人工砂中石灰岩粉料含量对低强度、高强度混凝土耐久性能的影响外文翻译资料

 2022-10-24 21:54:12

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人工砂中石灰岩粉料含量对低强度、高强度混凝土耐久性能的影响
Li Beixing ， Wang Jiliang， Zhou Mingkai
(硅酸盐材料科学与工程教育部重点实验室 武汉理工大学 430070)

摘要：本文探究了在人工砂中石灰石粉料含量对低强度、高强度混凝土的抗压强度、氯离子渗透性和抗冻融性的影响。同时还测试了混凝土的耐磨性能和抗硫酸盐侵蚀性能。结果表明：对低强度混凝土，将石灰石粉料含量从0%提升到20%，提高了抗氯离子渗透性能，但降低了抗冻性能。对高强度混凝土，将石灰石粉料含量从0%提升到15%，并不影响氯离子渗透性和耐冻融性。此外，混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能随着石灰石粉料含量的增加而增加，而且7%和10%的石灰石粉料含量将导致混凝土最高的耐磨性。由此可以得出结论：耐久性能混凝土可以由含有至少10%石灰石粉料的人工砂制备。

关键词：石灰岩；抗压强度；渗透性；抗冻性

1、引言

因为优质天然砂在许多地区不经济实惠，所以人工砂地使用在中国一直在增加。由于破碎过程，人工砂在其分级，颗粒形状，结构方面与天然砂有所不同。特别是在有10%至20%的粉末(颗粒通过75um筛)。在人工砂中细颗粒通常很可能是较小粒级的碎骨料，而在天然砂中则可以是粘土或其他有害微粒。目前中国国家标GB/T14684 - 2001规定，基于使用混凝土强度等级(定义为28 d抗压强度标准值)，如高于60 MPa、30 - 60 MPa、低于30 MPa，人工砂中岩石粉料含量的限制分别是3%，5%和7%。这类规范严重限制了可以使用的粉料的含量，国内外的使用研究已经表明，即使是更高的粉末含量，也可以提高混凝土的性能并降低混合材料的成本。在其他国家，对其的限制已经提高到25%，建立了一般在15%左右的限制规范。

多年来，人工砂中夹杂石灰岩粉料对新浇筑和已硬化的混凝土的影响已经成为一个主要的研究课题。对混凝土的物理力学性能没有不良影响的人工砂中可以允许含有10—15%的石灰岩粉料含量的规范已经建立(5—12)。然而，到目前为止，对人工砂中粉料对混凝土耐久性能的影响的研究工作还做得很少。因此，本文报道了一个用石灰石粉料来作为细骨料的替代物研究对混凝土抗压强度和耐久性的影响实验研究结果。

2. 实验方案

2.1 原材料

使用两个等级为32.5和52.5的普通硅酸盐水泥来分别制备低强度和高强度的混凝土。水泥的属性如表1所示。选择矿物来源相同但最大尺寸不同的两种粗骨料、粉碎石灰石(低、高强度混凝土分别为31.5mm和25mm)。工砂从预洗过的压碎石灰石中制取，然而，并不是所有的粉料都被清洗，洗后残留的粉料含量为3.0%。表2总结了人工砂的属性。作为砂的部分替代物的石灰石粉料是通过筛分低于75 um的人工砂获取的。石灰石粉料的化学成分见表3。它的体积密度和比表面积分别为2.72 g/cm3和279.8 m2/kg。对石灰岩粉料和32.5普通硅酸盐水泥的粒度分布用激光衍射仪测量 (图1)。如图1所示，石灰石粉料比水泥更加粗大，中间值为16um。两种市场可以买到的磺化萘甲醛JG-2和JG-3减水剂以重量比为1:1进行混合使用。

2.2 配合比

低强度和高强度混凝土两个系列的水灰比（恒定的水和水泥的比值）分别为0.5（Series L）和0.32（Series H）石灰石粉料作为细骨料的一部分，粉料的重量百分含量分别调整为0%，3%，5%，7%，10%，15%，和20%。表4显示了详细的配合比和测得的坍落度。

2.3 实验方法

新浇筑混凝土的性能按照GB/t50080–2002进行测试。抗压强度根据GB/t50081 -2002测试150mm*150mm*150mm方块模。氯离子渗透性的测量按照NEL法使用100 mm*100mm*50 mm模块测量，NEL法是根据中国工程建设协会标准cecs01–2004的基于用Nernst-Einstein方程和电力测试装置测量混凝土氯离子扩散系数的方法。抗冻融性试验是根据中国电力行业标准DL/T5150–2001对100mm*100mm*100mm棱柱进行测量。磨耗量测试是依照中国通信贸易标准JTGE30–2005.

使用150mm*150mm*30 mm的混凝土试件测试。耐硫酸盐侵蚀测试按照GB2420 - 81测试。砂浆棱柱为用等级为52.5的普通硅酸盐水泥、水灰比为0.5、砂/水泥为3的原料制备的40 mm*40 mm*160 mm尺寸的试块。试样在空气中养护24小时，然后在温度为20plusmn;2 ℃的水域中养护27天。经过28天的初期养护再将其浸没在温度为20plusmn;2 ℃、浓度为5%的Na2SO4溶液中，并定期更换新的溶液。标本的弯度和抗压强度的变化定期进行记录，直至一年。

3. 结果与分析

3.1 和易性和抗压强度

人工砂混凝土的和易性的测试结果如表4所示。可以观察到，随着人工砂石灰岩粉料含量的增加，L系列的坍落度增加，新浇筑混凝土的粘结力和偏析能力提高，H的坍落度几乎没有影响，但扩展度值逐渐下降。这表明当L和H系列的石粉含量分别为10%—15%和7%—10%时，配合物能够达到更好的工作性能。

各种配合比混凝土的7天和28天抗压强度数据如图2中所示。石灰石粉料含量的增加都提高了L和H系列混凝土的抗压强度。对于L系列，当加入石灰石粉料，强度会有小幅增长。但我们会发现，当石灰石粉料含量加到20%时，就不会影响人工砂混凝土的强度性能了。对于H系列，强度随石灰石粉料含量的增加而增加。在混凝土中加入10%和15%的粉料含量可以取得最理想的结果。增加的石灰石粉料含量能够提高混凝土强度的原因是:在早期水化期，石灰石粉料细粒作为CH和C–S–H反应产物的成核位置，并加速熟料矿物的水化，尤其是通过石灰石粉料和C3A间的反应生成C3S 和碳铝酸盐的过程，这就导致早期强度的改善，与此同时，超细可以填充骨料颗粒之间的孔隙，同时颗粒堆积的改善可以增加硬化混凝土的水泥石密度以及增加其界面过渡区。

3.2 氯离子渗透性

图3显示了基于Nernst-Einstein方程的氯离子渗透性。对大多数人工砂混凝土有较适度的渗透率，其氯离子扩散系数(DNE L)值在2到5*10-8 cm2/s。随着石灰石粉料含量增加，L系列的氯离子扩散系数值明显下降。因为少的水泥量和更高的水灰比，低强度混凝土硬化后会出现大量的气孔，导致较低的抗氯离子渗透性能。掺入石灰石粉料的L系列渗透率的降低可能是由于石灰石粉料的填充效果，其在水泥水化时阻碍了毛细通道的形成。除了填充效果，也有许多对强度增长有利的因素，如水泥石的加速水化，碳铝酸盐的形成，和高效减水剂的使用。

对于H系列，石灰石粉料含量的增加对DNE L值几乎没有什么影响。主要原因是高强度混凝土具有较高的水泥含量和较低的水灰比，这意味着有更少的内部联通的毛细空隙，所以石灰石粉料不能明显影响密实高强度混凝土的硬化结构，或改变其抗氯离子渗透性能。

3.3 冻融耐久性

冻融耐久性试验结果如表5所示。对低强度混凝土而言，冰冻和解冻周期的数量都超过了50个周期，但除了L-0组实验，其他组别的冻融循环次数都小于150次，随着石灰岩石粉含量的增加，冻融耐久性会下降，特别是当石粉含量超过10%时。Celik和Marar表示，用超过15%的石粉含量的细骨料制备的混凝土，在拌合物中没有足够的水泥浆体来包裹全部的骨料颗粒。原因在于，随着石灰岩石粉含量在MS中的增加，对水泥石中石灰石石粉含量的比例也增加。例如，L-10的制品中，存在于细骨料中的石灰石石粉含量为10%，水泥含量与石灰石石粉含量的比例是1：3.52，对于L-15组中的混合物，石灰石石粉含量为15%，比例提高到了1：2.35。这可能使水泥浆不足以包裹细骨料中含有的石灰石石粉和MS颗粒。MS中合适的石灰石石粉含量能够使界面过渡区密实而且能够改善硬化MS水泥石的孔隙结构，增强混凝土的性能。然而，如果石灰岩石粉含量太高了，多余的石灰岩石粉可能存在与界面过渡区中，这对骨料和硬化水泥石间的骨架结构是有害的，这也会降低混凝土的相关性能。所以当石灰石粉料含量增加，混凝土的强度增加了，但是混凝土的抗冻融耐久性下降了。然而，对高强度混凝土而言，石灰石石粉的影响不同于低强度混凝土，在高强度混凝土中石灰石石粉的加入对其耐久性能而言，是一个比较小的影响因数，在所有L系列的混合物中，相关动态模量在325循环中变化的范围在94.3%和98.3%的试验中，这表明高的石灰岩石粉含量的高强度MS混凝土具备了超过325周期的良好的冻融耐久性能。

含有高石灰石石粉含量的MS高强度混凝土的高冻融耐久性能的实现可能是由于低的水灰比（W/C）值。这将导致水泥石中的密度增加。此外，在水泥含量丰富的高强度混凝土中，石灰岩石粉的占比相对水泥的占比要低一些。例如，对H-10组别的混合物中，在MS中存在10%的石灰石石粉含量，石灰石石粉含量与水泥的体积比例为1:6.1。因此，石灰石石粉并没有对高强度混凝土的抗冻融性能表现出显著的影响。

3.4 耐磨性能

由于内部含有大量的石灰石石粉，由于在靠近表层的细微粒子的百分比例的增加，这就会涉及到抗磨性能的降低。L系列抗磨性能的试验结果见表4。当石灰石石粉含量提高到10%时其全部的磨耗量是降低的。然而，当石灰石石粉含量增加到超过10%时，将导致磨耗量的增加。磨耗量的减少要归因于石灰石石粉的存在提高了混凝土的强度，但是与正常预期相比，混凝土的抗磨损性能并没有随着抗压强度的增加而增加。这也和混凝土中水泥净浆的体积是密切相关的，水泥净浆的体积越多，混凝土的抗磨性能越低。经过试验表明，混凝土中石灰石石粉含量在10%-15%时其抗压强度是最高的，而相对地，耐磨性能最好时，石灰石石粉含量在7%-10%。

3.5 抗硫酸盐浸蚀

水灰比为0.5时混凝土的抗硫酸盐浸蚀数据如表5所示。结果所显示的硫酸盐浸蚀是10个月的数据，包含不同数量的石灰石石粉的混凝土的抗压强度和挠曲强度明显地降低。除此之外，掺入石灰岩石粉的混凝土的抗硫酸盐的浸蚀能力得到改善。

4. 结论

从这份研究中我们得出了一下4条结论：

(1)在低强度MS混凝土中，用石灰石石粉替代细骨料，当含量提高到15%或者在高强度MS混凝土中石灰石石粉含量提高到10%后，混凝土的抗压强度得到提高。

(2)对于MS低强度混凝土而言，抗氯离子渗透性能增加，抗冻融性能随着被替代的石灰岩石粉百分含量的增加而呈现线性的降低关系。然而，对于MS高强度混凝土而言，石灰石石粉含量的对氯离子渗透性和抗冻融性能的影响较小。

(3)MS的耐磨性能实验表明：当石灰石石粉含量在7%-10%时，混凝土的耐磨性能会得到提高，但当石灰石石粉含量高于10%时会明显地增强混凝土的耐磨性能。

(4)当石灰岩石粉的加入，MS混凝土的抗硫酸盐浸蚀得到改进。

掺偏高岭土的自收缩

高性能混凝土的实验研究

水利工程学院 大连理工大学 大连116024，中国

摘要:在合适的工艺条件下煅烧高岭土来生产MK混凝土，研究加入MK的高性能混凝土。实验结果表明：MK的加入对早期自收缩混凝土有抑制效果。而且随着MK的增加，其抑制效应也随之增加。放置24小时后至56天的自收缩值都高于对比混凝土，其中，掺入5%的MK的一组的抑制效果是最大的。但是全部56天的自收缩值都低于对比的混凝土。而放置24h后的总收缩随着MK的增加而降低，甚至远低于对比的实验组。

关键词：高性能混凝土；自收缩；MK

1、介绍

自收缩是高性能混凝土收缩的一个重要的研究课题。许多学者认为自收缩是高性能混凝土存在的三个主要问题之一：抗冻性、内部的收缩（即自收缩）和耐久性。可以认为自收缩使混凝土宏观体积的减少，是由于在恒定的温度和绝对湿度的条件下胶凝材料初凝后的连续预水化干燥。

在这片文文章中我们将研究加入MK的自收缩混凝土，并和干燥收缩混凝土进行对比。

2、实验部分

2.1装置

借鉴清华大学先进的实验方法，利用我们自己的仪器设备。

2.2偏高岭土的制备

Al2O3·2SiO2·2H2O-AS2H2在高温下脱水以形成Al2O3·2SiO2-AS2，高岭土的化学成分列在表一中，抗压强度对比方法被用来和火山灰进行比较，分别比较在700℃、750℃、800℃、850℃

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