硅藻土作高性能混凝土摻合料的研究

摘要:本文主要介紹了煅燒硅藻土的化學(xué)組成、物理性能、物質(zhì)結(jié)構(gòu),作為高性能混凝土的摻合料通過與硅灰對(duì)比試驗(yàn),煅燒硅藻土作為高性能混凝土的摻合料各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于硅灰,且價(jià)格低廉。

關(guān)鍵詞:煅燒硅藻土;摻合料;試驗(yàn)

1.引言

    隨著形式的發(fā)展,商品混凝土得到了廣泛地應(yīng)用。泵送商品混凝土要求有很好的流動(dòng)性、強(qiáng)度和耐久性。滿足這種要求的摻合料,有硅灰、煅燒硅藻土、沸石和超細(xì)礦渣、粉煤灰等數(shù)種。其中硅灰雖然性能好,但價(jià)格昂貴,難于大量推廣應(yīng)用。煅燒硅藻土,有充足的原料,有良好的化學(xué)活性,表面能高,微集料填充效應(yīng)和增強(qiáng)效果,同時(shí)又能使混凝土獲得較高的耐久性,因此是制備高強(qiáng)、高耐久性、可泵性好的泵送混凝土的優(yōu)質(zhì)摻合料。

2.性能

    煅燒硅藻土呈米黃色,粉狀,具有獨(dú)特的有序排列的微孔結(jié)構(gòu),性能穩(wěn)定,耐酸、微粒堅(jiān)硬、孔容大、比表面大,特別是內(nèi)比表面積大,有良好的火山灰性,其化學(xué)組成和物理性能如表1,常用摻合料的物化性能如表2。

表1   煅燒硅藻土的物化性能

摻合料

SiO2

Al2 O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

比表面積cm2/g

煅 燒 硅 藻 土

76.17

13.46

4.30

0.50

0.96

0.90

53.8萬

表2   常用摻合料的物化性能

摻合料

SiO2

Al2 O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

比表面積cm2/g

沸 石

70.33

13.22

1.49

2.33

1.20

0.13

4000.

礦渣

34.10

13.70

0.46

36.19

9.68

1.05

4500

粉煤灰

53.69

18.03

9.23

3.59

3.08

2.16

4200

硅灰

94.82

1.04

0.80

0

1.48

1.52

20萬

       硅藻土是由單細(xì)胞低等水生植物硅藻的遺骸堆積而成的,本質(zhì)是無定型SiO2 、是非晶體結(jié)構(gòu),即由硅氧四面體通過橋氧搭接而成的向三維空間發(fā)展的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中存在著等離子團(tuán)及其聚合物。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中硅藻四面體的聚合程度越低,則非晶體的穩(wěn)定性越強(qiáng)。經(jīng)過煅燒和超細(xì)粉碎的硅藻土,破壞了它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),斷裂了骨架,產(chǎn)生了大量斷裂的化學(xué)健,比表面積增加,表面能增大,可溶硅含量增加,負(fù)電位 絕對(duì)值增大,具有強(qiáng)大的火山灰性,當(dāng)與水泥中水化析出的CA(OH)2 發(fā)生反應(yīng),便迅速吸附CA(OH)電位也迅速提高,并由負(fù)電位轉(zhuǎn)變?yōu)橄码娢唬蒀-S-H凝膠,填充混凝土內(nèi)部孔隙,所以28D抗壓強(qiáng)度比在100‰以上。

      由于硅藻土具有大量有序排列的微孔結(jié)構(gòu),所以將其摻入到混凝土中,即具有“雙微孔系統(tǒng)”。在混合料中有吸水作用,在混凝土硬化過程中有“供水作用”,類似于“分子水庫”,這種良好的持水功能有效地降低了硅藻土微粒表面的局部水灰比,增加了混凝土的密實(shí)性,減少或者避免了粗集料下面由于內(nèi)分層現(xiàn)象所形成的水囊,提高了集料與砂漿界面的粘結(jié)力。還由于煅燒硅藻土,微孔暢通,粒度細(xì),比表面積大,與水泥結(jié)合的有效面積大,持水性好,所以對(duì)混合漿體的流動(dòng)度有顯著提高,坍落度損失降低,還有抗凍的效果,表3。

3.煅燒硅藻土作高性能混凝土摻合料試驗(yàn)

3.1原材料及配合比

混凝土拌和量13L

水  泥:廠名:興發(fā)   牌號(hào):拉法基   型號(hào):P·O42.5        用量:5.13kg

砂  子:產(chǎn)地:懷柔   品種:Ⅱ區(qū)中砂 Mx=2.9  βs=43.9%    用量:10.6.6kg

石  子:產(chǎn)地:懷柔   用量:(5~10mm)5.35kg,(10~20mm)8.2kg

外加劑:MNC-P2型泵送劑摻量C×1.0%            

摻合料:煅燒硅藻土     外摻法

試驗(yàn)依據(jù):GB8076-1997

試驗(yàn)環(huán)境:溫度20℃   濕度70%                   養(yǎng)護(hù)環(huán)境:標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)

3.2 硅藻土不同摻量的混凝土性能       

表3

 項(xiàng)目

 

名稱

摻合料摻量

C×%

外加劑摻量C×%

用水量

g

塌落度

mm

60min塌落度

保留值

mm

抗壓強(qiáng)度(MPa)

3d

7d

28d

MNC-P2

----

1.0

2500

208

162

13.94

21.31

33.75

硅藻土

1.0

1.0

2500

226

168

15.44

28.29

38.19

硅藻土

1.5

1.0

2500

207

164

15.84

29.16

40.09

硅藻土

2.0

1.0

2500

205

170

17.10

29.87

42.54

硅藻土

2.5

1.0

2520

202

170

16.94

29.06

41.74

      通過試驗(yàn)可以看出,硅藻土在泵送體系里,不同摻量下的用水量、坍落度及坍落度保留值均無太大變化,摻量在C×2%時(shí)各齡期的強(qiáng)度均高于其他摻量的各齡期強(qiáng)度,最佳摻量為外加2.0%。

3.3摻加硅藻土與硅灰的混凝土性能  (使用原材料及配合比與以上相同)        

表4

  項(xiàng)目

名稱

外加劑摻量C×%

摻合料摻量C×%

用水量

g

塌落度

mm

60min塌落度

保留值mm

抗壓強(qiáng)度(MPa)/ 抗壓強(qiáng)度比%

3d

7d

28d

基準(zhǔn)

----

----

3100

103

-----

17.50/100

23.59/100

28.52/100

特級(jí)硅灰

1.0

8

2530

210

175

24.78/141.6

32.70/138.6

39.13/137.2

IK硅灰

1.0

8

2860

216

167

24.54/145.9

33.58/142.3

39.66/139.1

慕湖I級(jí)硅灰

1.0

8

2700

208

168

24.61/140.6

34.05/144.3

40.92/143.5

慕湖II級(jí)硅灰

1.0

8

2950

215

158

22.30/127.4

30.37/128.7

37.75/132.4

貴州I級(jí)硅灰

1.0

8

2870

213

164

25.57/146.1

32.32/137.0

41.40/145.1

硅藻土

1.0

2

2500

212

178

25.18/143.9

37.22/157.7

43.23/151.5

      用煅燒硅藻土作高性能混凝土摻合料,與硅灰相比,煅燒硅藻土,對(duì)抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)度的貢獻(xiàn)是硅灰所不能比擬的。28d的抗壓強(qiáng)度可以提高10%,塌落度保留值也優(yōu)于硅灰的效果。

3.4 混凝土的最大滲水高度     (使用原材料及配合比與以上相同)          

表5

項(xiàng)目

拌合物

摻合料摻量C×%

最大滲水高度mm

基準(zhǔn)

----

全透

摻加慕湖I級(jí)硅灰混凝土

8

114

摻加硅藻土混凝土

2

108

通過試驗(yàn)可以看出混凝土中摻加硅藻土的的抗?jié)B性好于摻加硅灰的抗?jié)B性。

4.結(jié)語

1) 煅燒硅藻土作為一種高性能混凝土摻合料具有很好的增強(qiáng)效果,并優(yōu)于硅灰。

2) 有良好的保水性、流化性能和可泵性。

3) 摻量很少,即可好取得良好的改性效果。

4) 原料來源廣,成本低。

5) 提高混凝土耐久性,是環(huán)保型的綠色摻合料,對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐明  邱晴  王博編著   現(xiàn)代混凝土外加劑及摻合料    

[2] 林寶玉  吳紹章編著   混凝土工程新材料設(shè)計(jì)與施工

 作者簡介:周忠義(1970—),男,工程師

[工作單位]:北京慕湖外加劑有限公司

[單位地址]:北京·懷柔開利園78#   郵編:101400

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