摘 要:商品混凝土的經濟效益與混凝土配合比有關,通過大量試驗證明,增加粉煤灰及礦渣含量能降低商品混凝土的成本。介紹了試驗過程及原理,以期在實踐中推廣。
關鍵詞:商品混凝土;高摻;強度
中圖分類號: TQ178 文獻標識碼: A
目前,我國普遍推廣商品混凝土,是因為它具有環保、質量穩定等優點。為了提高商品混凝土的經濟效益,作者通過試驗,在不改變混凝土強度和其它性能的情況下高摻粉煤灰等摻合料降低成本,取得了一定的經濟效益。本文介紹了配制C40 商品混凝土的過程并作了詳細分析。
1 試驗原材料
( 1 ) 水泥: 鄂州雷山P. O 42. 5R 水泥。3 d 強度30. 3MPa , 28 d 強度64. 2MPa; 標準稠度用水量P = 27. 7% ; 安定性和初凝、終凝時間合格。
( 2 ) 粉煤灰: 葛店熱電廠粉煤灰公司Ⅱ級粉煤灰, 燒失量7% , 細度為過0. 045 篩, 篩余量20% ; 需水量比105%。
( 3 ) 礦渣: 鄂鋼磨細高爐礦渣,細至比表面積為4 000 cm2 / g。
( 4 ) 高效緩凝減水劑: 黃石市砼輝新型建材廠TH - 02。
( 5 ) 石子: 鐵山石灰石礦產碎石, 最大粒徑25mm; 含泥量0. 8% ; 泥塊含量0. 3% ; 針片狀含量2. 1%。
( 6 ) 砂: 湖北浠水巴河產中砂, 細度模數2. 3;含泥量2. 6% ; 泥塊含量0. 7%。
2 試驗過程
2. 1 粉煤灰的活化
粉煤灰的活化包括物理活化和化學活化兩種方法。
2. 1. 1 物理活化
物理活化指的是球磨粉煤灰。粉煤灰中玻璃顆粒是火山灰活性的主要來源, 粉煤灰中的玻璃體是以玻璃為主的多相復合顆粒, 這種玻璃質顆粒外層由一層堅硬的玻璃外殼包裹, 阻礙了粉煤灰活性的產生。通過球磨, 可改善粉煤灰表面特性,粉碎大的顆粒體, 改善粉煤灰的級配, 使更多的玻璃顆粒露出,從而提高粉煤灰的活性,一般粉煤灰的比表面積在6 000 ～7 000 cm2 / g較好。同時,由于在機械力作用下,粉煤灰的聚集狀態顆粒被分散,級配得到改善,所以球磨也不會增加標準稠度用水量,其結果如表l所示。
注:水泥∶粉煤灰= 70 ∶30;水膠比為0. 44;膠砂比為1 ∶2. 5。
2. 1. 2 化學活化
只憑借球磨來提高粉煤灰的活性是有限的,對此可采用一種堿性溶液作為激發劑, 噴灑在粉煤灰上,陳化1 d 后再球磨至所需要的細度(比表面積為6 000 ～7 000 cm2 / g) ,其性能如表2 所示。
注:水泥∶粉煤灰= 70 ∶30;水膠比為0. 44;膠砂比1 ∶2 . 5。
由表2 可知, 化學激發粉煤灰活性的作用是顯著的。這是由于堿作用于粉煤灰表面后, 粉煤灰玻璃體中的Al—O、Al—Si—O、Si—O 鍵斷裂,粉煤灰表面活性大大增加, 加入水泥后斷裂鍵使粉煤灰與水泥水化產物Ca (OH ) 2 迅速反應,生成CSH 及CAH ,同時也大大加快了水泥的水化,使早期強度增加[ 1 ] 。由于粉煤灰的水化是長時間的過程,其后期強度也不會下降。
2. 1. 3 礦渣及減水劑的加入
由表2 可以看出, 雖然粉煤灰在物理及化學激發下活性大大提高, 但它的標準稠度用水量卻比較大,在大摻量粉煤灰的情況下,為達到所需的坍落度要加入更多的水, 這將影響混凝土的強度[ 2 ] 。為此,我們采用加入礦渣和減水劑的方法來降低其需水量如表3 所示[ 3 ] 。
礦渣本身具有較小的需水量, 即具有減水的功能,加入礦渣后標準稠度用水量降低; 但這并不能滿足實用的要求, 加入少量的減水劑后可以滿足要求,即標準稠度用水量小于28%。單獨使用礦渣會產生泌水現象,而與粉煤灰混用,不僅可降低標準稠度用水量,而且還克服了泌水的缺點。
2. 2 配合比設計
通常情況下, 設計粉煤灰- 礦渣混凝土的程序為: 先按普通水泥混凝土設計水灰比,再按一定的增量系數用粉煤灰和礦渣取代水泥配制粉煤灰- 礦渣混凝土。但由于粉煤灰和礦渣的來源不一,質量難以保證, 因此采用上述方法效果不理想。
對此我們采用一種新方法, 它不僅可以用于單組分的摻合料, 對多組分摻合料的配合比設計也是行之有效的。即將水泥礦渣和粉煤灰按預定的比例共取540 g,再按水膠比為0. 44、膠砂比為1 ∶2. 5 取水和砂子, 進行28 d 的膠砂強度試驗,然后根據28 d 的膠砂強度, 按JGJ55 - 2000 進行混凝土配合比設計。
2. 2. 1 膠砂的強度
試驗結果表明, C40 混凝土中, 水泥、粉煤灰(活化) 、礦渣與高效緩凝減水劑, 較好的比例為39. 64 ∶20 ∶40 ∶0. 36 , 其早期強度較高, 后期強度可以達到42. 5 級水泥的強度如表4 所示。
注:標準稠度用水量為27. 9%。
2. 2. 2 配合比設計
根據以上結果, 按JGJ55 - 2000 計算, 配制C40 所需的W /C為0. 42 ,依據泵送需要, 選定用水量為180 kg /m3 。砂率為42% , 外加劑TH —02為膠凝材料的2. 5%[ 4 ] 。設計配合比如表5 所示。
根據以上混凝土試配結果, 選定W /C = 0. 42時所對應的配合比, 即可配制出C40 的混凝土,且早期強度不低, 有利于早期拆模。同時對比只經磨細處理的粉煤灰和原狀粉煤灰按W /C 為0. 42配合比(為達到相同的坍落度,高效緩凝減水劑的用量分別為膠凝材料的2. 5%和3. 0% ) 所得的結果,可見未經化學活化的粉煤灰配制的混凝土早期強度低, 一般混凝土中未經化學活化的粉煤灰要到8 ～28 d 后,其潛在活性才開始加速激發,因此后期強度才逐漸趕上。C40 混凝土配合比設計如表5 所示。
注: 4號采用只經磨細處理的粉煤灰, 5號采用原狀粉煤灰。
3 經濟分析
目前,市售42. 5R 普通硅酸鹽水泥價格為450 元/ t,磨細礦渣為300 元/ t,粉煤灰為90元/ t,粉煤灰活化處理的費用為50 元/ t,粉煤灰磨強費用為10 元/ t, 高效減水劑為2 300 元/ t, 水為2元/ t,砂為40 元/ t, 石子32 元/ t。對于普通混凝土,根據JGJ55 - 2000 計算, C40 混凝土水泥用量為428 kg /m3 (鄂州P ·O42. 5R 水泥) , 高效緩凝減水劑用量為膠凝材料的2. 5% ,水用量180 kg /m3 ,砂用量為778 kg /m3 ,石子用量為1074 kg /m3(即配合比0 ) 。選用相同施工坍落度配合比進行經濟比較,結果如表6 所示。
綜合考慮施工和經濟因素,配合比2 較好。
4 結束語
用物理和化學方法激活并復合礦渣、高效緩凝減水劑的粉煤灰配制的泵送混凝土具有較高的早期強度,且后期強度并不降低。采用摻多種摻合料配制泵送混凝土的新方法,已在實踐中應用。
參考文獻
[ 1 ] 孫振平,蔣正武,范建東,等. 氨基磺酸鹽高性能減水劑的合成及應用[ J ]. 硅酸鹽學報, 2005 ( 7) : 864- 867
[ 2 ] 俞海勇,吳丹虹. 大摻量粉煤灰綠色高性能混凝土系統的構筑開發[ J ]. 上海建材, 1998 (1) : 17 - 19
[ 3 ] 中國建筑科學研究院. GB50119 - 2003混凝土外加劑應用技術規范[ S ]. 北京:中國建筑工業出版社,2003
[ 4 ] 中國建筑科學研究院. JGJ55 - 2000普通混凝土配合比設計規程[ S ]. 北京: 中國建筑工業出版社,2001
