低品質(zhì)摻合料在混凝土中有效利用的研究Ⅱ
摘要：研究了采用混合共磨低品質(zhì)摻合料所配制混凝土的各種性能，結(jié)果表明：低品質(zhì)摻合料混凝土抗壓強度發(fā)展理想，后期強度增長顯著；采用ASTM C1202方法測試混凝土抗氯離子滲透性能明顯優(yōu)于同摻量Ⅱ級灰混凝土；抗碳化性能滿足耐久性要求；采用ICBO標(biāo)準(zhǔn)法測試混凝土抗裂性能良好，優(yōu)于同摻量Ⅱ級灰混凝土。
關(guān)鍵字：低品質(zhì)摻合料：混凝土：抗壓強度：耐久性
O 引言
通過對低品質(zhì)粉煤灰與礦渣（磷渣）混合共磨后所得摻合料的細度、活性和需水量比等基本性能的研究分析[1],發(fā)現(xiàn)其各種性能較好，為復(fù)合摻合料在混凝土中的使用提供了部分理論解釋以及發(fā)揮作用的技術(shù)依據(jù)。目前，對于低品質(zhì)摻合料在混凝土中的應(yīng)有已有很多研究和探討[2-6].但是，由于混凝土這種材料比較復(fù)雜，復(fù)合摻合料基本性能雖將明顯影響混凝土性能，但并不能完全判定兩者的相關(guān)性，必須經(jīng)過系統(tǒng)的混凝土試驗來驗證對混凝土性能發(fā)揮的作用。
1 試驗材料與方法
1.1 原材料
試驗采用文獻[1]中所得混合共磨低品質(zhì)摻合料，其中主要應(yīng)用FS50和FP65系列。水泥采用拉法基P.O.42.5水泥；石子分為大石和小石，其最大粒徑分別為31.5mm~16.0mm,連續(xù)級配，主要技術(shù)指標(biāo)如表l所示；砂同時采用了機制砂和山砂，主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示，其中砂石檢測參照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52-2006）執(zhí)行；減水劑為北京密云產(chǎn)高效減水劑，減水率10%~25%,推薦摻量0.5%~1%.
1.2 試驗方法
混凝土配合比設(shè)計參照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55-2000），混凝土新拌性能檢測和力學(xué)性能測試參照GB/T 50080 2002和GB/T 50081-2002,碳化性能按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》（GBJ 82-85）進行試驗，氯離子滲透試驗參照ASTM C 1202.97 Standard Test Method for Electrical Indication of Concretes Ability to Resist Chloride Ion Penetration 進行，混凝土抗裂性能試驗參照ICBO標(biāo)準(zhǔn)法[7],采用刀口約束法試驗。
2 試驗結(jié)果與分析
我們在120組配合比設(shè)計和試配的基礎(chǔ)上，經(jīng)過進一步反復(fù)調(diào)試，確定了混凝土性能系統(tǒng)試驗的基本配合比，作為對比分析的基礎(chǔ)。所確定的配合比中水泥用量和摻合料摻量都是比較經(jīng)濟的，摻合料為新磨摻合料，基本配合比情況見表3.
2.1 混凝土抗壓強度
2.1.1 關(guān)于混合共磨和分磨混摻對混凝土抗壓強度的影響
首先進行了混合共磨的復(fù)合摻合料與單獨粉磨混合復(fù)合摻合料混凝土抗壓強度的對比試驗。摻合料為新磨摻合料，細度與工業(yè)生產(chǎn)十分接近，放置時問為20天，抗壓強度以及有關(guān)情況見表4.
從表4可以看出：（1）混合共磨的FS50混凝土比分磨混摻的復(fù)合摻合料混凝土強度高約一個強度等級，僅設(shè)計強度等級C60情況相當(dāng)；（2）FS50復(fù)合摻合料混凝土強度規(guī)律與活性等基本性能分析規(guī)律吻合；（3）FP65則大大優(yōu)于文獻[1]中活性等基本性能分析規(guī)律，在混凝土試驗中卻表現(xiàn)出良好的結(jié)果，尤其是良好的拌合物工作性能和強勁的后期強度增長，用于一般強度等級不高的混凝土或大體積混凝土可有較好的效益。這也說明原材料試驗結(jié)果與混凝土試驗結(jié)果并非成線性關(guān)系，即原材料性能試驗不能代替混凝土性能試驗。（4）表4中抗壓強度比設(shè)計強度等級的試配強度偏高（高出約1-2個強度等級），主要原因是新磨摻合料放置時間為20天，活性較高，以及有關(guān)試驗環(huán)境的影響等。
2.1.2 關(guān)于復(fù)合摻合料與II級粉煤灰混凝土抗壓強度對比試驗
本試驗采用的摻合料全部為工業(yè)化生產(chǎn)，且摻合料放置時間較長，約三個月，混凝土抗壓強度以及有關(guān)情況見表5.根據(jù)表5試驗結(jié)果可以得出：（1）無論是FS50,還是FP65,復(fù)合摻合料混凝土強度遠遠高于同摻量的II級粉煤灰，除C40僅高出一個強度等級外，其它均高出約兩個強度等級以上；3d強度也優(yōu)于Ⅲ級粉煤灰混凝土；（2）基本配合比相同，35%復(fù)合摻合料混凝土與25%摻量II級灰混凝土相比，抗壓強度相當(dāng)；（3）表5中復(fù)合摻合料混凝土抗壓強度低于表4同配合比的數(shù)值，反映出復(fù)合摻合料不宜長時間存放，當(dāng)然這不僅是復(fù)合摻合料的情況，同樣也適用其它各種人工粉磨的摻合料。本試驗復(fù)合摻合料放置時間約三個月，建議實際生產(chǎn)應(yīng)用宜控制在50天以內(nèi)。
2.1.3 關(guān)于大摻量復(fù)合摻合料與25%摻量Ⅱ級灰混凝土抗壓強度對比試驗
本試驗?zāi)z凝材料總量與其它材料的配合比與表3基本一致，所不同的是在膠凝材料總量中，復(fù)合摻合料摻量為45%,這也是在前述配合比工作基礎(chǔ)上，經(jīng)確認(rèn)對本復(fù)合摻合料較為適宜的大摻量；Ⅱ級灰混凝土情況類同，不同的是在膠凝材料總量中的粉煤灰摻量為25%,是當(dāng)前普遍認(rèn)同的常用混凝土的最佳摻量范圍?；炷量箟簭姸仍囼灥呐浜媳?、抗壓強度以及有關(guān)情況見表6.
表6試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）對于FS50,在C50以上強度范圍內(nèi)，大摻量復(fù)合摻合料混凝土28d強度不低于25%摻量II級灰混凝土；（2）對于FP65,在C30和C40強度范圍內(nèi)，大摻量復(fù)合摻合料混凝土28d強度不高于25%摻量II級灰混凝土：C30情況相當(dāng)，C40情況略低（10%左右）；（3）大摻量復(fù)合摻合料混凝土3d和7d強度低于25%摻量Ⅱ級灰混凝土，說明大摻量復(fù)合摻合料混凝土早期強度偏低。
2.2 混凝土耐久性能
2.2.1 混凝土氯離子滲透試驗
氯離子滲透性可反映混凝土的密實性，也可對文獻[1]中關(guān)于復(fù)合摻合料化學(xué)成分、細度、活性、微觀結(jié)構(gòu)和需水量比等基本性能分析正確與否進行判定，更重要的是可直接檢驗復(fù)合摻合料對混凝土性能發(fā)揮的作用。
采用氯離子滲透方法檢驗摻加摻合料的混凝土密實性，受到摻合料自身電阻及其對混凝土電阻的影響，所以對密實性的判斷會產(chǎn)生干擾。盡管如此，對于同摻量復(fù)合摻合料和Ⅱ級粉煤灰比較是可比的，前者電阻的影響應(yīng)不大于后者；另外，摻量增加會導(dǎo)致電阻增大，但在一定范圍內(nèi)，
結(jié)果還是可以參考的。
表7給出了氯離子滲透試驗結(jié)果，從中發(fā)現(xiàn)：（1）對于FS50復(fù)合摻合料混凝土，在本試驗的范圍內(nèi)，混凝土強度在60MPa以上，氯離子滲透值可達1000庫侖以下，具有高抗氯離子滲透性；混凝土在50MPa以上，氯離子滲透值可達1500庫侖以下，具有較高的抗氯離子滲透性。（2）復(fù)合摻合料混凝土的抗氯離子滲透性能明顯高于同摻量Ⅱ級灰混凝土。（3）對于同一摻量，抗壓強度較高的復(fù)合摻合料混凝土比強度較低的混凝土抗氯離子滲透性能高；Ⅱ級粉煤灰混凝土也有同樣表現(xiàn)。（4）分析復(fù)合摻合料提高混凝土抗氯離子性能的原因有：①由于復(fù)合粉磨的原因，優(yōu)化了顆粒級配，使混凝土中的顆粒結(jié)合更加密實，提高了其抗氯離子性能；②水化產(chǎn)物可能更加致密。
2.2.2 混凝土碳化性能試驗
復(fù)合摻合料對混凝土抗碳化性能的影響是復(fù)雜的，一方面由于代替水泥使混凝土中堿性削弱，而另一方面，如前面對抗氯離子滲透性能的分析驗證，使混凝土密實性提高，那么，綜合作用如何，能否滿足使用要求，試驗結(jié)果如表8所示。可以得出：（1）復(fù)合摻合料混凝土碳化深度都明顯小于20mm,符合耐久性要求；（2）對于同強度等級的基本配合比，35%復(fù)合摻合料混凝土碳化小于25%摻量的II級粉煤灰混凝土；（3）隨著復(fù)合摻合料混凝土抗壓強度的提高，抗碳化性能明顯提高。
2.2.3 混凝土抗裂性能
研究抗裂性能時將某建工集團攪拌站原配合比與復(fù)合摻合料混凝土進行對比對比，試驗情況見表9和圖1.結(jié)合表9和圖1可以看出：（1）與某建工集團攪拌站原配合比混凝土比較，復(fù)合摻合料混凝土抗裂性能明顯提高，總體抗裂水平也高于Ⅱ級粉煤灰混凝土。（2）對于FS50復(fù)合摻合料，在較高強度范圍內(nèi)，隨著強度的提高，裂縫傾向增大，但不大于Ⅱ級粉煤灰混凝土。（3）復(fù)合摻合料混凝土抗裂性能較好的原因為：①復(fù)合摻合料需水量低，使水灰比較低，且拌合物性能良好；②由于水灰比低，以及復(fù)合摻合料活性、細度等基本性能優(yōu)越，使混凝土膠凝材料總量較低；③復(fù)合摻合料級配以及微觀結(jié)構(gòu)較合理等。
圖1 不同配合比的單位開裂面積比較
3 結(jié)論
?。?）采用Ⅲ級粉煤灰與礦渣或與磷渣混合共磨所得礦物摻合料能夠用于配制混凝土，所得混凝土抗壓強度明顯高于分磨混摻的復(fù)合摻合料混凝土，而且FP系列摻合料混凝土工作性能良好、后期強度增長顯著；復(fù)合摻合料混凝土強度遠遠高于同摻量的Ⅱ級粉煤灰，3d強度也優(yōu)于II級粉煤灰混凝土；大摻量（摻量45%）復(fù)合摻合料混凝土早期強度偏低，28d強度與25%摻量Ⅱ級灰混凝土相差不多。
?。?）復(fù)合摻合料混凝土耐久性能良好，抗氯離子滲透性能明顯高于同摻量Ⅱ級灰混凝土，具有較高的抗氯離子滲透性能；對于同強度等級的基本配合比，35%復(fù)合摻合料混凝土碳化深度小于25%摻量的Ⅱ級粉煤灰混凝土；復(fù)合摻合料混凝土碳化深度都明顯小于20mm,符合耐久性要求；混凝土抗裂性能較好，總體抗裂水平也優(yōu)于同摻量Ⅱ級粉煤灰混凝土。
因此，低品質(zhì)復(fù)合摻合料可以應(yīng)用于混凝土工程，而且能夠取得較好的效果。
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