混凝土超細摻合料的制備研究

李科，蔡林虎，徐達軍

（1. 江陰市會德商品混凝土有限公司，江蘇 江陰 214400，2. 江蘇恒大高性能材料有限公司，江蘇 常州 213000）

0 前言

基于這一理論發(fā)展起來的混凝土超細摻合料近年來在國內(nèi)許多地區(qū)已得到初步的推廣和應(yīng)用。超細摻合料可以顯著降低混凝土材料體系的初始孔隙率，有利于混凝土力學性能和耐久性能的提高。超細摻合料的原料多是價格低廉的工業(yè)廢渣，其推廣應(yīng)用有著良好的經(jīng)濟效益和社會效益[4-9]。本文分別研究粉煤灰、礦渣、鋼渣三種最常見的工業(yè)廢渣粒度與性能之間的關(guān)系，并依據(jù)各自的特點復(fù)合出性能優(yōu)異、制備成本較低的混凝土超細摻合料。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）水泥：鶴林 P·O42.5 水泥，標準稠度需水量比 28.7%，28d 抗壓強度 52.7MPa。

（2）粉煤灰：鎮(zhèn)江諫壁電廠原灰。

（3）礦渣：南鋼水淬?；郀t礦渣。

（4）鋼渣：南鋼熱燜鋼渣，已陳化粉化。

（5）三乙醇胺：工業(yè)級，純度 85%。

（5）細集料：Ⅱ區(qū)中砂（河砂），細度模數(shù) 2.6，含泥量 0.6%。

（6）粗集料：碎石（石灰石質(zhì)），5～25mm 連續(xù)級配。

近年來，我國學習韓語的人數(shù)逐漸上升，而相應(yīng)的學習教材卻相對缺乏，致使學生的韓語學習受到影響。由于人們對韓語教材的需求不斷加大，涉及韓國語言以及韓國文化方面的教材不斷出現(xiàn)在市面以及網(wǎng)絡(luò)中，使人們對韓語教材的需求得到了滿足。然而，這些韓語教材的質(zhì)量卻是良莠不齊，雖然大多數(shù)教材的質(zhì)量能夠得到保證，但其中一些韓語教材卻在內(nèi)容以及質(zhì)量上出現(xiàn)問題，這些教材由于存在內(nèi)容錯誤以及印刷不正規(guī)等問題致使韓語教師的教學過程受到影響。

（7）外加劑：PCA-1 高性能減水劑（江蘇博特），減水率 25%。

粉煤灰、礦渣和鋼渣的化學組成見表 1。

表1 粉煤灰、礦渣和鋼渣的化學組成 %

1.2 試驗方法

采用 Φ500×500mm 試驗?zāi)C分別粉磨粉煤灰、礦渣和鋼渣，調(diào)整粉磨時間，達到不同細度。參照 GB/T 8074—2008《水泥比表面積測定方法勃氏法》檢測粉磨后粉體的比表面積，參照 GB∕T 51003—2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》檢測粉體的活性指數(shù)。將超細摻合料應(yīng)用于 C40 混凝土中，參照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB /T 50081—2002《普通混凝土力學試驗方法》測試混凝土的坍落度及7d、28d 抗壓強度。C40 混凝土配比見表 2。

表2 C40 混凝土配合比 kg/m3

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰超細摻合料的性能研究

將原灰在試驗?zāi)ブ蟹勰?，粉磨時加入原灰質(zhì)量萬分之一的三乙醇胺，降低顆粒團聚對粉磨效率的影響，調(diào)整原灰在試驗?zāi)ブ械姆勰r間，得到不同細度的粉煤灰，試驗結(jié)果如表3和圖1所示，參照 GB∕T 51003—2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》檢測粉煤灰的活性指數(shù)，測試結(jié)果如表3和圖2所示。

圖1 粉磨時間與粉煤灰比表面積的關(guān)系

圖2 粉磨時間與粉煤灰活性指數(shù)的關(guān)系

表3 粉磨時間與粉煤灰比表面積及活性指數(shù)的關(guān)系

結(jié)果表明：粉煤灰是一種易磨性良好的工業(yè)廢渣，增加粉磨時間可以有效提升粉煤灰的比表面積，而粉煤灰活性指數(shù)隨著比表面積的增加亦明顯提高，已有研究表明，當粉煤灰的粒徑降到 8μm 以下時，其 28d 活性可以達到 80% 以上[8]。對比試驗結(jié)果，說明當粉煤灰比表面積提升至 700m2/kg 以上，其 8μm 以下顆粒已占據(jù)了較大比例。結(jié)果同時表明，粉磨時間超過 40min 時，延長粉磨時間對比表面積以及活性指數(shù)增加的速度明顯放緩，粉磨時間超過 60min 后，粉煤灰的比表面積和活性指數(shù)變化更為微弱，就經(jīng)濟性而言，粉磨時間為40min 是較為理想的選擇。

2.2 礦粉超細摻合料的性能研究

將礦渣在試驗?zāi)ブ蟹勰?，粉磨時同樣加入三乙醇胺，調(diào)整礦渣在試驗?zāi)ブ械姆勰r間，得到不同細度的粉煤灰，試驗結(jié)果如表4和圖3所示，參照 GB∕T 51003—2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》檢測礦粉的活性指數(shù)，測試結(jié)果如表4和圖4所示。

表4 粉磨時間與礦粉比表面積及活性指數(shù)的關(guān)系

結(jié)果表明，礦粉的易磨性遠低于粉煤灰，粉磨120min 的細度僅與粉磨 30min 的粉煤灰相當。由于礦渣是高度玻璃態(tài)化的工業(yè)廢渣，幾乎沒有結(jié)晶態(tài)物質(zhì)，材料的反應(yīng)活性較高，粉體粒度的降低對其反應(yīng)活性的提升起著非常明顯的促進作用。試驗結(jié)果表明，礦粉的 7d 活性指數(shù)隨著粉磨時間的延長幾乎呈線性關(guān)系增加，當粉磨時間超過 100min 時，礦粉的 28d 活性增加非常緩慢，這是由于隨著礦粉中細顆粒占據(jù)的比例增加，礦粉后期的水化產(chǎn)物量減少，28d 活性指數(shù)增量較低。試驗結(jié)果表明，對于礦渣而言，粉磨時間為100min 是較為經(jīng)濟的選擇。

圖3 粉磨時間與礦粉比表面積的關(guān)系

圖4 粉磨時間與礦粉活性指數(shù)的關(guān)系

2.3 鋼渣粉超細摻合料的性能研究

將鋼渣在試驗?zāi)ブ蟹勰?，粉磨時加入三乙醇胺，調(diào)整鋼渣在試驗?zāi)ブ械姆勰r間，得到不同細度的鋼渣，試驗結(jié)果如表5和圖5所示，參照 GB/T 51003—2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》檢測鋼渣的活性指數(shù)，測試結(jié)果如表5和圖6所示。

表5 粉磨時間與鋼渣粉比表面積及活性指數(shù)的關(guān)系

圖5 粉磨時間與鋼渣粉比表面積的關(guān)系

圖6 粉磨時間與鋼渣粉活性指數(shù)的關(guān)系

結(jié)果表明：相對于粉煤灰和礦渣而言，鋼渣的易磨程度最差，由于鋼渣經(jīng)高溫熔融形成“死燒”，其結(jié)晶程度最高，顆粒本征強度最高，反應(yīng)活性最低，盡管鋼渣中含有 C3S 和 C2S，但鋼渣中的 C3S 和 C2S 中所含的晶體缺陷遠低于水泥熟料，水化活性需要較長時間才能發(fā)揮出來，所以鋼渣粉的 28d 活性指數(shù)隨著比表面積的增加較為明顯，而 7d 活性指數(shù)增加較為緩慢。試驗數(shù)據(jù)顯示，鋼渣粉磨時間 120min 較為經(jīng)濟。

2.4 粉煤灰、礦渣、鋼渣三種超細摻合料的優(yōu)化匹配

在粉煤灰、礦渣和鋼渣三種工業(yè)廢渣中，礦渣由于其較高的水化活性，綜合利用率已達 100%，價格亦與水泥相當，粉煤灰和鋼渣價格較為低廉，而鋼渣的易磨性較差，粉磨成本較高，因此，在三種超細摻合料中，礦粉的性能最優(yōu)，而粉煤灰的價格最為低廉，盡管鋼渣應(yīng)用的性價比最低，但其堿度最高，適量的鋼渣摻入有利于提升超細摻合料的鈣含量，促進火山灰反應(yīng)的進行。結(jié)合三種超細摻合料單獨粉磨的試驗結(jié)果，選用粉磨時間為 40min 的粉煤灰、粉磨時間為 100min 的礦粉、粉磨時間為 120min 的鋼渣粉為復(fù)合摻合料的原料，基于鋼渣粉的性能價格比最低，在制備復(fù)合摻合料時，設(shè)定鋼渣粉的用量為 20%（用于補充摻合料的鈣源），調(diào)整粉煤灰和礦粉的比例（如表6所示），測試復(fù)合摻合料的活性指數(shù)，如圖7所示。

試驗結(jié)果表明，三種超細摻合料復(fù)合后，其活性指數(shù)均高于三者的加權(quán)平均值，說明超細摻合料在水化時，三者的化學成分具有相互促進的作用，當鋼渣、粉煤灰和礦粉三者的比例為 1∶1∶3 時，復(fù)合摻合料的活性指數(shù)較純超細礦渣粉略有下降，而制備成本卻明顯降低，因此使用鋼渣、粉煤灰和礦粉三者的比例為 1∶1∶3制備復(fù)合超細摻合料的性價比較高。將此摻合料取代50% 的水泥應(yīng)用于 C40 混凝土中，混凝土的坍落度和坍落度經(jīng)時損失都略優(yōu)于基準，7d 和 28d 強度均較基準提高了約 3MPa，詳見表 7。

表6 復(fù)合摻合料中各物料的比例

圖7 復(fù)合摻合料的活性指數(shù)

表7 C40 混凝土的工作性能及力學性能

3 結(jié)論

（1）當粉煤灰比表面積提升至 700m2/kg 以上，其水化活性明顯提升，28d 活性指數(shù)已超過 80%，就經(jīng)濟性而言，粉磨時間為 40min 是較為理想的選擇。

（2）粉磨時間為 100min 時，礦粉的比表面積約為500m2/kg，7d 活性指數(shù)接近 100%，而 28d 活性指數(shù)更是高達 118%。比表面積超過 500m2/kg 后，礦粉 28d 活性指數(shù)幾乎不再增加。

（3）鋼渣的易磨程度最差，水化活性需要較長時間才能發(fā)揮，鋼渣粉的 28d 活性指數(shù)隨著比表面積的增加較為明顯，而 7d 活性指數(shù)增加較為緩慢。試驗數(shù)據(jù)顯示，鋼渣粉磨時間 120min 較為經(jīng)濟。

（4）三種超細摻合料復(fù)合后，其活性指數(shù)均高于三者的加權(quán)平均值，當鋼渣、粉煤灰和礦粉三者的比例為 1∶1∶3 時，制備復(fù)合超細摻合料的性價比最高。