石粉对机制砂混凝土性能的影响研究

    

摘要:本文主要对石粉对机制砂商品混凝土性能影响进行研究

关键词: 石粉 机制砂商品混凝土 性能影响

一.引言

(1)通常认为,机制砂含有的石粉弥补了天然河砂中细粒含量偏小的缺陷,填补了商品混凝土骨架之间的空隙,另外,石灰岩类石粉中的碳酸盐在水泥水化过程中能与水泥的水化产物Ca(OH)2、水化铝酸盐发生反应,形成水化碳铝酸盐,使得水泥商品混凝土的空隙率减少,并阻止钙矾石向单硫型的水化硫铝酸钙转化,改善机制砂商品混凝土中的薄弱环节,提高强度。

(2)机制砂中的石粉使得砂浆的保水性增强、泌水减少,从而减少自由水在界面上聚集,因而有利于浆―集料界面的改善。此外,当商品混凝土硬化后,被石粉吸收的水分会慢慢释放,用于补偿商品混凝土后期水化用水,从而减少商品混凝土的收缩。但石粉含量过量会影响商品混凝土集料的颗粒级配,反而会降低商品混凝土结构的密实度。

(3)在机制砂商品混凝土拌合物中,石粉浆体的存在弥补了机制砂表面粗糙的缺点,有利于减少机制砂与碎石之间的摩擦,可以改善商品混凝土拌合物的和易性。但石粉的含量有一个限制,超过限制后,随着石粉含量的增加,单位商品混凝土的粉体含量会明显增加,导致需水量增加,从而降低商品混凝土的流动性。

(4)机制砂中的石粉在水泥水化反应中起晶核作用,诱导水泥的水化产物析晶,加速水泥水化并参加水泥的水化反应。

二.石粉影响商品混凝土性能内部成因分析的部分试验

(1)通过水泥水化产物的研究可以部分说明石粉影响的内部成因。电镜扫描(SEM)试验在西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室进行,扫描电镜型号为荷兰飞利浦的Quanta200型。实验时,首先在每个试块要观察的表面上喷银,待银层凝固后,再放入扫描仪中进行观察,然后利用扫描电镜拍摄有特征的微区形貌。XRD测试仪器为日本RIGAKU公司生产的D/MAX一YB型X一射线衍射仪,试验试样样品采用0.4水胶比的净浆,石粉及粉煤灰等采用等质量取代的方式加入,取代量为10%。在掺加石粉的水泥水化样中,可以看到石粉颗粒表面有大量水化产物附着生长。这说明石粉在水泥水化反应中起晶核作用,诱导水泥水化产物在其表面析晶,加速水泥的水化反应。

从XRD的结果可以看出,纯水泥及掺加粉煤灰与石英岩性石粉的ld水化样有钙矾石,但28d水泥样中钙矾石逐渐消失,单硫型硫铝酸钙出现;而在掺加石灰岩等岩性石粉的水化样中,无论ld还是28d均有钙矾石存在。这表明,加入含有CaCO3的石粉,可以抑制水化早期形成的钙矾石在后期向单硫型硫铝酸钙的转化。从而也可以对水泥石强度的提高产生贡献。且掺加含有以碳酸盐为主石灰岩石粉的水泥样中,有水化碳铝酸钙形成。水化碳铝酸钙的生成,有助于水泥石强度的提高,另外还可以消耗水化样中的钙、铝组分,而抑制钙矾石向单硫型硫铝酸钙的转化。该过程的水化反应式为:

C3A+3CaSO4?2H2O+26H2O―C3A?3CaSO4?32H2O

2C3A+C3A?3CaSO4?32H2O+4H2O―3[C3A?CaSO4?12H2O]

C3A+CaCO3+11H2O―C3A?CaCO3?11H2O

因此,从水化产物中可以看出,石粉岩性差异对水泥水化会产生一定的影响,且石粉中碳酸盐含量对水泥水化影响最为显著

三.石粉含量对机制砂空隙率及水泥砂浆孔分布的影响

机制砂的堆积密度随着石粉含量的增加而增加,本试验只做到20%的石粉含量,有资料显示,当石粉含量再增加时,堆积密度可能会减小。同时,随着石粉含量的增加,机制砂空隙率的变化规律与之刚好相反。主要原因是由于适量的石粉含量可以完善机制砂的级配,填充机制砂颗粒之间的空隙。但当石粉含量过高时,过高的石粉含量可能会导致机制砂中细小颗粒过多,破坏机制砂的连续级配,使得高石粉含量的机制砂空隙率增大。因此,对于机制砂而言,适量石粉对于机制砂是必要的,石粉可以完善机制砂的级配,有利于机制砂混凝上强度与抗渗性能的提高。同时,也必须认识到,对于机制砂而言,单纯的关注机制砂的堆积密度和空隙率是不够的,该项指标不能完全反映机制砂的优劣。

有关资料表明,石粉的粒度比水泥略粗,由于石粉的粒度略大或接近于水泥的粒度,因此水泥所形成的空隙很难由石粉去填充,因此石粉也很难像粉煤灰或硅灰等矿物掺和料一样,对水泥起到一种填充效应。但石粉的颗粒接近于水泥的颗粒的粒径,石粉可以起到增加浆体含量,填充机制砂由于级配不良形成的堆积空隙,因此对于机制砂商品混凝土而言,石粉在商品混凝土中更多的起到优化机制砂级配和丰富浆体含量的效果。同时,对于石粉而言,其形貌接近于水泥颗粒形貌,颗粒形状不规则、多棱角,因此石粉颗粒需要更多的包裹水。这也是通常机制砂中含有大量石粉时,商品混凝土的需水量大幅增加或商品混凝土的保水性明显提高的重要原因。对于机制砂砂浆而言,随着石粉含量的增加,相当于降低砂浆的总水胶比,砂浆中水胶比的降低,将明显的降低砂浆的总孔隙率。但当机制砂中的石粉达到一定数量时,水灰比降低到一定程度时,将出现部分游离态的石粉,游离态石粉的出现将降低水泥石的强度、削弱水泥石与界面的粘结,也导致了水泥石中无害孔数量的降低。

四.小结:

(1)机制砂粗糙度明显大于河砂,这是机制砂商品混凝土强度高于普通河砂商品混凝土的主要原因之一,也是机制砂商品混凝土流动性比普通河砂商品混凝土小的主要原因,粗糙度大还是机制砂商品混凝土保水性好,不易泌水的主要原因。

(2)石粉岩性对水泥的水化产生影响主要是碳酸盐矿物成分起作用,其中的碳酸盐可以与水泥矿物中C3A反应生成水化碳铝酸钙,且石粉中CaCO3的还可抑制水化早期形成的钙矾石在后期向单硫型硫铝酸钙的转化,有助于水泥石强度的提高。而石粉中的其它矿物成分则对水泥水化无明显影响。

(3)从相变热力学的角度分析,机制砂中石粉充当了CSH凝胶的成核基体,降低了成核位垒,加速了水泥的水化。

(4)机制砂中石粉颗粒的粒径与水泥粒径、粒度分布基本相同,可以降低商品混凝土中实际的水胶比,有利降低自由水所形成的孔隙率,提高商品混凝土的密实性和强度,但当石粉含量过高时,水泥石中或界面过渡区出现游离态的石粉,则将不利于集料与水泥石的粘结,降低商品混凝土强度。

(5)泥粉对水泥的水化有一定的阻碍作用,不利于水泥石强度的发展。

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 收录时间:2017-02-22 06:25 来源:中国混凝土机械网  作者:匿名
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