基于混凝土性能需求的硅灰優(yōu)選試驗(yàn)分析

奚歡歡 汪林華 楊益濤 楊云龍 范長(zhǎng)利

（成都建工蓉睿建材有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

硅灰作為一種高活性的摻合料，在混凝土和砂漿中的應(yīng)用越來越廣泛，在保證強(qiáng)度的前提下能夠大量取代水泥用量。但我國(guó)對(duì)硅灰的應(yīng)用研究和回收利用起步較晚，一些硅鐵生產(chǎn)企業(yè)對(duì)硅灰的回收不夠重視，一些規(guī)模較大的企業(yè)盡管回收了硅灰，但其硅灰的二氧化硅含量大多數(shù)都不達(dá)標(biāo)，尚屬粗放型的工業(yè)副產(chǎn)品［1-2］。最近幾年，國(guó)家對(duì)環(huán)保治理的力度越來越高，許多鐵合金生產(chǎn)企業(yè)開始配備了收塵設(shè)備，并開發(fā)、引進(jìn)了硅灰的加密技術(shù)（又稱增密技術(shù)，用以提升硅灰的容重）。因此近幾年我國(guó)硅灰產(chǎn)品發(fā)展速度較快，對(duì)硅灰的生產(chǎn)使用技術(shù)更加成熟，各種硅灰產(chǎn)品已經(jīng)陸續(xù)應(yīng)用在普通低強(qiáng)混凝土、（超）高強(qiáng)混凝土、自密實(shí)混凝土中。然而目前市場(chǎng)上的硅灰質(zhì)量參差不齊。為了科學(xué)使用硅灰配制優(yōu)質(zhì)混凝土，本文對(duì)硅灰進(jìn)行相關(guān)性能優(yōu)選試驗(yàn)，以期為硅灰的有效利用提供參考。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過設(shè)定的試驗(yàn)方案對(duì)不同廠家提供的硅灰樣品進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，比較硅灰用于配制混凝土的相關(guān)性能指標(biāo)，并根據(jù)指標(biāo)選擇最優(yōu)的硅灰用于實(shí)際生產(chǎn)中。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

水泥膠砂攪拌機(jī)、砂漿稠度儀、水泥膠砂振實(shí)臺(tái)、恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱、抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)、馬弗爐、自動(dòng)比表面積測(cè)定儀、水泥負(fù)壓篩析儀、截錐圓模和游標(biāo)卡尺等。

1.3 試驗(yàn)樣品

水泥：來自成都市某廠家P·042.5R水泥，其化學(xué)成分及物理性能見表1和表2所示。

表1 水泥的化學(xué)成分分析

表2 水泥的物理性能分析

硅灰：該試驗(yàn)采用5種不同的硅灰樣品。1#樣品：長(zhǎng)和新材全加密硅灰；2#樣品：長(zhǎng)和新材半加密硅灰；3#樣品：恒瑞源半加密硅灰；4#樣品：成都埃森全加密硅灰；5#樣品：張繼業(yè)全加密硅灰。

（1）砂：采用標(biāo)準(zhǔn)砂，其粒徑范圍為0.08～2mm；

（2）減水劑：來自成都市某廠緩凝型高效減水劑，其檢測(cè)數(shù)據(jù)見表3所示。

表3 減水劑勻質(zhì)性報(bào)告

（3）水：本試驗(yàn)采用的水為飲用水。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ/T 70-2009），《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671-2021）幾個(gè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行硅灰的性能試驗(yàn)。以純水泥砂漿作為空白對(duì)照組，采用5種不同的硅灰，硅灰摻量為5%的砂漿進(jìn)行擴(kuò)展度、稠度和活性試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果最終選擇綜合性能最佳的樣品的硅灰用于混凝土的實(shí)際生產(chǎn)。對(duì)照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表4所示。

表4 對(duì)照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3 對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果及其分析

試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。根據(jù)表5中不同硅灰的燒失量、需水比、擴(kuò)展度、稠度以及28d膠砂強(qiáng)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

表5 對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

3.1 燒失量與28d強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

燒失量與28d強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖1、圖2所示。

圖1 燒失量對(duì)比

圖2 28d強(qiáng)度對(duì)比

由圖1、圖2 可知，對(duì)于硅灰，燒失量體現(xiàn)的是活性成分在硅灰中的占比，活性成分含量越高，在燒失量試驗(yàn)中與氧氣發(fā)生反應(yīng)損失的數(shù)量就越多，而活性成分含量越高，水泥硅灰膠砂試塊28d強(qiáng)度就越高，由此可知，3#樣品燒失量為7.8%，對(duì)應(yīng)膠砂試塊28d強(qiáng)度52.7MPa，樣品硅灰的燒失量越高，該樣品硅灰替代5%的水泥成型的水泥硅灰膠砂試塊對(duì)應(yīng)的28d強(qiáng)度就越高。

3.2 擴(kuò)展度和稠度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

擴(kuò)展度和稠度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖3、圖4所示。

圖3 擴(kuò)展度對(duì)比

圖4 稠度對(duì)比

由圖3、圖4 可知，1#和3#試樣活性成分含量最高，拌制砂漿時(shí)，樣品中的活性成分對(duì)外加劑中聚羧酸分子的吸附性很強(qiáng)，使得砂漿的拓展度和稠度很小，3#相較于1#更小，說明3#吸附的聚羧酸分子數(shù)量更多，但3#燒失量7.8%，1#只有3.7%，只能說明3#樣品中的活性成分的含量比1#更多。2#樣品為半加密，1#和3#為全加密，2#樣品的密度小，但它的比表面積更大，2#燒失量2.0%，28d 強(qiáng)度45.6MPa 最低，說明2#樣品中的活性成分的含量最少,從數(shù)據(jù)上分析可能是因?yàn)楦蟮谋缺砻娣e對(duì)水分子和聚羧酸分子的物理吸附的數(shù)量更多。

3.3 需水比試驗(yàn)結(jié)果分析

需水比試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，需水比1#為118.4%，3#為133.3%，1#的需水比遠(yuǎn)小于3#的需水比，從而分析可得3#試樣的活性成分的含量比1#試樣多，達(dá)到相同的砂漿狀態(tài)3#需要更多的水分子，即3#的需水比更大；從圖2 可知，1#試樣的強(qiáng)度為52.5MPa，3#試樣的強(qiáng)度為52.7MPa，兩者替代水泥的比例和強(qiáng)度都相同，但1#的活性成分的含量不到3#的一半，說明1#的活性成分的增強(qiáng)效率（活性成分與水泥的化學(xué)反應(yīng)）為3#的2倍。

圖5 需水比對(duì)比

3.4 稠度與需水比分析

稠度是反映砂漿干稀的指標(biāo)，稠度越小，砂漿越干。1#試樣稠度為100.5mm，相較于空白組111.5mm，稠度減小了11mm；3#試樣稠度為91.5mm，相較于空白組的稠度減小了20mm。由于聚羧酸分子具有較大的分子量、復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，相較于水分子有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)吸附能力，可優(yōu)先吸附于硅灰和水泥表面而釋放更多的自由水。由圖4 可知，數(shù)量相同的聚羧酸分子被全部吸附于活性成分含量更少的1#硅灰和水泥分子表面，而且還有部分水分子被吸附，使得加了1#硅灰的砂漿狀態(tài)比空白組變得更干，3#試樣活性成分的含量更多，因而吸附的水分子數(shù)量比1#更多，才使得3#的砂漿狀態(tài)比1#更干。由圖5可知，1#試樣需水比為118.4%，3#試樣為133.3%，1#需水比增加量18.4%，3#試樣33.3%，可知3#與1#的需水比增加量的比值為1.810，3#與1#的稠度減小值的比值為1.818，聚羧酸分子存在與否不影響材料的需水特性，這說明砂漿稠度與材料需水比二者完全相關(guān)，并且可以根據(jù)兩種材料的需水比、一種材料的砂漿稠度推算出另一種材料的砂漿稠度。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了選出性能最佳的一種硅灰，本文對(duì)5 組硅灰樣品進(jìn)行了燒失量、需水比、28d 活性等關(guān)鍵指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)《砂漿和混凝土用硅灰》（GBT 27690-2023）要求（硅灰燒失量≤4%，需水比≤125%），分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)滿足這兩項(xiàng)要求的只有1#硅灰。按照《砂漿和混凝土用硅灰》（GBT 27690-2023）中對(duì)硅灰活性的要求，樣品硅灰膠砂試塊與基準(zhǔn)水泥膠砂試塊28d 強(qiáng)度的比值≥105%，5%摻量的1#硅灰樣品膠砂試塊與基準(zhǔn)水泥膠砂試塊28d 強(qiáng)度的比值盡管只有100%，其活性卻在5個(gè)樣品中排第二名。因此，綜合硅灰的燒失量、需水比、拓展度、稠度以及28d 膠砂強(qiáng)度等多項(xiàng)指標(biāo)，性能最佳的一組硅灰為1#硅灰，即長(zhǎng)和新材全加密硅灰。