復合粉膠凝材料在混凝土中的應用研究

復合粉膠凝材料在混凝土中的應用研究

張麗，董昕，周濤，袁棕

(華新混凝土骨料事業部，武漢 430073)

摘要：試驗將“礦渣粉+石灰石粉”、“礦渣粉+鋼渣粉+石灰石粉”按照不同比例進行粉磨加工，形成兩種具有較高活性、可取代礦粉作為礦物摻合料的新型復合粉。該文通過對兩種試驗結果顯示，Ⅰ、Ⅱ型復合粉材料用于配制混凝土將不同程度地提高減水劑摻量，然而其強度均優于以礦粉配制的基準組混凝土，其中使用Ⅱ型復合粉的混凝土強度最高，且混凝土保坍性能較好，新型復合粉膠凝材料取代礦粉具有良好的可行性。

關鍵詞：復合粉；石灰石粉；鋼渣粉；工作性能；力學性能

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.007

Abstract:The test blended "slag and limestone powder","slag and steel slag powder and limestone powder" with the different ratio of grinding process to produce two kinds of high activity new composite powder that can replace the slag as mineral admixture. Through the display of the two kinds of test results, type Ⅰ and Ⅱ composite powder material for the preparation of concrete will be different to improve the degree of the water reducing agent dosage, however, the strength of concrete with mineral powder is better than the reference group with concrete strength, the use of type Ⅱ composite powder is the highest, and the concrete slump retains good performance.The new composite cementitious material to replace mineral powder has good feasibility.

收稿日期：2015-04-24.

作者簡介：張麗(1981-)，工程師.E-mail:zhangli_hnt@huaxincem.com

Application of Composite Cementitious Material in Concrete

ZHANGLi,DONGXin,ZHOUTao,YUANZong

(Huaxin Concrete and Aggregate Business Department, Wuhan 430073, China)

Key words:composite powder;limestone powder;slag powder;work performance;mechanical properties

隨著混凝土工程的發展，對于礦渣粉及粉煤灰等傳統礦物摻合料的需求量日益高漲，已出現供不應求的趨勢，如何在現有形勢下尋找合格的替代性摻合料已成為當務之急[1]。該文就新型復合粉的制備及其替代傳統礦物摻合料(礦粉、粉煤灰)應用于不同強度等級混凝土的各項性能影響進行試驗研究，以對新型復合粉生產工藝提出優選方案，同時探討新型復合粉應用于混凝土的可行性。

1試驗

1.1　原材料

1)水泥：黃石華新PO 42.5水泥，3 d抗壓強度30.2 MPa，28 d抗壓強度61.2 MPa；

2)粉煤灰：陽邏Ⅱ級粉煤灰，細度15.0%，需水量比102%，燒失量2.1%，28 d活性71%；

3)礦粉：湘鋼S95礦粉，7 d活性77%，28 d活性106%；

4)碎石：陽新骨料5～25 mm連續級配；

5)河砂：巴河河砂，細度模數2.8，含泥量1.7%；

6)減水劑：西卡聚羧酸減水劑，含固量22.6%。

1.2　方法及試驗設備

1)國標中尚未有復合粉類材料的檢測標準，故文中對于復合粉的活性檢測參考《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》GB/T 18046—2008進行；

2)混凝土的制備、坍落度與擴展度測定方法，均按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080—2002)進行。成型試塊在標準養護后，分別測定其3 d、7 d、28 d抗壓強度；

3)混凝土力學性能試驗采用英國ELE ADRAuto-3000全自動多功能混凝土力學試驗機。

2新型復合粉配料方案優選

普通粉煤灰材料的自身活性有限，其與其他惰性粉體材料復合粉磨后亦無法得到較高的水化活性，該文選取礦粉與石灰石粉、鋼渣粉按照不同比例摻配后進行粉磨[2，3]，來實現新型膠凝材料具有較高的活性以取代礦粉在混凝土中的應用，同時降低混凝土生產成本。

2.1　Ⅰ型復合粉—“礦粉+石灰石粉”試驗研究

在“礦粉+石灰石粉”制備Ⅰ型復合粉試驗中，采用水渣與石灰石粉混合后進行粉磨，石粉摻量從5%逐漸增至12.5%。

表1中試驗結果可知，石粉摻量低于12.5%時，隨著石粉的摻入對于Ⅰ型復合粉的7 d活性均有改善作用，而就Ⅰ型復合粉28 d活性而言，隨著石粉摻量的提高，28 d活性呈現出逐步降低的趨勢，這主要由于石灰石粉顆粒較小，具有一定的微集料效應，在水化初期填補了水泥與礦粉水化產物間的空隙，使得早期強度均有不同程度改善，然而石灰石粉自身并無水化活性，故對于膠凝材料體系28 d的強度增長并無直接貢獻[4]。

表1　Ⅰ型復合粉制備試驗

通過上述試驗結果，1-3配比方案在石粉摻量為10%情況下，Ⅰ型復合粉7 d活性及28 d活性均滿足S95級礦粉的活性要求，故優選其進行后續應用與混凝土的性能研究。

2.2　Ⅱ型復合粉—“礦粉+鋼渣粉+石灰石粉”試驗研究

由于鋼渣本身易磨性較差，為使復合粉的整體顆粒粒度分布較為均一，宜添加部分石灰石粉進行改善，在“礦粉+鋼渣粉”制備Ⅱ型復合粉試驗中，采用水渣、鋼渣粉及石灰石粉混合后進行粉磨，石粉摻量固定為5%，鋼渣粉摻量由5%逐漸增至12.5%。

表2中試驗結果可知，對比0、2-1及2-2配比方案，在固定鋼渣粉摻量為5%情況下，配合2-1未摻入石灰石粉的情況下對于Ⅱ型復合粉早期的活性并無改善作用(低于基準配合比)，而隨著礦粉摻量的降低，28 d活性亦有所削弱。

表2　Ⅱ型復合粉制備試驗

對比2-1與1-1、2-2與1-3、2-3與1-4，在礦粉摻量相同的情況下，摻入鋼渣粉的配料方案，其28 d活性均高于僅摻加石灰石的方案，這主要由于鋼渣粉自身有一定水化活性，加上石灰石粉的填充效應，使得礦粉摻量相同情況下的Ⅱ型復合粉活性要高于Ⅰ型復合粉[5]。

通過上述試驗結果，2-3配比方案在鋼渣粉摻量為7.5%，石粉摻量為5%情況下，Ⅱ型復合粉其活性均滿足S95級礦粉的活性要求，亦優選其進行后續應用與混凝土的性能研究。

2.3　復合粉粒度分析

由上述粒度分析結果可知，在配合比2-3中摻入了5%鋼渣粉后，膠凝材料整體的粒度分布較配合比1-3更為均勻，根據緊密堆積理論[6,7]，各粒徑范圍的微集料顆粒互相填充，形成了密實度更高的整體結構，提高膠凝材料體系強度，此與膠凝材料活性指數試驗結果一致。

表3　粒度分布狀況

3新型復合粉應用于混凝土中的性能影響研究

將優選的“1-3” Ⅰ型復合粉及“2-3” Ⅱ型復合粉作為礦物摻合料替代混凝土中的礦粉應用于不同強度等級的混凝土配合比，以研究該類型復合粉的適應性。試驗對于同一強度等級混凝土，在其他原材料相同的情況下，配合比中僅變更不同類型復合粉產品，通過調整外加劑摻量使得混凝土達到基本相同的出機工作狀態，以考察不同類型復合粉對于外加劑的吸附影響[6]。

試驗針對不同生產工藝礦粉對不同強度等級(C30及C50)混凝土的工作性能及力學性能影響，采取了以下對比驗證試驗—。

表4　不同類型復合粉的工作性能影響試驗

表5　強度結果

1)混凝土工作性能影響結果—同一強度等級混凝土，采用“礦粉”配制的混凝土，對于外加劑需求量最小，且1 h后坍落度損失最小[8]。對于C30混凝土配合比，在外加劑摻量相同的情況下，“Ⅰ型復合粉”與“Ⅱ型復合粉”配制的混凝土初始工作性能基本一致，而采用“Ⅱ型復合粉”配制的混凝土保坍性能較好；對于C50混凝土配合比，混凝土1 h坍落度損失均較小，在采用“礦粉”情況下所需外加劑摻量最小，采用“Ⅱ型復合粉”的外加劑用量其次，而采用“Ⅰ型復合粉”情況下外加劑用量最大，經濟性最差。

2)混凝土力學性能影響結果—對于C30混凝土而言，采用“Ⅱ型復合粉”配制的混凝土強度表現最好，其次為“Ⅰ型復合粉”，而采用傳統“礦渣粉”配制的混凝土強度表現則最差。

對于C50混凝土而言，由于“Ⅰ型復合粉”配合比下的外加劑摻量最高，故對于3 d強度的有一定影響，而采用“Ⅱ型復合粉”配合比的全齡期強度均高于采用傳統“礦渣粉”配制的混凝土，28 d強度從低到高排序依次為“礦粉”-“Ⅰ型復合粉”-“Ⅱ型復合粉”。

4結論

a.為保障復合粉活性以取代礦粉作為摻合料，對于Ⅰ型復合粉宜采用“礦粉(90%)+石粉(10%)”配制方案，而Ⅱ型復合粉宜采用“礦粉(87.5%)+鋼渣粉(7.5%)+石粉(5%)”配制方案。

b.傳統礦渣粉配制的混凝土外加劑用量最小，坍落度損失較小；Ⅰ型復合粉配制的混凝土外加劑用量較高，保坍性能較差，后期強度發展優于傳統礦渣粉；Ⅱ型復合粉配制的混凝土外加劑用量亦高于傳統礦粉，而保坍性能要優于Ⅰ型復合粉。

c.采用Ⅱ型復合粉配制的混凝土各齡期下的強度均最優且具有較大的富裕系數，其次為Ⅰ型復合粉，而采用礦粉條件下的混凝土強度最低，在相同強度等級設計要求下，采用復合粉有較大的膠凝材料優化調整空間，可適當降低材料用量、節約生產成本。

d.從以上試驗研究結果可初步判定兩種復合粉均可用于混凝土的生產，通過對配合比的適當調整可以滿足工作性能及強度的要求，其中Ⅱ型復合粉整體性能更優，至于新型復合粉取代傳統礦渣粉是否能夠為企業創造更好的經濟價值，則需要根據各地的資源情況、材料價格進行核算。

參考文獻

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[2]黃弘,唐明亮,沈曉冬. 工業廢渣資源化及其可持續發展(Ⅱ)-與水泥混凝土工業相結合走可持續發展之路[J].材料導報,2006(20):455-458.

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[4]劉數華，閻培渝.石灰石粉對水泥漿體填充效應和砂漿孔結構的影響[J]. 硅酸鹽學報，2008,36(1)：69-77.

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