硅灰超量取代水泥對新拌混凝土性能的影響

李 偉 蔣 勇

(1.四川華西綠舍宏泰混凝土有限公司，四川 德陽 618303；2.綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽 621000)

多年來建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展使得地球資源急劇的消耗，同時也造成了很多的環(huán)境污染問題。如何在不過度使用資源的情況下，保證建筑行業(yè)的長久發(fā)展使我們目前亟待解決的問題[1]。而解決這個問題最直接的方法就是開發(fā)新型的綠色材料，而用工業(yè)廢料硅灰替代水泥摻入混凝土中[2-4]，不僅可以減少水泥的用量，從而間接的保護了環(huán)境，節(jié)約了資源，同時也可以改善混凝土本身的性能，達(dá)到一舉多得的效果，擁有巨大的市場潛力[5]。因此，本文在這樣的大背景下，主要基于混凝土攪拌站中生產(chǎn)C50等級混凝土的生產(chǎn)配合比作為基準(zhǔn)配合比，在保證容重一致的前提下進行研究不同摻量硅灰以不同比例取代混凝土中的水泥，而按照不同比例取代就會產(chǎn)生一定的差量，分別把差量用其它組分進行補足，對新拌混凝土性能進行相關(guān)研究。

1 實驗部分

1.1 實驗原材料

水泥為重慶富普集團旗下生產(chǎn)的富皇P.O.42.5水泥；聚羧酸減水劑，減水率為21%；粗骨料采用G5～10mm的瓜米石和G10-20的碎石兩種級配碎石搭配使用，壓碎指標(biāo)為2.8%；砂為中砂；粉煤灰為安穩(wěn)一級粉煤灰，礦粉為S95級鈺宏礦粉，石灰石粉MB值為1.1。

本文所用硅灰為樂山金口河硅灰，針對混凝土用硅灰的相關(guān)要求進行了相應(yīng)的化學(xué)及物理性能檢測，相關(guān)檢測數(shù)據(jù)如表1、表2所示。表2中對照組為水泥基準(zhǔn)。

表1 硅灰化學(xué)檢測

表2 硅灰物理性能檢測

1.2 實驗方法

本文首先根據(jù)查閱相關(guān)資料以及文獻，初步確定了硅灰的大致?lián)搅浚O(shè)立一個硅灰的摻量梯度進行替代，然后按照不同的摻量逐一按照不同比例取代水泥，進行相關(guān)實驗研究。按照研究內(nèi)容及方法可以確定硅灰的摻量分別為15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三個梯度，然后分別以1∶2，1∶2.5，1∶3三種比例替代水泥，而由于取代水泥后會造成混凝土的容重下降，會對混凝土的后期發(fā)展造成不利影響，因此選擇混凝土中的其他組分進行單一變量補足。具體的制備方法如下。

首先按照配合比準(zhǔn)備好相應(yīng)的材料，將準(zhǔn)備好的膠凝材料和砂石骨料一起倒入攪拌鍋內(nèi)，預(yù)制攪拌10s，使膠凝材料和砂石骨料能夠充分的攪拌均勻，然后加入水和富皇聚羧酸減水劑，啟動攪拌機連續(xù)攪拌3min，使減水劑能夠充分發(fā)揮作用，而又不至于長時間的攪拌造成混凝土坍落度的損失。攪拌過后將新拌的混凝土倒出再進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)檢測，主要檢測內(nèi)容為實際容重、倒坍時間、擴展度、坍落度等。

2 結(jié)果與分析

硅灰對新拌混凝土的影響主要從新拌混凝土的出機時性能和靜置2.5h后的相關(guān)性能來分析，摻入硅灰后，由于圓形硅灰粉末的填充作用會使得混凝土的和易性有較好的改善，因此檢測新拌混凝土實際容重、倒坍時間、擴展度、坍落度。對比分析對混凝土性能的影響。硅灰分別為15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三個梯度的摻量，然后分別以1∶2，1∶2.5，1∶3三種比例替代水泥后，會造成容重的降低，為保持容重不變，因此分別采用骨料和礦物摻合料進行補充。

2.1 用砂石補足容重(圖1～3)

摻量為15kg/m3的硅灰按1∶2，1∶2.5，1∶3的比例進行替代，得到相應(yīng)的配合比如表3所示。

表3 配合比kg/m3

按照不同比例替代后進行混凝土的拌和，出機后分別測定混凝土的倒坍時間、坍落度、擴展度和實際容重，測定完畢后將混凝土靜置2.5h后再次測量混凝土的坍落度和擴展度，比較混凝土的損失情況，得到以下實驗數(shù)據(jù)(表4)。

表4 實驗數(shù)據(jù)

通過對比發(fā)現(xiàn)，硅灰摻量在15kg/m3以不同比例替代水泥對于新拌混凝土的和易性來說你呈現(xiàn)一種正相關(guān)關(guān)系，且隨著替代比例的增高，混凝土的和易性明顯增強，特別是靜置2.5h后，在基準(zhǔn)組混凝土流動性較小的情況下使用一定量硅替換水泥會降低水泥水化放熱，減小混凝土的塌損，為施工提供了時間。

摻量為20kg/m3的硅灰按1∶2，1∶2.5，1∶3的比例進行替代，得到相應(yīng)的配合比如表5所示。

表5 配合比kg/m3

按照不同比例替代后進行混凝土的拌和，出機后分別測定混凝土的倒坍時間、坍落度、擴展度和實際容重，測定完畢后將混凝土靜置2.5h后再次測量混凝土的坍落度和擴展度，比較混凝土的損失情況，得到以下實驗數(shù)據(jù)(表6)。

表6 實驗數(shù)據(jù)

通過對比發(fā)現(xiàn)，硅灰摻量在20kg/m3以不同比例替代水泥對于新拌混凝土的和易性來說你呈現(xiàn)一種正相關(guān)系，且隨著替代比例的增高，混凝土的和易性有增強趨勢，靜置2.5h后，對比基準(zhǔn)組混凝土，基準(zhǔn)組流動性較小的情況下隨著硅灰取代水泥的比例增高，膠凝材料用量的減少，混凝土的塌損會減小，延長了可施工時間。

摻量為25kg/m3的硅灰按1∶2，1∶2.5，1∶3的比例進行替代，得到相應(yīng)的配合比如下表7所示。

表7 配合比kg/m3

按照不同比例替代后進行混凝土的拌和，出機后分別測定混凝土的倒坍時間、坍落度、擴展度、以及實際容重，測定完畢后將混凝土靜置2.5h后再次測量混凝土的坍落度和擴展度，比較混凝土的損失情況，得到以下實驗數(shù)據(jù)(表8)。

表8 實驗數(shù)據(jù)

通過對比發(fā)現(xiàn)，硅灰摻量在25kg/m3以不同比例替代水泥對于新拌混凝土的和易性有較大的提高，隨著取代比例的提高，新拌混凝土的初始性能有一定的提高，靜置2.5h后，對比基準(zhǔn)組的塌損，超量取代后并沒有明顯的減少混凝土的塌損。

綜合對比硅灰分別為15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三個梯度的摻量，然后分別以1∶2，1∶2.5，1∶3三種比例超量取代水泥后，會造成容重的降低，降低的重量用砂石進行補充，保持容重不變的試驗可以發(fā)現(xiàn)，以15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三個梯度的摻量超量取代水泥后對的新拌混凝土出機性能有較好的提升，特別是15kg/m3，20kg/m3的硅灰摻量以1∶3的比例超量取代后，靜置2.5h的塌損最小，對于工地施工來說，2.5h塌損較小能夠滿足一般情況下從混凝土攪拌站到工地入泵的時間，在混凝土的泵送時能夠有效地減少堵管問題的發(fā)生，可以很好地節(jié)約人力物力。

2.2 用礦物摻合料補足容重

根據(jù)2.1的試驗情況及結(jié)果，最終選擇硅灰為20kg/m3的摻量，然后以1∶3的比例替代水泥，降低的重量用礦粉、石灰石粉、粉煤灰進行補充，保持容重不變。計算得到相應(yīng)配合比后開始準(zhǔn)備材料，制備混凝土，得到的配合比如表9。

表9 配合比kg/m3

按照不同膠凝材料補充容重后進行混凝土的拌和，出機后分別測定混凝土的倒坍時間、坍落度、擴展度和實際容重，測定完畢后將混凝土靜置2.5h后再次測量混凝土的坍落度和擴展度，比較混凝土的損失情況，得到以下實驗數(shù)據(jù)(表10)。

表10 實驗數(shù)據(jù)

通過對比礦粉，石灰石粉和粉煤灰來補足容重后對混凝土影響可以發(fā)現(xiàn)，對新拌混凝土來說，除了礦粉會讓混凝土粘度增加，使倒坍時間增長外，其余使用石灰石粉和粉煤灰均會使新拌混凝土更加柔和，但對比坍落度和擴展度可以發(fā)現(xiàn)，使用安穩(wěn)一級粉煤灰后會使擴展度降低，需水量增加，礦粉和粉煤灰比表面積較大且具有一定活性，在混凝土的拌和過程中會使用水量增加，且靜置2.5h后使用礦粉和粉煤灰補足容重會造成塌損更大，在施工過程中可能會造成一些不利影響。

2.3 水膠比對混凝土性能的影響

由于硅灰屬于超細(xì)粉末，比表面積遠(yuǎn)大于水泥或其他膠凝材料，用硅灰取代水泥后，混凝土的需水量會增加，用水量的增加會對混凝土的性能造成一定的影響。因此根據(jù)3.1的試驗情況及結(jié)果，最終確定硅最終確定硅灰為20kg/m3的摻量，然后以1∶3的比例替代水泥，所產(chǎn)生的差量用砂石補足之后改變水膠比，探究水膠比對混凝土性能的影響。改變用水量，得到以下配合比(表11)。

表11 配合比kg/m3

通過逐漸增加用水量之后再進行混凝土的試配，出機后分別測定混凝土的倒坍時間、坍落度、擴展度、以及實際容重，測定完畢后將混凝土靜置2.5h后再次測量混凝土的坍落度和擴展度，比較混凝土的損失情況，得到以下實驗數(shù)據(jù)(表12)。

表12 實驗數(shù)據(jù)

從實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，硅灰20kg/m3的摻量，然后以1∶3的比例超量取代水泥，增大水膠比后，混凝土流動性會有一定程度的增大，對比倒坍時間來看，增加用水倒坍時間會減小，且隨著用水量的增加，實際容重也會隨著下降。同時增加用水量也會使混凝土的初始和2.5h后的擴展度均有所增加，根據(jù)試配情況來看，水膠比為0.43時，擴展度達(dá)到700mm，混凝土有輕微的泌漿現(xiàn)象。

3 結(jié) 論

通過綜合分析可以得到以下結(jié)論：

(1)硅灰分別為15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三個梯度的摻量，然后分別以1∶2，1∶2.5，1∶3三種比例超量取代水泥后，會造成容重的降低，降低的重量用砂石進行補充，保持容重不變，以15kg/m3、20kg/m3和25kg/m3三個梯度的摻量超量取代水泥后對的新拌混凝土出機性能有較好的提升，特別是15kg/m3、20kg/m3的硅灰摻量以1∶3的比例超量取代后，靜置2.5h的塌損最小。

(2)采用石灰石粉和粉煤灰來補足容重后，混凝土粘度增加，倒坍時間增長。對在使用安穩(wěn)一級粉煤灰后則會使擴展度降低，需水量增加，且靜置2.5h后使用礦粉和粉煤灰補足容重會造成塌損更大，在施工過程中可能會造成一些不利影響。

(3)當(dāng)硅灰以20kg/m3的摻量時，以1∶3的比例超量取代水泥，增大水膠比后，混凝土流動性會有一定程度的增大，且隨著用水量的增加，實際容重也會隨著下降。當(dāng)擴展度達(dá)到700mm，混凝土有輕微的泌漿現(xiàn)象。