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混凝土外加劑
混凝土外加劑
利用工業廢渣制備新型混凝土膨脹劑的試驗研究

日期:2012-05-14 點擊量:5881

利用工業廢渣制備新型混凝土

膨脹劑的試驗研究

 

陳德玉,袁偉,譚克鋒,劉來寶

(西南科技大學先進建筑材料四川省重點實驗室,四川綿陽  621010)

 

    摘要:以粉煤灰、石灰、石膏為主要原料,利用預水化活化技術制備新型膠凝材料,再以此膠凝材料與石膏、復合外加劑制備膨脹劑。通過正交試驗研究影響膨脹劑性能的因素,確定新型混凝土膨脹劑的最佳配比。并對該膨脹劑的性能進行了試驗。結果表明,膨脹劑的性能符合JC476—2001要求。

    關鍵詞:粉煤灰;預水化活化:混凝土膨脹劑

中圖分類號:TU258.55    文獻標識碼:B    文章編號:1001—702X(2008)07—0044—03

 

    為了改善混凝土的抗滲性能,提高工程的耐久性,膨脹劑已在混凝土工程中被廣泛使用。現在已有的混凝土膨脹劑種類大致可分為硫鋁酸鹽類、氧化鈣類、氧化鎂類、氧化鐵類膨脹劑及發泡類膨脹劑等[1-2]。本研究利用低等級粉煤灰進行一種新型混凝土膨脹劑的制備和研究?;諛殼拔夜勖夯遺歐帕亢艽蟮南腫?,用低等級粉煤灰制備新型混凝土膨脹劑,可

提高粉煤灰的自身價值,也為膨脹劑的制備提供了一條新的途徑。

工藝原理

    在混凝土中引起膨脹的膨脹能來源于膨脹水泥或摻膨脹劑水泥的水化作用。水化作用生成硫鋁酸鈣水化物——鈣礬石(C3A·3CASO4·32H2O)而發生體積膨脹。能在水泥水化階段產生鈣礬石的是無水硫鋁酸鈣3CaO·3Al2O3·CaSO4,這與明礬石在水泥水化的堿介質和硫酸鹽激發下形成鈣礬石的原理相似。本研究以粉煤灰、石灰、石膏為主要原料利用預水化活化技術(即粉煤灰與石灰、石膏混合并陳化5-7d,再經過水熱激發、烘干、低溫煅燒及粉磨)制備新型膠凝材料,再以此膠凝材料與石膏、復合外加劑制備膨脹劑。預水化活化制備的新型膠凝材料中含有C2S(2CaO,SiO2)、CA2(CaO·2A12O3)和C12A7(12CaO·7A12O3)等礦物,這些鋁酸鹽在C3S和C2S水化過程中所提供的堿Ca(0H)2和外摻硫酸鹽(CaSO4)作用下會形成鈣礬石,并使膨脹與強度均衡發展,取得預期效果。

試驗部分

2.1  原材料

    粉煤灰:四川江油發電廠原狀干粉煤灰,含水率小于1%,45µm方孔篩篩余56%,為低鈣粉煤灰,活性較低。

    水泥:四川雙馬42.5R普通硅酸鹽水泥,其28d抗壓強度為49.4MPa。

    石灰:市售磨細生石灰,有效CaO含量大于75%,80txm方孔篩篩余1.2%,密封備用。

    石膏:市售磨細石膏,有效CaSO4·2H2O大于90%,80µm方孔篩篩余2.5%,密封備用。

    砂子:ISO標準砂。

    復合外加劑:自制。

2.2新型膠凝材料的制備

    粉煤灰與石灰、石膏按80:15:5的質量比混合均勻并陳化5-7d;陳化好的樣品放入混凝土加速養護箱內養護8h,養護溫度為70cC;然后放入105℃的烘箱內烘干,再通過900℃煅燒和粉磨,制備成新型膠凝材料。不同粉磨時間對細度的影響見表1。

2.3  膨脹劑的制備

    將新型膠凝材料、石膏和復合外加劑按比例混合制備混凝土膨脹劑。

2.4試驗方法

    新型膠凝材料的細度、比表面積按GB/T 8074—1987、和GB/T1345—1991進行測試?;炷僚蛘圖戀男閱馨碕C476—2001要求進行測試。   

結果與討論

3.1  試驗結果

試驗以石膏摻量、外加劑摻量、新型膠凝材料的細度3個影響因素,按L9(33)正交試驗設計,因素水平見表2,試驗結果和極差分析見表3。


3.2  影響因素顯著性分析

    從表3試驗結果分析,(1)如果只考察單個指標,水中7d限制膨脹率最優方案應為:A2B1C3;水中28d限制膨脹率的最優方案為:A2B3C3;7d抗折強度的最優方案為:A1B1C1;空氣中21d限制膨脹率的最優方案為:A3B1C2;7d抗壓強度的最優方案為:A1B2C3;28d抗折強度的最優方案為:A1B3C1;28d抗壓強度的最優方案為:A2B2C2。由此可見,從單個考查指標分析出的最優方案是不同的,但實際情況要求考慮各因素水平的綜合影響。

    (2)對于水中7d的限制膨脹率,各因素的影響大小為:石膏摻量A>粉磨時間C>復合外加劑摻量B,即石膏的摻量影響最為顯著,其次是粉磨時間的影響。對于水中28d的限制膨脹率,各因素的影響大小為:粉磨時間C>石膏摻量A>復合外加劑摻量B,影響最大的是粉磨時間,其次是石膏摻量,外加劑的摻量仍然是影響最小的因素。這說明在前期,石膏的加入能更有利于C2S的水化和鈣礬石的形成。而在后期,伴隨著C2S的水化速度的進一步加快,膠凝材料組分與水化產物發生反應的機會增多,且顆粒細度越高影響更大。而對于空氣

中21d的限制膨脹率,各因素的影響大小為:復合外加劑摻量B>石膏摻量A>粉磨時間C。

    (3)非誤差因素對7d抗折強度、7d抗壓強度、28d抗折強度均為:石膏摻量A>粉磨時間C>復合外加劑摻量B;對28d抗壓強度的影響大小為:石膏摻量A>復合外加劑摻量B>粉磨時間C。

    綜合考慮7、21、28d的限制膨脹率和7d、28d強度的影響,制備膨脹劑的最佳配合比為:A2B1C3,即:石膏摻量為20%,復合外加劑摻量為0,粉磨時間為35min。

3.3  重復試驗

利用工業廢渣制備新型混凝土

膨脹劑的試驗研究

 

陳德玉,袁偉,譚克鋒,劉來寶

(西南科技大學先進建筑材料四川省重點實驗室,四川綿陽  621010)

 

    摘要:以粉煤灰、石灰、石膏為主要原料,利用預水化活化技術制備新型膠凝材料,再以此膠凝材料與石膏、復合外加劑制備膨脹劑。通過正交試驗研究影響膨脹劑性能的因素,確定新型混凝土膨脹劑的最佳配比。并對該膨脹劑的性能進行了試驗。結果表明,膨脹劑的性能符合JC476—2001要求。

    關鍵詞:粉煤灰;預水化活化:混凝土膨脹劑

中圖分類號:TU258.55    文獻標識碼:B    文章編號:1001—702X(2008)07—0044—03

 

    為了改善混凝土的抗滲性能,提高工程的耐久性,膨脹劑已在混凝土工程中被廣泛使用。現在已有的混凝土膨脹劑種類大致可分為硫鋁酸鹽類、氧化鈣類、氧化鎂類、氧化鐵類膨脹劑及發泡類膨脹劑等[1-2]。本研究利用低等級粉煤灰進行一種新型混凝土膨脹劑的制備和研究?;諛殼拔夜勖夯遺歐帕亢艽蟮南腫?,用低等級粉煤灰制備新型混凝土膨脹劑,可

提高粉煤灰的自身價值,也為膨脹劑的制備提供了一條新的途徑。

工藝原理

    在混凝土中引起膨脹的膨脹能來源于膨脹水泥或摻膨脹劑水泥的水化作用。水化作用生成硫鋁酸鈣水化物——鈣礬石(C3A·3CASO4·32H2O)而發生體積膨脹。能在水泥水化階段產生鈣礬石的是無水硫鋁酸鈣3CaO·3Al2O3·CaSO4,這與明礬石在水泥水化的堿介質和硫酸鹽激發下形成鈣礬石的原理相似。本研究以粉煤灰、石灰、石膏為主要原料利用預水化活化技術(即粉煤灰與石灰、石膏混合并陳化5-7d,再經過水熱激發、烘干、低溫煅燒及粉磨)制備新型膠凝材料,再以此膠凝材料與石膏、復合外加劑制備膨脹劑。預水化活化制備的新型膠凝材料中含有C2S(2CaO,SiO2)、CA2(CaO·2A12O3)和C12A7(12CaO·7A12O3)等礦物,這些鋁酸鹽在C3S和C2S水化過程中所提供的堿Ca(0H)2和外摻硫酸鹽(CaSO4)作用下會形成鈣礬石,并使膨脹與強度均衡發展,取得預期效果。

試驗部分

2.1  原材料

    粉煤灰:四川江油發電廠原狀干粉煤灰,含水率小于1%,45µm方孔篩篩余56%,為低鈣粉煤灰,活性較低。

    水泥:四川雙馬42.5R普通硅酸鹽水泥,其28d抗壓強度為49.4MPa。

    石灰:市售磨細生石灰,有效CaO含量大于75%,80txm方孔篩篩余1.2%,密封備用。

    石膏:市售磨細石膏,有效CaSO4·2H2O大于90%,80µm方孔篩篩余2.5%,密封備用。

    砂子:ISO標準砂。

    復合外加劑:自制。

2.2新型膠凝材料的制備

    粉煤灰與石灰、石膏按80:15:5的質量比混合均勻并陳化5-7d;陳化好的樣品放入混凝土加速養護箱內養護8h,養護溫度為70cC;然后放入105℃的烘箱內烘干,再通過900℃煅燒和粉磨,制備成新型膠凝材料。不同粉磨時間對細度的影響見表1。

2.3  膨脹劑的制備

    將新型膠凝材料、石膏和復合外加劑按比例混合制備混凝土膨脹劑。

2.4試驗方法

    新型膠凝材料的細度、比表面積按GB/T 8074—1987、和GB/T1345—1991進行測試?;炷僚蛘圖戀男閱馨碕C476—2001要求進行測試。   

結果與討論

3.1  試驗結果

試驗以石膏摻量、外加劑摻量、新型膠凝材料的細度3個影響因素,按L9(33)正交試驗設計,因素水平見表2,試驗結果和極差分析見表3。


3.2  影響因素顯著性分析

    從表3試驗結果分析,(1)如果只考察單個指標,水中7d限制膨脹率最優方案應為:A2B1C3;水中28d限制膨脹率的最優方案為:A2B3C3;7d抗折強度的最優方案為:A1B1C1;空氣中21d限制膨脹率的最優方案為:A3B1C2;7d抗壓強度的最優方案為:A1B2C3;28d抗折強度的最優方案為:A1B3C1;28d抗壓強度的最優方案為:A2B2C2。由此可見,從單個考查指標分析出的最優方案是不同的,但實際情況要求考慮各因素水平的綜合影響。

    (2)對于水中7d的限制膨脹率,各因素的影響大小為:石膏摻量A>粉磨時間C>復合外加劑摻量B,即石膏的摻量影響最為顯著,其次是粉磨時間的影響。對于水中28d的限制膨脹率,各因素的影響大小為:粉磨時間C>石膏摻量A>復合外加劑摻量B,影響最大的是粉磨時間,其次是石膏摻量,外加劑的摻量仍然是影響最小的因素。這說明在前期,石膏的加入能更有利于C2S的水化和鈣礬石的形成。而在后期,伴隨著C2S的水化速度的進一步加快,膠凝材料組分與水化產物發生反應的機會增多,且顆粒細度越高影響更大。而對于空氣

中21d的限制膨脹率,各因素的影響大小為:復合外加劑摻量B>石膏摻量A>粉磨時間C。

    (3)非誤差因素對7d抗折強度、7d抗壓強度、28d抗折強度均為:石膏摻量A>粉磨時間C>復合外加劑摻量B;對28d抗壓強度的影響大小為:石膏摻量A>復合外加劑摻量B>粉磨時間C。

    綜合考慮7、21、28d的限制膨脹率和7d、28d強度的影響,制備膨脹劑的最佳配合比為:A2B1C3,即:石膏摻量為20%,復合外加劑摻量為0,粉磨時間為35min。

3.3  重復試驗

    根據A2B1C3最優方案配方,采用同樣的實驗方法進行重復試驗,結果見表4。

    從表4可以看出,最優條件下制備膨脹劑具有較好的限制膨脹率和強度,符合JC476—2001的規定,效果理想。由于石膏組分的加入使初期水泥凝結變緩,但C12A7的存在會使C2S-C12A7-CaSO4·2H2O-H2O系統的各齡期的結合水量增加,且在后期有較大增長。隨著水化的深入,C12A7水化生成的Al(0H)3與C2S水化生成的Ca2+反應生成C3AH6,再與石膏生成AFt,加快了C2S的水化[3],導致終凝提前。

 

    粉煤灰、石灰、石膏按照質量比80:15:5的比例混合,通過陳化7d、70℃蒸養8h和900℃煅燒制得了主要礦物為:C2S(2CaO·SiO2)、CA2(CaO·2A12O3)和C12A7(12CaO·7A12O3)的新型膠凝材料,這種膠凝材料可以與石膏配合制備混凝土膨脹劑。

    粉磨35min(細度0.08mm篩篩余3.22%)的新型膠凝材料與石膏以質量比為80:20配合制得新型膨脹劑,通過試驗,其性能符合標準JC476—2001的要求。

    制備的膨脹劑中含有較多的石膏成分和鋁酸鹽礦物,摻入后使水泥的初凝時間有所延長,終凝時間有所縮短。

    根據A2B1C3最優方案配方,采用同樣的實驗方法進行重復試驗,結果見表4。

    從表4可以看出,最優條件下制備膨脹劑具有較好的限制膨脹率和強度,符合JC476—2001的規定,效果理想。由于石膏組分的加入使初期水泥凝結變緩,但C12A7的存在會使C2S-C12A7-CaSO4·2H2O-H2O系統的各齡期的結合水量增加,且在后期有較大增長。隨著水化的深入,C12A7水化生成的Al(0H)3與C2S水化生成的Ca2+反應生成C3AH6,再與石膏生成AFt,加快了C2S的水化[3],導致終凝提前。

 

    粉煤灰、石灰、石膏按照質量比80:15:5的比例混合,通過陳化7d、70℃蒸養8h和900℃煅燒制得了主要礦物為:C2S(2CaO·SiO2)、CA2(CaO·2A12O3)和C12A7(12CaO·7A12O3)的新型膠凝材料,這種膠凝材料可以與石膏配合制備混凝土膨脹劑。

    粉磨35min(細度0.08mm篩篩余3.22%)的新型膠凝材料與石膏以質量比為80:20配合制得新型膨脹劑,通過試驗,其性能符合標準JC476—2001的要求。

    制備的膨脹劑中含有較多的石膏成分和鋁酸鹽礦物,摻入后使水泥的初凝時間有所延長,終凝時間有所縮短。

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