礦粉與粉煤灰雙摻技術在混凝土中的應用

魏育云

在保證混凝土質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。我國在最近幾年才逐步重視礦粉作為活性摻合料的應用技術,礦粉作為一個獨立的產(chǎn)品一出現(xiàn)在建筑市場,就廣泛應用于混凝土中。粉煤灰和礦粉“雙摻”應用技術,由于這項技術的巨大潛力,可觀的經(jīng)濟效益,以及對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裂現(xiàn)象,提高混凝土的耐久性。

1 現(xiàn)狀分析

近年來,我公司所有在建或已交工工程的混凝土配合比設計中,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。由于粉煤灰的應用技術已非常成熟,其早期強度發(fā)展慢,在摻量上又有嚴格的控制,很難再有潛力可挖。機械方面,由于我公司現(xiàn)有混凝土罐泵車磨損較嚴重,在施工過程中,為了滿足泵車,防止出現(xiàn)堵管現(xiàn)象,經(jīng)常被動地調整配合比,影響了混凝土強度。土建專業(yè)的施工人員都有這樣的體會,商品混凝土比我們的混凝土和易性好,易泵送。據(jù)調查,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計中,全部采用粉煤灰和礦粉“雙摻”技術,因此,其和易性較好,并且獲得了很好的經(jīng)濟效益。

2 礦粉與粉煤灰的化學成分

礦粉是以高爐礦渣為主要原料,經(jīng)過干燥、粉磨處理而制成的超細粉末材料,礦粉的質量穩(wěn)定,因為從煉鐵高爐排出的廢渣由于對所制成生鐵的成分有嚴格的要求,進而對煉鐵過程中的所有物料投放配比有嚴格的控制,因此其副產(chǎn)品——礦渣的化學組成得以穩(wěn)定控制。粉煤灰來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成分,如CaO:30%～42%,SiO2:35%～38%,Al2O3:10%～18%,MgO:5%～14%等。在普通水泥中單獨摻入粉煤灰工作性能較好,但對早期強度有負面影響,單獨摻入礦粉對早期強度的影響較小,但工作性能不好。雙摻后可產(chǎn)生復合效應,起到優(yōu)勢互補的作用。

3 復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性,易泵送,改善混凝土和易性,提高新拌混凝土內聚性,改善水泥漿體的微觀結構,增大混凝土的密實性,從而提高混凝土強度和耐久性。適合于高強、高流動性、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)場比較頭疼的問題,如果坍落度損失過大,混凝土就會失去流動性和工作性,造成施工困難,而且施工現(xiàn)場為了恢復混凝土的流動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量。在混凝土中摻入礦粉和粉煤灰,因其化學活性沒有純水泥那么高,所以在攪拌后的最初兩小時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填充,砂子的空隙由水泥和粉煤灰來填充,由于磨細礦粉比水泥和粉煤灰還細,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,增加了密實度。大小粒子堆積、填充,降低了空隙尺寸,產(chǎn)生的微細結構和孔結構比普通水泥石細得多,這樣就大大減少了離子擴散率,獲得優(yōu)良的抗腐蝕性和耐久性。

3.3 對混凝土的顯著增強作用

摻礦粉和粉煤灰的混凝土早期強度(3 d,7 d)比空白混凝土的早期強度略低,由于礦粉的超細化,填充了水泥和粉煤灰粒子的空隙,使混凝土更加密實,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,所以復摻礦粉和粉煤灰混凝土的后期強度比普通混凝土后期強度高130%以上。

4 復摻礦粉和粉煤灰混凝土在施工中應注意的問題

1)夏季施工對雙摻礦粉和粉煤灰混凝土強度增長有利,但應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,混凝土強度增長緩慢,應適當降低礦粉和粉煤灰的摻量,同時遵照國家有關冬季施工規(guī)范,采取必要的保溫措施,確保混凝土強度滿足設計要求。3)早期養(yǎng)護混凝土應在終凝前進行(灑水、覆蓋塑料薄膜等),養(yǎng)護時間比普通混凝土適當延長。4)復摻礦粉和粉煤灰混凝土在攪拌過程中,要延長混凝土的攪拌時間。5)復摻礦粉和粉煤灰混凝土配合比設計中應注意的問題:a.由于礦粉細度遠高于普通水泥,與普通混凝土相比,摻礦粉混凝土需水量約增加5%;b.配合比設計中,應選用與礦粉適應性好的外加劑,通過試驗確定外加劑的摻量,使混凝土同時滿足工作性能和強度的要求,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)過初步配合比設計、試驗室試配、現(xiàn)場試拌三個階段由相關技術人員完成。

5 試驗結果

試驗結果見表1。

表1 試驗結果

6 結語

礦粉和粉煤灰是混凝土的一個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,同時大幅度提高混凝土強度、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術研討會論文集[C].濰坊中國硅酸鹽協(xié)會,1999:70-76.

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