輔助膠凝材料對(duì)水泥漿體工作性的影響研究

沈 曉 菊

(寧波寧大工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，浙江 寧波 315200)

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輔助膠凝材料對(duì)水泥漿體工作性的影響研究

沈 曉 菊

(寧波寧大工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，浙江 寧波 315200)

采用水泥凈漿和水泥膠砂，分別研究了復(fù)摻輔助膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間和流動(dòng)性，結(jié)果表明，偏高嶺土的反應(yīng)活性最高；粉煤灰、礦渣復(fù)摻時(shí)膠砂流動(dòng)度較大，摻偏高嶺土的膠砂流動(dòng)度低于空白及其他復(fù)摻輔助膠凝材料，這與其比表面積最大有關(guān)。

粉煤灰，礦渣，硅灰，偏高嶺土

0 引言

水泥基材料是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，每年都要消耗大量的水泥，水泥生產(chǎn)不僅需要大量的石灰?guī)r、粘土等原材料及能源，每生產(chǎn)1 t水泥熟料還將向大氣排放約1 t二氧化碳，造成大氣污染，引發(fā)溫室效應(yīng)和酸雨。為保護(hù)環(huán)境，降低能耗，當(dāng)前主要采用摻加工業(yè)廢渣、天然或人工火山灰等輔助膠凝材料取代水泥，達(dá)到降低水泥用量的目的。2015年我國(guó)水泥產(chǎn)量為23.4億t，同比下降4.9%，與大量輔助性膠凝材料取代了水泥用量密切相關(guān)。

大量研究表明[1,2]，采用輔助性膠凝材料取代水泥，不僅能減少水泥用量，降低成本，而且提高了混凝土性能。粉煤灰、礦渣和硅灰是較為傳統(tǒng)的輔助膠凝材料，對(duì)這些材料的研究也較為深入全面。一般認(rèn)為，硅灰的活性最高，粉煤灰的活性最低。但硅灰的需水量比較大，且來(lái)源很有限，價(jià)格昂貴，不適合大量用于混凝土工程[3-5]。近年來(lái)，人們對(duì)偏高嶺土的利用越來(lái)越關(guān)注，并進(jìn)行了較多的研究。偏高嶺土是通過(guò)煅燒高嶺土而得到，具有一定化學(xué)活性的介穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，由于非晶態(tài)游離的Al2O3·2SiO2的存在，偏高嶺土具有很高的火山灰活性[6,7]。我國(guó)的高嶺土礦藏資源豐富，且廣泛分布于全國(guó)各地，所以偏高嶺土的來(lái)源穩(wěn)定。文獻(xiàn)研究表明[8]，配制混凝土?xí)r，采用輔助膠凝材料等量取代水泥，不僅利用了工業(yè)廢渣，降低了成本，還提高了混凝土性能，尤其是耐久性。

為了優(yōu)選合適的復(fù)合膠凝材料配制混凝土，闡明偏高嶺土的作用效應(yīng)，針對(duì)具體的粉煤灰、礦渣、硅灰和偏高嶺土原材料，有必要對(duì)不同膠凝材料組合進(jìn)行工作性的研究，以確定配制混凝土用最佳的膠凝材料組合。

1 原材料與配合比

水泥：浙江海螺42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，其物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1；粉煤灰：鎮(zhèn)海電廠二級(jí)粉煤灰，密度2.36 g/cm3，比表面積為402 m2/kg；礦渣為S95級(jí)別，密度2.85 g/cm3，比表面積為436 m2/kg；偏高嶺土：密度2.6 g/cm3，比表面積為15 000 m2/kg；硅灰：密度2.25 g/cm3，比表面積為18 500 m2/kg；砂：普通河砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，Ⅱ區(qū)級(jí)配合格；水：自來(lái)水。試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2，表3，所有配合比中輔助膠凝材料總摻量為等量取代水泥質(zhì)量30%。減水劑為市售聚羧酸類。

表1 P.O42.5水泥的物理力學(xué)性能

2 制備與測(cè)試方法

按照表2配合比稱料，采用凈漿攪拌機(jī)成型凈漿試件，然后按照GB/T 1346—2011水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定。并成型水泥膠砂試件，水膠比為0.3，配合比見(jiàn)表3，按照GB/T 2419—2005水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法進(jìn)行試驗(yàn)，如圖1，圖2所示，待跳桌振動(dòng)完畢后，用卡尺測(cè)量膠砂底面互相垂直的兩個(gè)方向直徑，計(jì)算平均值，取整數(shù)，單位為mm。該平均值即為該水量的水泥膠砂流動(dòng)度。

表2 凈漿試驗(yàn)配合比 g

表3 膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)配合比 g

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 輔助膠凝材料對(duì)水泥漿體凝結(jié)時(shí)間的影響

凝結(jié)時(shí)間是指導(dǎo)施工的重要技術(shù)參數(shù)，膠凝材料凝結(jié)時(shí)間越短，說(shuō)明其反應(yīng)活性越高、水化越快，早期強(qiáng)度發(fā)展越快。通常，輔助膠凝材料取代水泥后，由于大部分輔助性膠凝材料本身活性不如水泥，所以取代后的膠凝材料體系水化都會(huì)變慢，將影響早期強(qiáng)度發(fā)展，不利于預(yù)應(yīng)力混凝土、抗凍融混凝土或冬季施工。

表4是對(duì)配合比中的各凈漿試樣的凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果。由表4中數(shù)據(jù)可知，在輔助膠凝材料取代水泥總量為30%時(shí)，摻加15%偏高嶺土的A4和摻20%偏高嶺土的A5試件的初凝、終凝時(shí)間均為最短，即使只摻10%偏高嶺土的A6，初凝和終凝時(shí)間也比基準(zhǔn)試件A1要短。這說(shuō)明偏高嶺土的活性要高于純水泥。摻加硅灰3%和5%的A7和A8試件的初凝、終凝時(shí)間與基準(zhǔn)水泥試件相當(dāng)，但在粉煤灰摻量達(dá)到27%，25%的時(shí)候，初凝時(shí)間比基準(zhǔn)試件A1還短，這也說(shuō)明硅灰的活性也高于純水泥。當(dāng)粉煤灰、礦渣復(fù)合取代30%水泥用量時(shí)，A2和A3試件的初凝和終凝時(shí)間都長(zhǎng)于基準(zhǔn)水泥試件，這表明粉煤灰、礦渣復(fù)合后活性不如純水泥。

表4 凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果

表5 水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定結(jié)果 mm

3.2 輔助膠凝材料對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響

采用水泥膠砂，研究各種復(fù)合輔助膠凝材料對(duì)其流動(dòng)度的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，復(fù)合摻粉煤灰、偏高嶺土的膠砂流動(dòng)度值偏小，隨著偏高嶺土摻量增加，流動(dòng)度值降低，在偏高嶺土摻量達(dá)到20%時(shí)最小，僅為10.38；復(fù)合粉煤灰、硅灰時(shí)，M7和M8的流動(dòng)度也較小，在12 cm波動(dòng)，隨著硅灰摻量增加，流動(dòng)度有所下降。復(fù)合粉煤灰、礦渣時(shí)，膠砂的流動(dòng)度較大，當(dāng)復(fù)合10%粉煤灰、20%礦渣時(shí)，膠砂的流動(dòng)度達(dá)到最大值15.18 cm。這應(yīng)歸因于粉煤灰和礦渣相比偏高嶺土和硅灰而言，比表面積較小，需水量比較小，且粉煤灰主要由球狀玻璃體構(gòu)成，本身吸水少，球狀結(jié)構(gòu)兼具形態(tài)效應(yīng)，能減小顆粒之間運(yùn)動(dòng)的摩擦力。空白膠砂(M1)的流動(dòng)度較大，僅次于復(fù)合10%粉煤灰、20%礦渣膠砂(M3)，這是因?yàn)橄啾绕邘X土和硅灰，水泥顆粒亦較粗，需水量較小。

4 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)比空白水泥膠凝材料，在等量取代30%水泥質(zhì)量條件下，復(fù)合粉煤灰、偏高嶺土的膠凝材料體系的凝結(jié)時(shí)間最短，其次是復(fù)合粉煤灰、硅灰膠凝材料，只有復(fù)合粉煤灰、礦渣膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)于空白水泥膠凝材料。

2)在等量取代30%水泥質(zhì)量條件下，復(fù)合粉煤灰、偏高嶺土的膠凝材料體系的活性最高，其次是復(fù)合粉煤灰、硅灰膠凝材料，上述兩種復(fù)合膠凝材料體系的活性均高于空白水泥體系。

3)粉煤灰和礦渣的比表面積小于偏高嶺土和硅灰，需水量比較小，當(dāng)復(fù)合10%粉煤灰、20%礦渣時(shí)，膠砂的流動(dòng)度達(dá)到最大值15.18 cm。

4)隨著偏高嶺土和硅灰摻量增加，復(fù)合粉煤灰的水泥膠砂流動(dòng)度均有所下降。

[1] 馮 奇，巴恒靜，范征宇，等.微粉增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的早期界面顯微結(jié)構(gòu)研究[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2003,20(4):72-76.

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[4] 丁 星,蒲心誠(chéng).水泥活性礦物摻合料增強(qiáng)效應(yīng)統(tǒng)計(jì)模型研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1999,27(4):401-407.

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[8] 劉紅彬,盛星漢,唐偉奇，等.偏高嶺土高性能混凝土的強(qiáng)度和抗氯離子滲透性研究[J].公路，2015(2):880-884.

Study on the influence of supplementary cementitious material upon cement slurry working performance

Shen Xiaoju

(Ningbo Ningda Engineering Construction Supervision Co., Ltd, Ningbo 315200, China)

Applying cement paste and cement mortar, the paper respectively studies setting time and fluidity of mixing supplementary cementitious materials. Results show that: the reactivity of metakaolin is the highest, the fluidity of mortar with mixing fly and slag is bigger, the fluidity of metakaolin mortar is lower than other supplementary cementitious materials, which is decided by its surface area.

fly ash, slag, silica fume, metakaolin

1009-6825(2016)30-0116-02

2016-08-14

沈曉菊(1982- )，女，工程師

TU525

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