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矿粉——粉煤灰复掺的复合效应

2019-12-29 23:13 作者:贝博app 点击:

  由于矿物掺合料与水泥矿物组成和颗粒级配方面的差异,矿物掺合料在混凝土中会表现出一定的颗粒级配、粒径、颗粒形态和矿物组成的差异,可以相互填充,降低空隙率,提高密实度的正效应;另一方面比表面积和表面结构的差异,会增加用水量的负效应。两种效应的综合效果是矿物掺合料的体现,如果种类不同矿物掺合料的复合比例控制恰当,其复合后的正效应是可以大于单独使用一种掺合料的正效应的。

  在“水泥、粉煤灰和矿粉”组成的三元胶凝体系中,由于水泥、粉煤灰和矿粉的颗粒级配和粒径的差异,如果三者比例恰当可以实现胶凝材料总空隙率最低,密实度提高,可以实现性能最大优化的目的。应注意的是,矿物掺合料的品种、质量的差异,均会引起三者最优复配组合比例的变化,应当以试验为准,不能照搬经验。

  矿物掺合料的来源或生产工艺的差别,造成颗粒形态的差异。如粉煤灰中含有大量的表面光滑的球状玻璃体,具有良好的“滚珠、轴承”作用,降低颗粒间的摩擦力,提高流动度;矿粉在粉磨过程中造成颗粒表面粗糙,多棱角,不规则且表面粗糙的颗粒增加表面用水量,还会增加颗粒间的摩擦力,降低拌合物的流动性。另一方面,粉煤灰的亲水能力较好,矿粉的憎水能力较好,两者复合使用,可以做到优势互补,改善混凝土性能。

  在水泥水化的过程中会水化生成层状平行于骨料表面的六方薄片Ca(OH)2晶体,离骨料越近,越容易生成。矿物掺合料的使用,一方面降低水泥熟料的含量,相应减少生成Ca(OH)2的量;另一方面矿物掺合料的二次水化反应,消耗掉一部分Ca(OH)2晶体,改善与骨料界面的过度层结构,矿物掺合料活性越大,这种作用越明显。此外,矿物掺合料的填充作用可以降低过渡层的孔隙率。

  在混凝土拌制过程中骨料周围会形成一层水膜,造成界面水胶比增大,界面处的水胶比越大,孔隙率也越大,在宽松的环境中的Ca(OH)2越容易沉积,结晶颗粒越大,矿粉、粉煤灰颗粒尺寸较小,保水性好,可抑制骨料周围水膜的形成,提高混凝土中骨料与水泥石间的界面强度和密实性。

  粉煤灰和矿粉都可以与水泥水化生产的Ca(OH)2进行二次水化,提高混凝土的后期强度。矿粉中含有一定量的硅酸钙,自身具有一定的水硬性,再加上矿粉的活性大于粉煤灰的活性,使用矿粉有利于早期强度提高。粉煤灰前期水化活性很低,28d前很少参与水化反应,使用粉煤灰的混凝土前期强度较低,后期强度提高。将两者复合使用,充分利用二者的活性特点,使混凝土前后期都有合适的强度。此外,两者复合使用可以延缓水泥的水化速度,推迟放热峰,降低水化热。矿粉、粉煤灰复掺具有优势互补的作用,能明显改善混凝土泌水,提高混凝土的抗渗性能、抗碳化性能、抗氯离子侵蚀性及后期强度等。

  在混凝土生产实践中,矿粉也是常用的矿物掺合料。在使用矿粉时,应先了解水泥中混合材的品种和数量。技术人员根据相关标准和规范要求认真对矿粉进行试验,充分了解矿粉掺量对凝结时间、流动度以及胶砂强度的影响。当然也可以根据经验直接进行混凝土试验,找出适合本公司的混凝土配合比。矿粉使用初期应注意对各季节试验数据的积累分析,然后根据不同部位,不同季节特点,采用不同的掺量生产混凝土,例如单掺矿粉时,以30%~40%为宜,大体积混凝土可以超过50%。

  在使用矿粉过程中,应严格控制其比表面积在400~500m2/kg之间,防止比表面积降低对混凝土拌合物带来不利影响,如黏聚性降低,出现不同程度的离析、泌水现象;凝结时间延长;活性降低,造成早期强度降低,甚至影响28d强度。因此,矿粉使用过程中应应加强矿粉的试验和质量控制,防止质量波动对混凝土产生不利的影响。

  在混凝土生产实践中,处于经济方面的考虑单独使用矿粉的情况很少。通常将矿粉与粉煤灰复合使用,充分发挥两者各自的优势,改善混凝土的工作性、强度和耐久性。

  矿粉与粉煤灰复合使用时,在使用初期建议:粉煤灰掺量控制在15%以内,矿粉掺量控制在20%以内,大体积混凝土可适当放宽。同时应观察60d或90d强度,以充分了解混凝土的后期强度,也应注意观察对掺量混凝土拌合物凝结时间和泌水性的影响。

  矿粉与Ⅰ级粉煤灰复合使用时,粉煤灰可控制在20%以内,矿粉可以控制在40%以内,两者之间的比例可以根据不同强度等级,不同技术要求进行调整。两者复合使用,早期发挥矿粉的火山灰效应,改善浆体与骨料界面结构,弥补粉煤灰早期强度低的弱点。后期发挥粉煤灰的火山灰效应使混凝土后期强度持续得到提高。

  Ⅱ级粉煤灰的来源比Ⅰ级粉煤灰广,且供应量充足,因此在商品混凝土搅拌站大量使用。但Ⅱ级粉煤灰的质量稳定性差,与矿粉复合使用时,粉煤灰的取代量宜控制在15%以内,矿粉宜控制在30%以内。由于矿粉的质量较Ⅱ级粉煤灰稳定,复合使用矿粉可以降低Ⅱ级粉煤灰质量波动给混凝土带来的不利影响。

  冬期施工时,复合使用矿粉和粉煤灰会造成混凝土凝结时间延长,即使在泵送剂中添加早强剂对混凝土的凝结时间的改善效果也不明显。因此,冬季总取代水泥量不宜超过40%,具体掺量应根据工程对凝结时间的要求,以及保温措施等因素在充分试验的基础上确定。

  最后,在矿粉使用过程中还应注意混凝土浇筑后的养护问题,实践中很多工地对养护工作都是流于形式,尤其是竖向结构,如剪力墙、柱等,由于不便养护,常常得不到有效的养护。因此,在使用矿粉过程中,商品混凝土搅拌站技术人员应加强与施工方沟通,确保混凝土结构得到充分养护。

  粉煤灰是混凝土常用的矿物掺合料,针对其使用过程中易出现的问题,提出一些建议。

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