矿粉与粉煤灰双掺技术在混凝土中的应用

魏育云

在保证混凝土质量和耐久性的前提下,降低混凝土成本一直是我们极力追求的目标。我国在最近几年才逐步重视矿粉作为活性掺合料的应用技术,矿粉作为一个独立的产品一出现在建筑市场,就广泛应用于混凝土中。粉煤灰和矿粉“双掺”应用技术,由于这项技术的巨大潜力,可观的经济效益,以及对混凝土性能和耐久性的显著提高,使得其以惊人的速度迅速推广。复掺粉煤灰和矿粉的混凝土不仅能够降低混凝土的生产成本,降低环境污染程度,更重要的是它能够改善混凝土的和易性和可泵性,降低坍落度损失,减少混凝土的早期开裂现象,提高混凝土的耐久性。

1 现状分析

近年来,我公司所有在建或已交工工程的混凝土配合比设计中,矿物掺合料只有粉煤灰,粉煤灰取代了部分水泥,为降低混凝土的生产成本做出了贡献。由于粉煤灰的应用技术已非常成熟,其早期强度发展慢,在掺量上又有严格的控制,很难再有潜力可挖。机械方面,由于我公司现有混凝土罐泵车磨损较严重,在施工过程中,为了满足泵车,防止出现堵管现象,经常被动地调整配合比,影响了混凝土强度。土建专业的施工人员都有这样的体会,商品混凝土比我们的混凝土和易性好,易泵送。据调查,大同市现有商品混凝土搅拌站十几家,在商品混凝土配合比设计中,全部采用粉煤灰和矿粉“双掺”技术,因此,其和易性较好,并且获得了很好的经济效益。

2 矿粉与粉煤灰的化学成分

矿粉是以高炉矿渣为主要原料,经过干燥、粉磨处理而制成的超细粉末材料,矿粉的质量稳定,因为从炼铁高炉排出的废渣由于对所制成生铁的成分有严格的要求,进而对炼铁过程中的所有物料投放配比有严格的控制,因此其副产品——矿渣的化学组成得以稳定控制。粉煤灰来源于电厂排放的烟气经收尘处理后收集得到的飞尘。一般粉煤灰含有很高的SiO2,Al2O3,但CaO含量却非常低(1%～5%)。矿粉则具有与普通硅酸盐水泥非常相近的化学成分,如CaO:30%～42%,SiO2:35%～38%,Al2O3:10%～18%,MgO:5%～14%等。在普通水泥中单独掺入粉煤灰工作性能较好,但对早期强度有负面影响,单独掺入矿粉对早期强度的影响较小,但工作性能不好。双掺后可产生复合效应,起到优势互补的作用。

3 复掺矿粉和粉煤灰混凝土的优良性能

矿粉和粉煤灰可等量或超量取代水泥,大大节约水泥用量,降低水化热,减少温度应力而造成的混凝土裂缝。由于矿粉需水量低,可降低混凝土水胶比,掺入矿粉和粉煤灰,可以增加混凝土的流动性,易泵送,改善混凝土和易性,提高新拌混凝土内聚性,改善水泥浆体的微观结构,增大混凝土的密实性,从而提高混凝土强度和耐久性。适合于高强、高流动性、大体积等混凝土的使用。

3.1 减少坍落度损失

坍落度损失是施工现场比较头疼的问题,如果坍落度损失过大,混凝土就会失去流动性和工作性,造成施工困难,而且施工现场为了恢复混凝土的流动性和工作性而不可避免的加水和外加剂,从而影响混凝土的质量。在混凝土中掺入矿粉和粉煤灰,因其化学活性没有纯水泥那么高,所以在搅拌后的最初两小时混凝土的流变性易于控制,尤其能减小混凝土的坍落度损失,对施工非常有利。

3.2 大大提高混凝土的耐久性

众所周知,混凝土中石子的空隙由砂子来填充,砂子的空隙由水泥和粉煤灰来填充,由于磨细矿粉比水泥和粉煤灰还细,所以它又填充了水泥和粉煤灰的空隙,而且矿粉中的活性SiO2,Al2O3与水泥中C2S,C3S水化产生的Ca(OH)2反应,增加了密实度。大小粒子堆积、填充,降低了空隙尺寸,产生的微细结构和孔结构比普通水泥石细得多,这样就大大减少了离子扩散率,获得优良的抗腐蚀性和耐久性。

3.3 对混凝土的显著增强作用

掺矿粉和粉煤灰的混凝土早期强度(3 d,7 d)比空白混凝土的早期强度略低,由于矿粉的超细化,填充了水泥和粉煤灰粒子的空隙,使混凝土更加密实,再加上矿粉中的SiO2,Al2O3与水泥水化生成的Ca(OH)2发生二次水化,产生硅酸盐凝胶,使硅酸盐凝胶数量比普通水泥混凝土多许多,所以复掺矿粉和粉煤灰混凝土的后期强度比普通混凝土后期强度高130%以上。

4 复掺矿粉和粉煤灰混凝土在施工中应注意的问题

1)夏季施工对双掺矿粉和粉煤灰混凝土强度增长有利,但应注意混凝土表面保湿,确保其有充分的水化硬化环境。2)冬季施工由于气温较低,混凝土强度增长缓慢,应适当降低矿粉和粉煤灰的掺量,同时遵照国家有关冬季施工规范,采取必要的保温措施,确保混凝土强度满足设计要求。3)早期养护混凝土应在终凝前进行(洒水、覆盖塑料薄膜等),养护时间比普通混凝土适当延长。4)复掺矿粉和粉煤灰混凝土在搅拌过程中,要延长混凝土的搅拌时间。5)复掺矿粉和粉煤灰混凝土配合比设计中应注意的问题:a.由于矿粉细度远高于普通水泥,与普通混凝土相比,掺矿粉混凝土需水量约增加5%;b.配合比设计中,应选用与矿粉适应性好的外加剂,通过试验确定外加剂的掺量,使混凝土同时满足工作性能和强度的要求,不能随意增加拌合用水;c.与普通混凝土一样,掺矿粉混凝土配合比需经过初步配合比设计、试验室试配、现场试拌三个阶段由相关技术人员完成。

5 试验结果

试验结果见表1。

表1 试验结果

6 结语

矿粉和粉煤灰是混凝土的一个非常有效的高性能矿物掺合料,掺入矿粉和粉煤灰,可以大幅度降低混凝土成本,同时大幅度提高混凝土强度、施工性能、大大提高混凝土的耐久性、降低混凝土水化热。所以,在混凝土中掺入矿粉和粉煤灰利大于弊,可以配制成低成本高性能的混凝土。

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