不同種類礦物摻合料性能的對比研究

宋達坤（龍門縣建筑工程質量檢測中心）

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不同種類礦物摻合料性能的對比研究

宋達坤
（龍門縣建筑工程質量檢測中心）

【摘要】隨著建筑業的發展以及節能降耗的需要，礦物摻和料在水泥和混凝土中的應用越來越廣泛。對不同礦物摻和料的粉體特性（密度、比表面積、顆粒分布等）進行了研究，并分析了不同種類和不同摻量的礦物摻合料粉體對水泥強度和流動度的影響，為進一步開發多品種的礦物摻和料提供理論依據與應用基礎。

【關鍵詞】礦物摻和料；粉體特性；水泥性能

1　前言

隨著國際性能源供需矛盾日益加劇和對環境保護越來越高的要求，對礦物摻合料的研究特別是進行資源化開發和應用研究越來越重要［1］。礦物摻合料綜合利用，可緩解對環境的污染，減少占地，又可為建材生產提供豐富的原料［2］。近年來，礦物摻合料在建筑領域尤其是商品混凝土和商品砂漿中的應用日益重要，用于制作混凝土和砂漿分類項目的增幅和增量比重已超過任何單項分類項目［3］。因此，研究礦物摻合料的特性對水泥以及混凝土性能的影響具有十分重要的意義。本文研究了不同種類以及不同摻量礦物摻合料對水泥性能的影響。

2　實驗原材料

2.1熟料

惠州某水泥工廠生產的熟料。

2.2石膏

惠州某水泥工廠，二水石膏。

2.3礦物摻合料

⑴粉煤灰

①磨細粉煤灰：河源某公司的商品粉煤灰，記為GF。

②Ⅰ級粉煤灰：河源某電廠的Ⅰ級粉煤灰，記為SF。

③粉煤灰：河源某公司的商品粉煤灰，記為FF。

④氣流磨制備的磨細粉煤灰，記為QF。

⑵礦渣：礦渣粉高爐礦渣，記為PP。

⑶磷渣：磨細磷渣，記為SP。

2.4砂

石英砂，來自河源，細度分別為20～40目、40～70目、70～140目。

2.5水

自來水。

3　實驗過程及實驗方法

3.1礦物摻合料粉體特性比較

3.1.1粉體密度測試與比較

密度測試參照水泥密度測定方法GB/T 208-2014進行。實驗用各種礦物摻合料粉體的密度如表1。

表1　不同礦物摻合料的密度（g/cm3）

SP和PP的密度大于其它幾種粉煤灰的密度，而且PP的密度高達2.72g/cm3。氣流磨粉磨能夠使粉煤灰基體與周圍球形小顆粒間的空隙和小孔減少。

3.1.2粉體比表面積測試與比較

參照GB/T 8074-2008對六種礦物摻和料粉體的比表面積進行測試，結果如表2所示。

表2　各礦物摻合料的比表面積（m2/kg）

從表3中可以看出不同的礦物摻合料的比表面積差別比較大，各種摻和料比表面積大小順序如下：FF＞GF＞SP＞SF＞QF＞PP。

3.1.3粉體顆粒分布

利用英國馬爾文儀器有限公司生產的Mastersiz-er2000型激光粒度分析儀采用蒸餾水作為分散介質，測試六種粉體的顆粒分布情況見表3。

由表3可以看出，各種粉顆粒分布各具特點：GF的粒徑主要分布在3～45μm范圍內，但是在45～80μm范圍分布也高達17.13%；SF在1～20μm范圍分布比較多，且小于1μm的顆粒高達7.79%；FF的分布主要集中在3～20μm范圍內；QF的分布則比較均勻，顆粒分布均勻；PP的分布主要集中在3～20μm；SP的顆粒分布也很均勻。

表3　各種礦物摻合料的顆粒分布狀況（%）

3.2水泥的制備

將惠州某水泥工廠的熟料和二水石膏按照石膏占水泥的5%比例配料，球磨30min得水泥的密度為3.12g/mL，比表面積為350.2m2/kg，相當于標號32.5普通硅酸鹽水泥。

3.3水泥性能測試

分別用6種礦物摻合料按不同摻量（10%～50%）研究其對水泥性能的影響。實驗用砂1350g，水灰比（W/C）為0.5，實驗配合比設計方案如表4。

表4　不同摻量的配合比方案

膠砂強度測試參照GB/T 17671-1999（ISO法）進行。

表5　測試水泥膠砂力學性能用砂配置

膠砂流動性測試參照GB/T 2419-2005（ISO法）進行。將一定比例的礦物摻合料、水泥、中砂（40～70目）750g和180ml水按標準在攪拌機里混合，進行試驗，測出其流動度。

4　結果與討論

4.1礦物摻合料對水泥強度的影響

不同礦物摻合料不同摻量的膠砂3d和28d抗壓強度比較如圖1和圖2所示。

圖1　膠砂3d抗壓強度

圖2　膠砂28d抗壓強度

從以上圖表可以看出，隨礦物摻合料摻量的增加，水泥試塊的抗壓強度有不同程度的降低。當礦物摻合料摻量較少時，試塊的3d和28d抗壓強度與基準樣相比差距不大，隨著礦物摻合料摻量增大，3d抗壓強度的下降會比較明顯。當摻量從10%增加到20%時，大多數膠砂的28d抗壓強度會降低，但SP強度超出標準試樣強度。當礦物摻合料摻量從20%增加到30%時，膠砂強度變化很小，但是30%是個轉折點，摻量超過30%時其強度隨摻量的增加迅速下降。

不同礦物摻合料不同摻量的膠砂3d和28d抗折強度比較如圖3、圖4所示。

圖3　膠砂3d抗折強度

圖4　膠砂28d抗折強度

從圖3和圖4可以看出不同礦物摻合料摻量增加導致3d的抗折強度變化規律與抗壓強度相同。除GF外，摻入10%礦物摻合料，水泥試塊28d抗折強度小幅下降，當SP摻量為20%時，28d抗折強度反而增加。

4.2礦物摻合料對水泥膠砂流動性的影響

礦物摻合料的種類和摻量不同對水泥膠砂的流動性存在影響。實驗測得在不摻入礦物摻合料時水泥膠砂的流動度為180mm，摻入不同種類不同量的礦物摻合料時，其流動性變化情況見圖5。

從圖5可以看出，當礦物摻合料摻量大于10%時，除GF外其他礦物摻合料的摻量增加都會使得膠砂流動度變大。膠砂流動性隨PP的摻入先減小后增大，10%為轉折點。總體來說摻入一定量的礦物摻合料，可以改善膠砂流動性，這與礦物摻合料中含有較多球形顆粒起到類似滾珠軸承作用有關［4］。

圖5　不同礦物摻合料不同摻量膠砂的流動性

5　結論

⑴對于不同種類的礦物摻合料，粉體特性存在較大的差距，礦物摻合料粉體特性小于摻量對水泥性能的影響。

⑵礦物摻合料的摻入會導致水泥膠砂3d抗折和抗壓強度的降低，并且隨著摻量的增加強度降低得越多。

⑶小摻量的礦物摻合料對膠砂28d抗壓和抗折強度影響較小，隨著摻量增加會導致水泥膠砂28d抗折和抗壓強度降低，當摻量大于30%時強度下降較快。但是，磷渣摻量小于20%時會增加水泥膠砂28d抗壓強度，磷渣摻量由10%增大到20%時其28d抗折強度也會顯著提高。

⑷除了磨細粉煤灰，其他5種礦物摻合料的摻入會增加水泥膠砂的流動性。●

【參考文獻】

［1］姚武.磨細礦渣摻合料對高強混凝土流變及力學性能的影響［J］.新型建筑材料，2000（1）.

［2］秦鴻根，等.摻粉煤灰高性能混凝土耐久性研究［J］.混凝土與水泥制品，2000（5）：11-13.

［3］王曉鈞，楊南如，施書哲，郭躍，孫毅明.磨機種類、水介質和機械熱效應對粉煤灰研磨的影響［J］.南京化工大學學報（自然科學版），2000，06∶6-9.

［4］陳冀渝.國內外粉煤灰水泥生產技木的進展［J］.廣東建材，2003，12∶6-7.