石粉取代水泥比例的增加，勢(shì)必會(huì)降低石粉膠凝體系抗折強(qiáng)度，但是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，抗折強(qiáng)度下降比例遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度下降幅度，這是因?yàn)殡S著石粉取代水泥量的增加，超細(xì)石粉的吸水效應(yīng)使得水泥石粉膠凝體系保水性增強(qiáng)，在一定程度上改善了水泥水化產(chǎn)物與集料界面性能，從而使得水泥石粉膠凝體系抗折強(qiáng)度下降幅度要小于抗壓強(qiáng)度下降幅度。

2.2 石粉對(duì)水泥石粉膠凝體系標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間的影響

不同石粉摻量對(duì)水泥石粉漿體體系標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

如表4所示，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度純水泥用水量最高，隨著石粉替代量的增加，水泥石粉漿體體系標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸減少；另外，隨著石粉摻量的增加，水泥石粉體系初凝時(shí)間和終凝時(shí)間都大幅縮短，30%石粉摻量的水泥石粉體系初凝時(shí)間較純水泥縮短了72 min，縮短幅度達(dá)到36.2%，終凝時(shí)間縮短了96 min，縮短幅度達(dá)到34.4%。

隨著石粉替代量的增加，水泥石粉漿體體系標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸減少，主要是由于石灰石粉的粒徑較小，加入到水泥后改善了粉體的顆粒級(jí)配，表面致密的石灰石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，起到分散劑的作用，使得包裹在水泥水化產(chǎn)物中的水釋放出來(lái)，因此石灰石粉的摻加減少了填充水的數(shù)量，但引起表層吸附水的增加不足以彌補(bǔ)填充水減少的數(shù)量，在兩方面綜合作用下，減少了標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量。

水泥石粉體系凝結(jié)時(shí)間縮短，主要是因?yàn)殡S著石灰石粉摻量的增加，拌合物用水量的減小，使得漿體的水膠比減小，水膠比越小，凝結(jié)硬化速度越快，另外細(xì)小的石灰石粉顆粒在水泥水化過(guò)程中起到了晶核的作用，加速了C3S的水化反應(yīng)速度，從而使得水泥石粉漿體體系初凝、終凝時(shí)間縮短。

2.3 聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應(yīng)性

聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應(yīng)性

如表5所示，純水泥初始流動(dòng)度最小，120 min之后只有199 mm，經(jīng)時(shí)損失率達(dá)到最大為22.3%，隨著石粉摻量的增加，水泥石粉漿體體系的流動(dòng)性與石粉摻量沒(méi)有顯著的相關(guān)性，但可以看出的是，石粉按一定的比例替代水泥后，對(duì)水泥石粉漿體的流動(dòng)性是有一定的改善，并且石粉的加入可以降低水泥經(jīng)時(shí)損失率。

水泥熟料中C3A，C4AF對(duì)聚羧酸減水劑有很強(qiáng)的吸附作用，使得加入的有效聚羧酸的量降低，因此降低了其對(duì)水泥顆粒的分散作用，石灰石粉的主要化學(xué)成分為CaCO3，通過(guò)內(nèi)摻石灰石粉取代部分水泥，可以減少水泥中C3A，C4AF等礦物的含量，也就降低了水泥熟料對(duì)聚羧酸減水劑的吸附。石灰石粉比表面積大，部分水吸附在其顆粒表面，增加了游離水和游離減水劑的數(shù)量，使水泥漿體的流動(dòng)度增大，減少了流動(dòng)度損失，石灰石粉的填充作用可以置換出更多的水分來(lái)潤(rùn)滑漿體，增大了漿體的流動(dòng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

1)隨著石粉取代水泥比例的增加，水泥石粉膠凝體系膠砂抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均有不同程度下降。

2)石粉對(duì)水泥石粉膠凝體系抗壓強(qiáng)度的影響程度要大于抗折強(qiáng)度。

3)隨著石粉替代水泥的比例增加，水泥石粉膠凝體系達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度，用水量逐漸下降，同時(shí)水泥石粉膠凝體系初凝及終凝時(shí)間均縮短。

4)石粉對(duì)水泥石粉膠凝體系漿體流動(dòng)性有一定改善，同時(shí)石粉的加入降低了水泥石粉膠凝體系經(jīng)時(shí)損失率。

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Review on performance of cement-ground limestone gelation system

Liang Limin Li Zhangjian Wang Mobi Li Shihua Tian Shuai

(YunnanConstructionEngineeringGroupCo.,Ltd,Kunming650501,China)

The paper adopts the cement-ground limestone to replace the cement, explores the influence of the limestone on related performance of the gelatinization system of cement-ground limestone, achieves some conclusions, so it is important for the further research on the limestone and cement gelatinization system.

limestone, colloidal mortar strength, setting time, adaptability

2015-06-27

梁麗敏(1977- )，女，博士，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)25-0133-02

TU502

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