石灰石粉对混凝土性能的影响
李卫超,刘桂羽,魏晓军
(中南大学土木建筑学院,长沙410075)
摘 要:通过对不同龄期混凝土试件抗压与劈裂抗拉强度的测试,研究了用不同质量百分比的石灰石粉等量替代水泥对混凝土强度的影响。试验结果显示,随着石灰石粉替代水泥的质量百分比的增加,混凝土试块早期抗压与抗劈裂抗拉强度成下降趋势,但坍落度呈增大趋势。分析认为出现这种现象的原因是由于石灰石粉是一种非活性材料(在细度足够小的情况下,有一定的活性),随着替代量的增加,水泥含量相应减少,进而导致混凝土试块强度的降低。在强度等级较低混凝土中,可以采用适量的石灰石粉代替水泥,进而达到减少水泥用量、降低水化热、合理利用工业废料等综合效用关键词:混凝土;塌落度;强度;石灰石粉
中图分类号:TU5281041 : 质量控制不好时,,,反而会使得强度有所损失。,石灰石粉将发挥活性,即使在大掺量的情况下,仍能使得混凝土强度有所提升,混凝土和易性明显提高。这是由于石灰石粉颗粒足够细,在水泥水化时能进入到水泥水化产物的空隙中,起到微集料作用,从而使得强度有所提升,在起到微集料作用的同时,石灰石粉由于其潜在的活性,在水泥水化时能促进C3S水化,对混凝土的强度提升同样起到积极作用。且由于石灰石粉的亲水性,在水泥颗粒水化时,能将使水泥水化时凝聚成的水泥团打破,将水释放出来,从而提高混凝土拌合物的流动性。经研究结果证明,微细石灰石粉在混凝土中的最优掺量为10%左右。但是在实际工业生产中,应用微细石灰石粉必将提升生产成本,且施工操作经验不足。在工程等级要求不是很高的时候,我们可以使用适量的石灰石粉代替水泥,从而提升混凝土的施工性能和耐久性能。本试验针对这种市场需求,着手于磨细石灰石粉等量掺加在混凝土对混凝土的相关影响。
《山东建材-1324(2007)04-0041-04
在本次试验中,是用同一配合比、不同石灰石粉
等量替代比配置成型的各组标准100mm×100mm×100mm试块,在成型前分别测其坍落度,标准养护条件下在不同龄期内对其强度进行比较。
我们之所以选择此试验,是因为石灰石粉作为一种建筑材料,有很多其他建筑材料不可比的优势:
(1)优减水性,可以降低水灰比,且具有良好的施工性能,便于施工操作;
(2)具有潜在的水硬性,细磨达到一定细度,在保证同等级质量指标下可以大量替代水泥,进而达到降低水泥水化热和提高混凝土的泵送性能的效果;
(3)资源丰富。
(4)可从废弃骨料中提取,既可减少建筑废料对环境的污染,又可以实现废料的再利用,节约资源。
但是,由于粒径较大石灰石粉不具有活性,随着石灰石粉替代胶凝材料量的增加,混凝土的早期强度和抗碳化能力会有所降低,成型试件预期不能达到设计值,只能作为一种填充料,从而不能大量替代水泥。具体粒径小到哪个值时石灰石粉才开始具有
2007年第4期
・41・
活性,具有活性的石灰石粉等量替代水泥的最佳量是多少(所谓最佳量就是在不对混凝土试件产生负面影响的前提下尽可能的使混凝土成本降低),将是我们以后要研究的重点所在。
搅拌2min。新拌混凝土从搅拌机中取出后,用符合《混凝土坍落度仪》JG3021中有关技术要求规定的
(中南大学周士琼主坍落度仪,按《土木工程材料》
编)土木工程材料试验,二、新拌混凝土试验中
(二)新拌混凝土和易性试验中(应将此处表述的资料放到参考文献中,此处仅标注为:…用符合文献[n]要求…;…按文献[m]测量…)要求测量其坍落度。然后将新拌好的混凝土倒入100×100×100mm三联模和150×150×150mm模,振动20秒制
3
3
1 试验程序
1.1 试验原材料
韶峰42.5普通硅酸盐水泥
河砂(湘江中粗砂)碎石(最大粒径5～20mm)普通饮用水
石灰砂石粉(灵渠牌双飞粉,CaCO3>98%,白度≥95,细度≥500目,产家:国营广西桂林兴安县矿石粉厂)
1.2 基准配合比设计(按照C25强度设计)
a.塌落度:选定塌落度为35-50mm。b.试配强度:
成抗压试块和抗劈裂试件。
表1 试验配合比
编号
石灰石粉掺量(%)
水泥(质量)石灰石粉(质量)
水()()101000.5420.9
2109010.3226.5420.9
315851564.3226.5420.9
420802064.3226.5420.9
σ=25+11645×fcu,o=fcu,k+116455=331225MPa
1c.水灰比:
αafceCfcu,0+αaαb+0107×1113×4215
(2)
1.4 养护
试件成型后24h拆模,再放入标准养护室进行标准养护。1.5 测强
其中水泥富余系数为1.13d.用水量为170Le.水泥用量:
mc0m=268kg01645C
(3)
分别在1d、3d、7d、14d、28d用同一三联模中试块在相同时间段用500吨标准液压压力实验机测试抗压强度,劈拉强度在28d龄期测试。1.6 结果处理方法
(1)对测出来的每组试块在各个龄期的强度测
f.砂率:对于最大粒径为20mm的碎石配置的
混凝土,砂率可选35%
g.砂石材料用量(采用绝对体积法计算):ms0mg0+10×1=[**************]51
m=0135
ms0+mg0
(4)(5)
量值取平均值;
(2)算出各个测量值的偏差;
(3)求出每组分别在各个龄期强度测量值的标
准偏差;
(4)当偏差的绝对值大于2倍标准偏差时对相应的测量值剔除;
(5)再对剩下的数据重复步骤1～4;
(6)最后满足要求后,算出的平均值作为该组在这个龄期的强度值。1.7 结果计算
求得:ms0=607kg,mg0=1128kg1.3 试件成型
根据各配合比计算出各成分的质量(如表1),按顺序称量碎石、砂、石灰石粉、水泥质量,倒入50L搅拌机中干搅2min,然后称取水质量倒入搅拌机中・42・
2007年第4期
混凝土立方体抗压强度按照(6)式计算,精确至0.1MPa。
欢迎登录 山东建材信息网http://www.sdjc.cn
fcu=
A
(6)
式中:fcu———混凝土立方体抗压强度,MPa;
F———试件的破坏荷载,N;
A———试件的承压面积,mm。
混凝土劈裂抗拉强度按照(7)式计算,精确至0.1MPa。
fts=
=01637πAA
(7)
2
团中的水分释放出来。再且,本试验是在水胶比不
变的情况下进行的,胶凝材料总量不变,而水泥质量再减少,实际水灰比增加了,混凝土的拌和物流动性自然就增大了。
式中:fts———土方体抗压强度,MPa;
F———试件的破坏荷载,N;
2
A———试件劈裂面面积,mm。1.8 处理结果
表2 新拌混凝土的坍落度
试件编号石灰石粉掺量/%坍落度值/mm
105
2109
31519
42032
图1 新拌混凝土坍落度随石灰石粉掺量的变化
表3 不同龄期混凝土试件的抗压强度
试件编号
1234
如图2所示,石灰石粉末的掺入没有改变混凝
土强度的发展规律,,10d后,
,,呈递减趋势。掺加,约为
石灰石粉掺量
/%0101520
1d8..56.34.7
强度值/MPa
.311.59.6
18.16.315.214.4
d321.818.518.3
26.123.922.919.4
8%。如图3所示,混凝土的劈拉强度的降低比同石灰石粉含量的抗压强度降低更大,混凝土的劈拉强度随石灰石粉末掺量增加几乎呈直线下降。这是由于石灰石粉在细度不高的情况下,是一种惰性材料,它难以参与水化,大部分颗粒无法进入水泥水化产物的晶格中,从而仅仅充当一种粉末填充料。由于石灰石粉等量替代了水泥,因此,其掺量的增加,水泥用量和水化后形成的水化物的量就随之减少,必将导致混凝土强度的下降。
表4 28d龄期混凝土试件的劈裂抗拉强度(MPa)试件编号石灰石粉掺量/%劈裂抗拉强度
103.2
2102.4
3151.7
4201.6
2 结果与分析
如图1所示,随着石灰石粉掺量的增加,新拌混凝土的坍落度随之增大,其中,在石灰石粉量≥10%后坍落度有明显的增长,
流动性能明显增加。这是由于石灰石粉颗粒细度相对于水泥颗粒较粗,比表面积较小,因而其表面吸附水较少,增加了浆体中的自由水;另一方面,石灰石粉末颗粒表面呈惰性,颗粒间相互作用力较小,而水泥颗粒表面呈活性,相互作用力较大,容易结团。从而,石灰石粉末的掺入可以将水泥在水中微凝聚形成的水化团打开,将水化
《山东建材图2 不同石灰石粉掺量的混凝土
抗压强度随龄期的变化
2007年第4期
・43・
泥,进而减少水泥用量,节约水泥,减小水灰比,降低水化热,避免混凝土的收缩,石灰石粉粒径应处在稍大的区域。而如果用石灰石粉替代水泥作为活性材料,进而减少水泥用量,那么水泥的粒径应该小于某一值,这样才能使石灰石粉具用一定的活性,达到作为胶凝材料的替代材料。由于时间有限,我们还没有具体确定出来具有活性石灰石粉的最大粒径,我们会接下来将对这一问题进行试验研究,确定出这
图3 28d龄期混凝土劈裂抗拉强度
随石灰石粉掺量的变化
一分界值。如果把这一分界值确定下来,这样石灰石粉就可以大掺量的掺入混凝土中代替水泥,收到巨大的经济与社会效益。参考文献:
[1]周士琼1土木工程材料[M]1中国铁道出版社,20041
[2]陈剑雄,崔洪涛,等1掺入超细石灰石粉的混凝土性能研究[J]1
3 结论与体会
随着石灰石粉质量百分比的增加,成型混凝土试块的抗压和劈裂抗拉强度呈下降趋势,但新拌混凝土的坍落度呈增大趋势。当混凝土中石灰石粉掺量大于10%,新拌混凝土流动性与可泵性明显增强;同时,也能充分体现石灰石粉在颗粒较大时是一种惰性材料,仅仅起到填充料作用,不能参与水化反应,因而达不到增强作用。
,施工技术,2004(4):39-411
[3]涂成厚1[J]11999(4):49-511[4], 悦,,J1(2:-241
5],1石灰石粉在水泥基材料中的作用及其机理
[J]1混凝土,2006(6):32-351
Studyonstrengthperformanceofconcretemixedwithfinelimestonefiller
LIWei2chao,LIUGui2yu
Abstract:Throughthemeasurementofthecompressiveandsplittingstrengthsofseveralconcretespecimens,theeffectoflimestonefill2erontheconcretestrengthwasinvestigated.Testresultshowsthatthestrengthofconcreteisdecreasedbuttheslumpoffreshconcreteisincreased,astheincreaseinthereplacementleveloflimestonefiller.Itisconsideredthattheeffectoflimestonefillerisattributedtoitschemicalinertnessandlargerparticles(butwhenitsparticlesareveryfine,limestonefillercouldhavesomeactivity).Withthere2placementleveloflimestonefillerincreasing,theamountofcementinconcretemixesisdecrease,thusthestrengthofconcreteisre2duced.
Keywords:concrete;slumpconstant;strength;limestonefiller
(收稿日期:2007-07-03)
・44・2007年第4期欢迎登录 山东建材信息网http://www.sdjc.cn
石灰石粉对混凝土性能的影响
李卫超,刘桂羽,魏晓军
(中南大学土木建筑学院,长沙410075)
摘 要:通过对不同龄期混凝土试件抗压与劈裂抗拉强度的测试,研究了用不同质量百分比的石灰石粉等量替代水泥对混凝土强度的影响。试验结果显示,随着石灰石粉替代水泥的质量百分比的增加,混凝土试块早期抗压与抗劈裂抗拉强度成下降趋势,但坍落度呈增大趋势。分析认为出现这种现象的原因是由于石灰石粉是一种非活性材料(在细度足够小的情况下,有一定的活性),随着替代量的增加,水泥含量相应减少,进而导致混凝土试块强度的降低。在强度等级较低混凝土中,可以采用适量的石灰石粉代替水泥,进而达到减少水泥用量、降低水化热、合理利用工业废料等综合效用关键词:混凝土;塌落度;强度;石灰石粉
中图分类号:TU5281041 : 质量控制不好时,,,反而会使得强度有所损失。,石灰石粉将发挥活性,即使在大掺量的情况下,仍能使得混凝土强度有所提升,混凝土和易性明显提高。这是由于石灰石粉颗粒足够细,在水泥水化时能进入到水泥水化产物的空隙中,起到微集料作用,从而使得强度有所提升,在起到微集料作用的同时,石灰石粉由于其潜在的活性,在水泥水化时能促进C3S水化,对混凝土的强度提升同样起到积极作用。且由于石灰石粉的亲水性,在水泥颗粒水化时,能将使水泥水化时凝聚成的水泥团打破,将水释放出来,从而提高混凝土拌合物的流动性。经研究结果证明,微细石灰石粉在混凝土中的最优掺量为10%左右。但是在实际工业生产中,应用微细石灰石粉必将提升生产成本,且施工操作经验不足。在工程等级要求不是很高的时候,我们可以使用适量的石灰石粉代替水泥,从而提升混凝土的施工性能和耐久性能。本试验针对这种市场需求,着手于磨细石灰石粉等量掺加在混凝土对混凝土的相关影响。
《山东建材-1324(2007)04-0041-04
在本次试验中,是用同一配合比、不同石灰石粉
等量替代比配置成型的各组标准100mm×100mm×100mm试块,在成型前分别测其坍落度,标准养护条件下在不同龄期内对其强度进行比较。
我们之所以选择此试验,是因为石灰石粉作为一种建筑材料,有很多其他建筑材料不可比的优势:
(1)优减水性,可以降低水灰比,且具有良好的施工性能,便于施工操作;
(2)具有潜在的水硬性,细磨达到一定细度,在保证同等级质量指标下可以大量替代水泥,进而达到降低水泥水化热和提高混凝土的泵送性能的效果;
(3)资源丰富。
(4)可从废弃骨料中提取,既可减少建筑废料对环境的污染,又可以实现废料的再利用,节约资源。
但是,由于粒径较大石灰石粉不具有活性,随着石灰石粉替代胶凝材料量的增加,混凝土的早期强度和抗碳化能力会有所降低,成型试件预期不能达到设计值,只能作为一种填充料,从而不能大量替代水泥。具体粒径小到哪个值时石灰石粉才开始具有
2007年第4期
・41・
活性,具有活性的石灰石粉等量替代水泥的最佳量是多少(所谓最佳量就是在不对混凝土试件产生负面影响的前提下尽可能的使混凝土成本降低),将是我们以后要研究的重点所在。
搅拌2min。新拌混凝土从搅拌机中取出后,用符合《混凝土坍落度仪》JG3021中有关技术要求规定的
(中南大学周士琼主坍落度仪,按《土木工程材料》
编)土木工程材料试验,二、新拌混凝土试验中
(二)新拌混凝土和易性试验中(应将此处表述的资料放到参考文献中,此处仅标注为:…用符合文献[n]要求…;…按文献[m]测量…)要求测量其坍落度。然后将新拌好的混凝土倒入100×100×100mm三联模和150×150×150mm模,振动20秒制
3
3
1 试验程序
1.1 试验原材料
韶峰42.5普通硅酸盐水泥
河砂(湘江中粗砂)碎石(最大粒径5～20mm)普通饮用水
石灰砂石粉(灵渠牌双飞粉,CaCO3>98%,白度≥95,细度≥500目,产家:国营广西桂林兴安县矿石粉厂)
1.2 基准配合比设计(按照C25强度设计)
a.塌落度:选定塌落度为35-50mm。b.试配强度:
成抗压试块和抗劈裂试件。
表1 试验配合比
编号
石灰石粉掺量(%)
水泥(质量)石灰石粉(质量)
水()()101000.5420.9
2109010.3226.5420.9
315851564.3226.5420.9
420802064.3226.5420.9
σ=25+11645×fcu,o=fcu,k+116455=331225MPa
1c.水灰比:
αafceCfcu,0+αaαb+0107×1113×4215
(2)
1.4 养护
试件成型后24h拆模,再放入标准养护室进行标准养护。1.5 测强
其中水泥富余系数为1.13d.用水量为170Le.水泥用量:
mc0m=268kg01645C
(3)
分别在1d、3d、7d、14d、28d用同一三联模中试块在相同时间段用500吨标准液压压力实验机测试抗压强度,劈拉强度在28d龄期测试。1.6 结果处理方法
(1)对测出来的每组试块在各个龄期的强度测
f.砂率:对于最大粒径为20mm的碎石配置的
混凝土,砂率可选35%
g.砂石材料用量(采用绝对体积法计算):ms0mg0+10×1=[**************]51
m=0135
ms0+mg0
(4)(5)
量值取平均值;
(2)算出各个测量值的偏差;
(3)求出每组分别在各个龄期强度测量值的标
准偏差;
(4)当偏差的绝对值大于2倍标准偏差时对相应的测量值剔除;
(5)再对剩下的数据重复步骤1～4;
(6)最后满足要求后,算出的平均值作为该组在这个龄期的强度值。1.7 结果计算
求得:ms0=607kg,mg0=1128kg1.3 试件成型
根据各配合比计算出各成分的质量(如表1),按顺序称量碎石、砂、石灰石粉、水泥质量,倒入50L搅拌机中干搅2min,然后称取水质量倒入搅拌机中・42・
2007年第4期
混凝土立方体抗压强度按照(6)式计算,精确至0.1MPa。
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fcu=
A
(6)
式中:fcu———混凝土立方体抗压强度,MPa;
F———试件的破坏荷载,N;
A———试件的承压面积,mm。
混凝土劈裂抗拉强度按照(7)式计算,精确至0.1MPa。
fts=
=01637πAA
(7)
2
团中的水分释放出来。再且,本试验是在水胶比不
变的情况下进行的,胶凝材料总量不变,而水泥质量再减少,实际水灰比增加了,混凝土的拌和物流动性自然就增大了。
式中:fts———土方体抗压强度,MPa;
F———试件的破坏荷载,N;
2
A———试件劈裂面面积,mm。1.8 处理结果
表2 新拌混凝土的坍落度
试件编号石灰石粉掺量/%坍落度值/mm
105
2109
31519
42032
图1 新拌混凝土坍落度随石灰石粉掺量的变化
表3 不同龄期混凝土试件的抗压强度
试件编号
1234
如图2所示,石灰石粉末的掺入没有改变混凝
土强度的发展规律,,10d后,
,,呈递减趋势。掺加,约为
石灰石粉掺量
/%0101520
1d8..56.34.7
强度值/MPa
.311.59.6
18.16.315.214.4
d321.818.518.3
26.123.922.919.4
8%。如图3所示,混凝土的劈拉强度的降低比同石灰石粉含量的抗压强度降低更大,混凝土的劈拉强度随石灰石粉末掺量增加几乎呈直线下降。这是由于石灰石粉在细度不高的情况下,是一种惰性材料,它难以参与水化,大部分颗粒无法进入水泥水化产物的晶格中,从而仅仅充当一种粉末填充料。由于石灰石粉等量替代了水泥,因此,其掺量的增加,水泥用量和水化后形成的水化物的量就随之减少,必将导致混凝土强度的下降。
表4 28d龄期混凝土试件的劈裂抗拉强度(MPa)试件编号石灰石粉掺量/%劈裂抗拉强度
103.2
2102.4
3151.7
4201.6
2 结果与分析
如图1所示,随着石灰石粉掺量的增加,新拌混凝土的坍落度随之增大,其中,在石灰石粉量≥10%后坍落度有明显的增长,
流动性能明显增加。这是由于石灰石粉颗粒细度相对于水泥颗粒较粗,比表面积较小,因而其表面吸附水较少,增加了浆体中的自由水;另一方面,石灰石粉末颗粒表面呈惰性,颗粒间相互作用力较小,而水泥颗粒表面呈活性,相互作用力较大,容易结团。从而,石灰石粉末的掺入可以将水泥在水中微凝聚形成的水化团打开,将水化
《山东建材图2 不同石灰石粉掺量的混凝土
抗压强度随龄期的变化
2007年第4期
・43・
泥,进而减少水泥用量,节约水泥,减小水灰比,降低水化热,避免混凝土的收缩,石灰石粉粒径应处在稍大的区域。而如果用石灰石粉替代水泥作为活性材料,进而减少水泥用量,那么水泥的粒径应该小于某一值,这样才能使石灰石粉具用一定的活性,达到作为胶凝材料的替代材料。由于时间有限,我们还没有具体确定出来具有活性石灰石粉的最大粒径,我们会接下来将对这一问题进行试验研究,确定出这
图3 28d龄期混凝土劈裂抗拉强度
随石灰石粉掺量的变化
一分界值。如果把这一分界值确定下来,这样石灰石粉就可以大掺量的掺入混凝土中代替水泥,收到巨大的经济与社会效益。参考文献:
[1]周士琼1土木工程材料[M]1中国铁道出版社,20041
[2]陈剑雄,崔洪涛,等1掺入超细石灰石粉的混凝土性能研究[J]1
3 结论与体会
随着石灰石粉质量百分比的增加,成型混凝土试块的抗压和劈裂抗拉强度呈下降趋势,但新拌混凝土的坍落度呈增大趋势。当混凝土中石灰石粉掺量大于10%,新拌混凝土流动性与可泵性明显增强;同时,也能充分体现石灰石粉在颗粒较大时是一种惰性材料,仅仅起到填充料作用,不能参与水化反应,因而达不到增强作用。
,施工技术,2004(4):39-411
[3]涂成厚1[J]11999(4):49-511[4], 悦,,J1(2:-241
5],1石灰石粉在水泥基材料中的作用及其机理
[J]1混凝土,2006(6):32-351
Studyonstrengthperformanceofconcretemixedwithfinelimestonefiller
LIWei2chao,LIUGui2yu
Abstract:Throughthemeasurementofthecompressiveandsplittingstrengthsofseveralconcretespecimens,theeffectoflimestonefill2erontheconcretestrengthwasinvestigated.Testresultshowsthatthestrengthofconcreteisdecreasedbuttheslumpoffreshconcreteisincreased,astheincreaseinthereplacementleveloflimestonefiller.Itisconsideredthattheeffectoflimestonefillerisattributedtoitschemicalinertnessandlargerparticles(butwhenitsparticlesareveryfine,limestonefillercouldhavesomeactivity).Withthere2placementleveloflimestonefillerincreasing,theamountofcementinconcretemixesisdecrease,thusthestrengthofconcreteisre2duced.
Keywords:concrete;slumpconstant;strength;limestonefiller
(收稿日期:2007-07-03)
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