不同礦物摻合料對(duì)蒸養(yǎng)水泥膠砂力學(xué)性能的影響★

王杭輝 蔣元海 陳雅蘭 周博文 賴(lài)正韜 周光正

(嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001)

0 引言

混凝土主要有蒸汽和標(biāo)準(zhǔn)兩種養(yǎng)護(hù)方式，蒸汽養(yǎng)護(hù)在我國(guó)的應(yīng)用所占比例近70%。蒸汽養(yǎng)護(hù)能夠使混凝土在短期內(nèi)獲得比較高的早期強(qiáng)度，并且縮短生產(chǎn)周期，但是也會(huì)造成水化產(chǎn)物不均勻、空隙結(jié)構(gòu)粗化，對(duì)蒸養(yǎng)水泥膠砂品質(zhì)、力學(xué)性能和耐久性造成一定的影響。影響蒸養(yǎng)水泥膠砂力學(xué)性能的因素有很多，其中包括水膠比、礦物摻合料和養(yǎng)護(hù)參數(shù)等。粉煤灰、礦渣等礦物摻合料具有潛在活性，能改善混凝土的耐久性，可以部分取代水泥。礦物摻合料能與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)，且高溫蒸養(yǎng)有利于水化反應(yīng)的進(jìn)行。因此礦物摻合料在蒸養(yǎng)水泥膠砂中的摻量有較大的提升空間。本文主要研究不同摻合料品種對(duì)蒸養(yǎng)水泥膠砂水化活性的影響。

1 膠砂試驗(yàn)原材料

水泥：P.O42.5R普通硅酸鹽水泥(“雙獅”牌水泥)強(qiáng)度42.5 MPa，比表面積300 m2/kg，密度為3.13 g/cm3。

砂:標(biāo)準(zhǔn)砂。

摻合料：1)無(wú)錫金木土科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“金木土”)；2)鎮(zhèn)江益杰特新材料科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“益杰特”)。

2 摻合料活性指數(shù)試驗(yàn)方法

2.1 水泥膠砂抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

膠砂試體的抗壓強(qiáng)度按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)GB/T 17671—1999進(jìn)行。

試驗(yàn)中試塊制作、成型、破型采用ISO法，養(yǎng)護(hù)采用“2.1.4蒸養(yǎng)活性指數(shù)檢驗(yàn)方法、2.1.5 試件制作及養(yǎng)護(hù)方法”。

設(shè)定蒸養(yǎng)水泥膠砂制品用摻合料膠砂試件蒸養(yǎng)的3 d，7 d，28 d的抗壓強(qiáng)度為R3，R7，R28和對(duì)比試塊的3 d，7 d，28 d的抗壓強(qiáng)度為R03，R07，R028。

2.2 水泥膠砂抗折試驗(yàn)

膠砂試體的抗壓強(qiáng)度按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法GB/T 17671—1999進(jìn)行，設(shè)定蒸養(yǎng)水泥膠砂制品用摻合料膠砂試件蒸養(yǎng)的3 d，7 d，28 d的抗折強(qiáng)度為F3，F(xiàn)7，F(xiàn)28和對(duì)比試件的3 d，7 d，28 d的抗壓強(qiáng)度為F03，F(xiàn)07，F(xiàn)028。

2.3 水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)

水泥膠砂流動(dòng)度的測(cè)定采用水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定儀，按水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法GB/T 2419—2005進(jìn)行。將拌好的膠砂試樣分兩層迅速裝入試模，第一層裝至截錐圓模高度的2/3處，用小刀在相互垂直的兩個(gè)方向各劃5次，然后用搗棒由邊緣至中心均勻搗壓15次；隨后裝第二層膠砂，裝至高出截錐圓模約20 mm，用小刀在相互垂直的兩個(gè)方向各劃5次，然后用搗棒由邊緣至中心均勻搗壓10次，搗壓后膠砂應(yīng)略高于試模；搗壓深度：第1層搗至膠砂高度的1/2，第2層搗實(shí)不應(yīng)超過(guò)已搗實(shí)底層表面，裝膠砂和搗壓時(shí)不要使其移動(dòng)。完畢刮平試模。將試模垂直輕輕提起，立刻開(kāi)動(dòng)跳桌，以每秒鐘一次的頻率(25±1)s內(nèi)完成25次跳動(dòng)。跳動(dòng)完畢后，用卡尺測(cè)量膠砂底面直徑及其垂直方向的直徑，計(jì)算平均值，結(jié)果取整數(shù)。

2.4 蒸養(yǎng)活性指數(shù)檢驗(yàn)方法

蒸養(yǎng)活性指數(shù)是指按GB/T 17671水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)有關(guān)要求制備40 mm×40 mm×160 mm膠砂試體，采用90 ℃飽和水蒸氣養(yǎng)護(hù)5 h后，測(cè)定并計(jì)算受檢膠砂與對(duì)比膠砂同齡期的抗壓強(qiáng)度之比。

2.5 試件制作及養(yǎng)護(hù)方法

膠砂攪拌按GB/T 17671 的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，攪拌完成后，進(jìn)行膠砂成型標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，24 h后脫模，然后放入蒸汽養(yǎng)護(hù)箱。試件蒸養(yǎng)程序：升溫期(2 h)→恒溫期(90 ℃恒溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間5 h)→降溫期(2 h)三個(gè)階段，蒸養(yǎng)的熱介質(zhì)為飽和水蒸氣。冷卻至室溫后，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)。

3 膠砂配合比

對(duì)比膠砂和試驗(yàn)?zāi)z砂配比如表1所示。

表1 膠砂配比 g

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 抗壓強(qiáng)度

90 ℃蒸養(yǎng)膠砂抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。

表2 90 ℃ 蒸養(yǎng)膠砂抗壓強(qiáng)度

分別對(duì)比上述兩種膠砂試件與對(duì)比試塊的抗壓強(qiáng)度及其隨齡期的變化規(guī)律。

根據(jù)表2，圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出蒸汽養(yǎng)護(hù)后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3 d時(shí)沒(méi) 有加入摻合料的空白對(duì)比組的樣品試塊的抗壓強(qiáng)度最大。隨著標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間增加，到了第7天時(shí)，各組試塊強(qiáng)度均有增加。其中益杰特的強(qiáng)度增加的最多，其強(qiáng)度已經(jīng)高于對(duì)比樣品。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到28 d時(shí)，加入摻合料的兩組試塊強(qiáng)度均大于對(duì)比試塊，且強(qiáng)度提升明顯。

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)90 ℃常壓蒸養(yǎng)再繼續(xù)進(jìn)行28 d標(biāo)養(yǎng)后的膠砂試件抗壓強(qiáng)度較對(duì)比試塊有所提高，且益杰特比金木土的效果好。

4.2 抗折強(qiáng)度

表3 90 ℃ 蒸養(yǎng)膠砂抗折強(qiáng)度

不同摻合料下膠砂試塊抗折強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表3,圖2所示。從表 3中可以看出，各組試塊3 d強(qiáng)度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)膠砂抗折強(qiáng)度值，且隨著時(shí)間的增加，不同摻合料對(duì)試塊強(qiáng)度增加較對(duì)比試塊都有不同幅度的提高，益杰特開(kāi)始時(shí)影響較小，強(qiáng)度提高較少。隨著時(shí)間的推移提升益杰特的強(qiáng)度增長(zhǎng)加快。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后益杰特的抗折強(qiáng)度最好。

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)90 ℃常壓蒸養(yǎng)再繼續(xù)進(jìn)行28 d標(biāo)養(yǎng)后的膠砂試件抗折強(qiáng)度較對(duì)比試塊有所提高。

4.3 活性指數(shù)

表4 90 ℃ 溫度下?lián)胶狭夏z砂蒸養(yǎng)活性指數(shù)

不同摻合料下膠砂試塊蒸養(yǎng)活性指數(shù)結(jié)果如表4所示。對(duì)比90 ℃下兩種不同摻合料的膠砂及對(duì)比膠砂分別在3 d,7 d,28 d時(shí)的蒸養(yǎng)活性指數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加了摻合料膠砂試塊蒸養(yǎng)活性指數(shù)均有提升，通過(guò)蒸養(yǎng)活性指數(shù)可以看出益杰特的活性均高于金木土的實(shí)驗(yàn)樣品。

4.4 摻合料膠砂流動(dòng)度

國(guó)標(biāo)GB/T 2419—2005代替GB/T 2419—94中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法介紹了關(guān)于水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法，其中表示：水泥膠砂流動(dòng)性的一種量度，在一定加水量下，流動(dòng)度取決于水泥的需水性。流動(dòng)度以水泥膠砂在流動(dòng)桌上擴(kuò)展的平均直徑(mm)表示。測(cè)定水泥膠砂流動(dòng)度可以由水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定儀來(lái)測(cè)定水泥的需水性。

4.5 膠砂流動(dòng)度比

表5 摻合料膠砂流動(dòng)度值 mm

膠砂流動(dòng)度比=水泥膠砂流動(dòng)度對(duì)照組/水泥膠砂流動(dòng)度標(biāo)準(zhǔn)組×100%。

表6 品種摻合料膠砂流動(dòng)度比

比較添加了摻合料的砂漿試塊和對(duì)比試塊，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，表6，通過(guò)表中數(shù)據(jù)可以看出較對(duì)比試塊的流動(dòng)度，金木土試塊流動(dòng)度下降了6.1%，益杰特試塊下降了4.3%。試驗(yàn)結(jié)果表明，膠砂試塊添加了摻合料，摻合料會(huì)取代部分水泥，加強(qiáng)各成分之間的粘結(jié)性，降低了水泥膠砂的流動(dòng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

在試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)對(duì)膠砂試驗(yàn)來(lái)分析膠砂試塊的抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，活性指數(shù)，膠砂流動(dòng)性結(jié)果的數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，得出的主要結(jié)論如下：

1)本文實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是合理的。

a.通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，流動(dòng)性數(shù)據(jù)有效幫助試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)并歸納總結(jié)；

b.隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，益杰特?fù)胶狭蠈?duì)抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的影響都較金木土摻合料大一些；

c.加入摻合料的蒸養(yǎng)膠砂試件的抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度均有提高，膠砂流動(dòng)性有所降低，有利于水化活性的提升。

2)本試驗(yàn)所制的蒸養(yǎng)膠砂試塊均符合水泥膠砂配合比及養(yǎng)護(hù)制度且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

3)通過(guò)不同摻合料的膠砂試塊的試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了不同摻合料對(duì)蒸養(yǎng)水泥膠砂水化活性的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)取得了一定成果，但摻合料在蒸養(yǎng)水泥膠砂的研究應(yīng)用上還有很多的空間，例摻合料最優(yōu)配合比、不同摻合料的養(yǎng)護(hù)條件等，這些方面都是不同摻合料蒸養(yǎng)水泥膠砂實(shí)用性研究的關(guān)鍵，需要我們不斷探索。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 17671—1999，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)[S].

[2] GB/T 2419—2005，水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法[S].

[3] 陳 磊.蒸養(yǎng)水泥膠砂力學(xué)性能?chē)?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J].粉煤灰綜合利用，2016(5)：61-64.

[4] 張賢哲.不同礦物摻合料對(duì)蒸養(yǎng)和壓蒸養(yǎng)水泥膠砂力學(xué)性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2014,33(3):686-690.

[5] 張建綱.蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下礦物摻合料的水化特性及微觀結(jié)構(gòu)[J].電子顯微學(xué)報(bào),2015(2):105-110.

[6] 孫家瑛.活性摻合料對(duì)再生混凝土耐久性的影響[J].鐵通科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005,2(5)：1-4.

[7] 楊慶宏.混凝土構(gòu)件蒸氣養(yǎng)護(hù)兩種方式的比較[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2000(2)：32-33.

[8] 高 波.不同礦物摻合料對(duì)水泥膠砂性能的影響比較[J].廣東建材，2017,33(8):29-30.

[9] 王 軍.摻活性填料礦物摻合料對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響[A].中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)混凝土水泥制品分會(huì)第七屆理事會(huì)議暨學(xué)術(shù)交流大會(huì)論文集[C].2015.