復(fù)摻礦粉、粉煤灰與石粉水工混凝土耐久性研究

計(jì)興旺

(喀左縣水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 朝陽(yáng) 122300)

在水泥基材料中石粉作為一種惰性材料所發(fā)揮的功能協(xié)同效應(yīng)逐漸引起研究學(xué)者們的重點(diǎn)關(guān)注,科學(xué)利用石粉替代部分或全部礦物摻合料能夠緩解材料供應(yīng)緊張的局面,有利于降低混凝土成本[1]。實(shí)際工程中的石粉應(yīng)用主要分為替代水泥和替代砂兩個(gè)方面,如王旭昊等[2]研究發(fā)現(xiàn)石粉替代5%～8%機(jī)制砂時(shí)的試塊抗壓強(qiáng)度最優(yōu);劉強(qiáng)等[3]認(rèn)為摻入石粉會(huì)減少拌和物擴(kuò)展度,但隨著石粉摻量的增大其抗?jié)B性能和抗壓強(qiáng)度顯著上升;肖斐等[4]研究表明石粉含量和比表面積過(guò)大會(huì)減少試塊強(qiáng)度和工作性能,摻10%比表面積12000cm2/g石粉時(shí)的綜合性能最優(yōu);Zhu等研究發(fā)現(xiàn)石粉摻量過(guò)高會(huì)減少C-S-H凝膠含量,對(duì)強(qiáng)度發(fā)展造成不利影響;彭艷周等[5]認(rèn)為摻入適量石粉有利于改善水化放熱和混凝土收縮性能,隨著石粉摻量的增大其收縮和水化性能表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)。

增效劑是一種能夠提高水泥水化程度和分散效果的新型外加劑,在保證綜合性能的條件下該外加劑有利于減少水泥用量,符合低碳化節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念[6]。目前,CTF是研究應(yīng)用較多的增效劑,可以提升密實(shí)性、分散性、可泵性以及強(qiáng)度,實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以節(jié)約10%～15%水泥用量,增大表觀漿體,減少裂縫的形成,由于其優(yōu)異的增強(qiáng)效能已被廣泛應(yīng)用于實(shí)踐工程[7-8]。

目前,研究應(yīng)用礦粉、粉煤灰已較為成熟,而探討礦粉、粉煤灰與石粉多元復(fù)摻方式的還鮮有報(bào)道。鑒于此,文章在雙摻礦粉與粉煤灰的情況下,按照不同比例等量替代石粉,并摻入CTF增效劑進(jìn)行對(duì)比分析,系統(tǒng)探討水工混凝土抗?jié)B性、工作性以及力學(xué)強(qiáng)度受CTF增效劑與摻合料多元復(fù)摻的影響。

1 材料與方法

1.1 原材料

1)水泥:海螺P·O42.5級(jí)水泥,安定性合格,初、終凝時(shí)間140min和245min,標(biāo)稠用水量27.2%,水泥的主要性能指標(biāo),見(jiàn)表1。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

2)摻合料:誠(chéng)遠(yuǎn)S95級(jí)礦渣粉和石灰石粉,恒翔F類Ⅱ級(jí)粉煤灰,三者的比表面積分別為480、402和446m2/kg。

3)骨料:連續(xù)級(jí)配花崗巖碎石和河砂,石的粒徑5～31.5mm之間。

4)外加劑:聚羧酸高效減水劑,固含量24.1%,減水率28%;試驗(yàn)選用CTF液體增效劑,推薦摻量0.5%～0.8%(膠材用量),pH值10.6。拌和水為當(dāng)?shù)刈詠?lái)水。

1.2 測(cè)試方法

試驗(yàn)固定砂率和水膠比不變,礦粉與粉煤灰摻量為20%,采用等量替代的方式以25%、50%、100%的石粉替代礦粉與粉煤灰,并摻入CTF增效劑為試驗(yàn)對(duì)比組,配合比設(shè)計(jì)如表2所示。其中J-1～J-7表示基準(zhǔn)組,S-1～S-7表示在基準(zhǔn)組中摻入0.8%的CTF增效劑。試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì),見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》測(cè)定拌和物擴(kuò)展度、坍落度以及不同齡期的抗壓強(qiáng)度,按照ASTMC1202標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定各組試塊標(biāo)養(yǎng)28d齡期的6h電通量。

2 結(jié)果與分析

2.1 拌和物工作性能

混凝土擴(kuò)展度、坍落度和強(qiáng)度,見(jiàn)表3。由表3可知,在不改變砂率和水膠比的條件下,按照等量替代的方式摻入石粉,摻石粉組整體優(yōu)于不摻組的工作性能,并以摻25%石粉組的拌和物性能最優(yōu),拌和物工作性能隨石粉替代量的增加呈先增大后減小的變化特征。這是因?yàn)槭巯噍^于粉煤灰的細(xì)度更小,表面光滑的石粉顆粒及其填充效應(yīng)具有解絮作用,通過(guò)釋放一定的自由水使得拌和物流動(dòng)性明顯改善,而替代量的進(jìn)一步增大使得具有較大比表面積的石粉要有更多的水分濕潤(rùn),大大降低了拌和物流動(dòng)性,為達(dá)到一定流動(dòng)性就要增大減水劑摻量[9]。另外,等量摻入較小密度的石粉會(huì)增加表觀漿體,明顯降低新拌混凝土黏度,而摻量達(dá)到50%以上時(shí)其包裹性與黏聚性下降,試配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一定的跑漿現(xiàn)象。

表3 混凝土擴(kuò)展度、坍落度和強(qiáng)度

對(duì)于摻CTF增效劑(編號(hào)S-1～S-7)組,隨石粉替代量的增加新拌混凝土工作性能逐漸提升,并且試配時(shí)未發(fā)現(xiàn)跑漿或黏聚性變差的情況,表明礦粉、粉煤灰、石粉與CTF增效劑具有良好的相容性,可以在改善拌和物的和易性[10-11]。

2.2 力學(xué)性能

由表3可知,在不改變砂率和水膠比的條件下,按照等量替代的方式將不同比例的石粉代替粉煤灰,摻石粉組整體小于不摻組的28d強(qiáng)度,但替代量≤50%時(shí)石粉對(duì)各齡期強(qiáng)度的影響不大;石粉等量替代100%粉煤灰時(shí)不利于后期強(qiáng)度的發(fā)展,如J-4組試件90d強(qiáng)度相比于J-0組減小9.1MPa;石粉等量替代100%礦粉會(huì)在不同程度上降低各齡期強(qiáng)度,如J-4組試件90d強(qiáng)度相比于J-0組減小15.2MPa。

以J-1未摻石粉組試件28d強(qiáng)度為基準(zhǔn),計(jì)算分析各組試件不同齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率,抗壓強(qiáng)度測(cè)試值,見(jiàn)圖1。由圖1可知,早期強(qiáng)度增長(zhǎng)率受石粉是否摻入的影響較小,從3d到28d各組試件強(qiáng)度增長(zhǎng)率處于40.9%～47.1%之間變化范圍;混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨石粉對(duì)粉煤灰替代量的增加表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì),石粉完全替代粉煤灰時(shí)J-4組的56d、90d齡期強(qiáng)度基本不變;混凝土28d后的強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨石粉對(duì)礦粉替代量的增加表現(xiàn)出逐漸下降趨勢(shì),如J-5組的56d到90d強(qiáng)度增長(zhǎng)率為21.0%,J-6組的56d到90d的強(qiáng)度增長(zhǎng)率明顯下降到17.11%,該變化趨勢(shì)可能與石粉的低火山灰活性有關(guān),礦粉或粉煤灰用量隨石粉替代量的增加而下降,自然在一定程度上影響后期強(qiáng)度的發(fā)展[12-13]。

圖1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試值

此外,隨石粉替代量的增加摻CTF增效劑試件的強(qiáng)度變化規(guī)律與未摻增效劑組基本相同,但摻CTF增效劑試件的各齡期強(qiáng)度整體較高。

2.3 抗氯離子滲透性能

標(biāo)養(yǎng)28d時(shí)各組試件的電通量測(cè)試結(jié)果如表4所示,結(jié)果顯示除石粉全部替代礦粉的J-7組和S-7組外,其它各組的電通量和氯離子滲透性均較小。

表4 標(biāo)養(yǎng)28d電通量

電通量變化規(guī)律,見(jiàn)圖2。由圖2可知,石粉的摻入可以在一定程度上提高電通量,并且隨摻量的上升表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì),說(shuō)明石粉會(huì)降低試件的抗離子滲透性;對(duì)于石粉完全替代礦粉的J-7組和S-7組,其電通量明顯高于其它組,這表明礦粉具有顯著的抗氯離子滲透性改善作用。根據(jù)電通量測(cè)試結(jié)果,在不改變砂率、水膠比及其它條件的情況下,摻入CTF增效劑可以在一定程度上改善抗氯離子滲透性。

圖2 電通量變化規(guī)律

3 結(jié) 論

1)按照等量替代的方式將不同比例的石粉替代粉煤灰,能夠明顯提升拌和物工作性能,替代量≤50%時(shí)石粉對(duì)各齡期強(qiáng)度的影響不大,當(dāng)粉煤灰被石粉完全替代時(shí)則不利于后期強(qiáng)度發(fā)展;石粉對(duì)礦粉的替代量>50%時(shí)會(huì)明顯降低拌和物流動(dòng)性,礦粉被石粉完全替代時(shí)會(huì)在不同程度上降低各個(gè)齡期強(qiáng)度。

2)石粉替代礦粉或粉煤灰會(huì)在一定程度上增大電通量,并且替代量越大電通量越高,說(shuō)明石粉的摻入不利于抗氯離子滲透性的改善。

3)綜合考慮抗氯離子滲透性、力學(xué)強(qiáng)度和工作性能,石粉替代粉煤灰要小于替代礦粉所產(chǎn)生的影響。礦粉、粉煤灰、石粉與CTF增效劑具有良好的相容性,可以在一定程度上改善混凝土和易性、抗氯離子滲透性及抗壓強(qiáng)度。