改性石灰石粉在商砼站中的可持續(xù)應(yīng)用研究

許德興

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,江西 南昌 330001)

1 引言

混凝土材料作為最重要的傳統(tǒng)建筑材料之一,具有原材料易于采取、生產(chǎn)成本低、適用性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單、性能良好等特點(diǎn),這些特點(diǎn)讓混凝土材料在中國(guó)的現(xiàn)階段成為了土木工程最主要的建筑材料[1]。與傳統(tǒng)混凝土的四大組分(水泥、砂、石、水)不同,現(xiàn)代混凝土中礦物摻合料已經(jīng)成為混凝土中的第五或第六組分,成為不可或缺的一部分[2],但是隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的礦物摻合料已經(jīng)日漸無法滿足需求,江西的市面上已經(jīng)出現(xiàn)了大量假的粉煤灰和假的礦粉,因此尋找便于就地取材、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的的礦物摻合料勢(shì)在必行[3]。而石灰石粉是一種容易得到且廉價(jià)的材料,作為摻合料使用替代日益緊缺的粉煤灰和價(jià)格相對(duì)昂貴的礦粉對(duì)于解決原材料緊缺,混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定控制,降低工程造價(jià),減少?gòu)U氣排放,減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)等問題具有重大的現(xiàn)實(shí)意義,是當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展大環(huán)境下的重要研究對(duì)象。

國(guó)內(nèi)外將石灰石粉用做水泥混合材的時(shí)間較長(zhǎng)[4],許多現(xiàn)有成果表明[5,6,7],將一定細(xì)度的石灰石粉加入混凝土中,可以促進(jìn)水泥水化,在一定摻量范圍內(nèi)可以提高早期強(qiáng)度、改善新拌混凝土的流變性。在一定摻量范圍內(nèi),石灰石粉完全可以在混凝土中進(jìn)行應(yīng)用,德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)早在十幾年前就已經(jīng)有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,中國(guó)將石灰石粉應(yīng)用于混凝土也出臺(tái)了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 318-2014《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。但是,在實(shí)際商砼站中推廣石灰石粉的應(yīng)用還是有相當(dāng)大的困難,施工單位對(duì)這個(gè)新鮮事物不認(rèn)可,各個(gè)地區(qū)配置混凝土選用的原材料性能相差很大,石灰石粉混凝土對(duì)材料性能變化的反應(yīng)又非常敏感,所以在石灰石粉的應(yīng)用推廣過程中很難有一個(gè)統(tǒng)一的“規(guī)范”,所以想要推廣石灰石粉的應(yīng)用,需要有專業(yè)的相關(guān)人員進(jìn)行因地制宜的適配調(diào)試。

基于這種情況,本文研究了添加自主研制的改性劑的石灰石粉作為礦物摻合料替代材料對(duì)混凝土拌合物性能和力學(xué)性能的影響,希望通過一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究石灰石粉在江西范圍內(nèi)的適用情況,以期對(duì)石灰石粉在江西商砼站中的應(yīng)用起一些推動(dòng)作用。

2 試驗(yàn)方法

本研究選用的石灰石粉的具體參數(shù)為：碳酸鈣含量：85%,細(xì)度(45μm篩余)：7.6%,比表面積：478m2/kg,7天活性指數(shù)：73%,28天活性指數(shù)：71%,流動(dòng)度比：116%,含水量：0%,亞甲藍(lán)值：0.5。并添加了一定量由我們自主發(fā)研制的改性劑進(jìn)行改性處理。本研究在江西省范圍內(nèi),選擇一些有代表性的商砼站和我們合作,實(shí)驗(yàn)用的其他材料均選擇各地商砼站的實(shí)際用料,實(shí)驗(yàn)用的基準(zhǔn)配比為各地商砼站的實(shí)際生產(chǎn)配比,研究配比為石灰石粉等量替代粉煤灰的配比。

3 混凝土拌合物性能和力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以下表一為各混凝土生產(chǎn)企業(yè)實(shí)驗(yàn)室真實(shí)試拌混凝土數(shù)據(jù),由于考慮各企業(yè)間技術(shù)保密等問題,本文未提供具體企業(yè)名稱,只提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)供參考。

表1 江西省地方商砼站用改性石灰石粉等量替代粉煤灰其混凝土拌合物性能和力學(xué)性能對(duì)比表

基準(zhǔn)混凝土和石灰石粉等量替代粉煤灰混凝土的拌合物的坍落度對(duì)比如圖一,拌合物的擴(kuò)展度對(duì)比如圖二。

由圖一和圖二可以看出,在本研究范圍內(nèi),石灰石粉可以改善混凝土的拌合物性能,使混凝土的泵送性能得到有效的提高。這是因?yàn)楸靖男允沂劬哂袃?yōu)異的減水增塑效果,可明顯改善混凝土工作性能,對(duì)于中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土,達(dá)到同樣坍落度時(shí)單位體積用水量可以明顯減少；對(duì)于C50及以上高強(qiáng)混凝土,改性石灰石粉的加入使高強(qiáng)混凝土的黏度有顯著降低,從而使拌合物性能有所改善；另一方面改性石灰石粉也可以改善外加劑的相容性,其機(jī)理為：水泥熟料中的C3A會(huì)吸附大量外加劑,使游離的外加劑含量減少,降低外加劑對(duì)水泥顆粒的分散作用,而改性石灰石粉的主要化學(xué)成份為CaCO3,其與C3A反應(yīng),生成更穩(wěn)定的單碳型AFm轉(zhuǎn)化,降低了C3A對(duì)減水劑的吸附量,從而可使?jié){體溶液中減水劑的有效組分保持一段時(shí)間。

基準(zhǔn)混凝土和石粉等量替代粉煤灰混凝土的力學(xué)性能的對(duì)比如圖三。

由圖三可以看出,在本研究范圍內(nèi),改性石灰石粉等量替代粉煤灰的混凝土的抗壓強(qiáng)度可以基本和基準(zhǔn)混凝土持平,活略高于基準(zhǔn)混凝土。這是因?yàn)槠湟桓男允沂墼谀z材水化體系中充當(dāng)微晶核,可明顯提高混凝土早期強(qiáng)度(7天強(qiáng)度),后期強(qiáng)度(28天以上)亦有明顯的增長(zhǎng)；其二改性石灰石粉可有效填充水泥顆粒間孔隙,改善粉體級(jí)配,宏觀上表現(xiàn)為明顯降低混凝土單方用水量,提高混凝土密實(shí)度,提高混凝土強(qiáng)度。

4 結(jié)論

通過研究,在江西范圍內(nèi),使用我們自主研發(fā)的改性石灰石粉等量替代粉煤灰進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),得出以下結(jié)論：

(1)改性石灰石粉可以改善混凝土拌合物性能；

(2)改性石灰石粉等量替代粉煤灰,可以使混凝土抗壓強(qiáng)度和基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度基本持平或略高于基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度；

(3)改性石灰石粉與傳統(tǒng)混凝土摻合料比較,其優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)品性能完全可控,且質(zhì)量穩(wěn)定,易于實(shí)際生產(chǎn)控制,儲(chǔ)量豐富,在建材行業(yè)大力推廣可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下,適合在江西省內(nèi)推廣使用。

[1]張一北.中國(guó)混凝土行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)淺析[J].混凝土,2006,9∶69-71,74.

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[5]陳劍雄,李鴻芳,陳寒斌,等.摻超細(xì)石灰石粉和鈦礦渣粉超高強(qiáng)混凝土研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2005,8(6)：672-676．

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