石膏與礦渣粉對(duì)混凝土性能的影響研究

張玭

【摘 要】工程項(xiàng)目中混凝土的拌合物性能、力學(xué)性能以及耐久性能是影響建筑工程項(xiàng)目使用壽命和安全性的重要因素。礦渣粉作為一種常用的混凝土摻合料在改善混凝土性能方面有著十分重要的價(jià)值。石膏作為工業(yè)上常見的材料，常作為水泥調(diào)凝劑使用，對(duì)提高混凝土的耐久性能也起著重要作用。論文主要對(duì)石膏礦渣粉在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行探究，討論石膏和礦渣粉在混凝土中的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

【Abstract】The properties of concrete mixture， mechanical properties and durability are important factors affecting the service life and safety of construction projects. As a common concrete admixture， slag powder is of great value in improving the performance of concrete. As a common material in industry， gypsum is often used as a cement coagulant， which also plays an important role in improving the durability of concrete. This paper mainly discusses the application of gypsum and slag powder in concrete， and discusses the application value and economic benefit of gypsum and slag powder in concrete.

【關(guān)鍵詞】石膏；礦渣粉；混凝土性能；影響

【Keywords】 gypsum； slag powder； performance of concrete； impact

【中圖分類號(hào)】TB302 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）04-0163-02

1 引言

礦渣粉與石膏作為常見的摻合料在混凝土中有十分廣泛的應(yīng)用，礦渣粉和石膏都能夠改善混凝土拌合物的性能，提高混凝土的力學(xué)性能和耐久性，在工程建設(shè)中有十分重要的價(jià)值。礦渣粉和石膏的使用，可以降低混凝土的成本，改善混凝土性能，擴(kuò)大混凝土的應(yīng)用范圍，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。論文通過(guò)混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能等方面，分析礦渣粉、石膏對(duì)混凝土的拌合物性能、力學(xué)性能及耐久性的影響，系統(tǒng)研究了石膏與礦渣粉在混凝土中的作用。

2 原材料和方案

2.1 原材料

礦渣粉產(chǎn)自遼寧礦渣微粉有限責(zé)任公司，用試驗(yàn)球磨機(jī)粉磨至比表面積為425m2/kg。石膏產(chǎn)自三鋼集團(tuán)，石膏主要成分包括三氧化硫、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂等。試驗(yàn)所用水泥選擇遼寧銀盛水泥集團(tuán)有限公司P·O 42.5級(jí)水泥，水泥的比表面積為340m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.8%，初凝與終凝時(shí)間分別為164min和229min，28d抗壓強(qiáng)度為47.5MPa，抗折強(qiáng)度為7.8MPa。試驗(yàn)所選擇的細(xì)骨料為河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，表觀密度為2630kg/m3，堆積密度為1560kg/m3，含泥量為1.6%。粗骨料為5～31.5mm三級(jí)配碎石。試驗(yàn)采用的減水劑為沈陽(yáng)市眾邦建筑材料有限公司ZB-J聚羧酸高性能減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型）。

2.2 試驗(yàn)方案

設(shè)置兩組試驗(yàn)，第一組將礦渣粉分別以10%、20%、30%、40%、50%的比例等質(zhì)量取代水泥進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，另一組在摻加不同配比礦渣粉的基礎(chǔ)上，摻加2%的石膏（配合比數(shù)據(jù)詳見表1），按照混凝土配比要求，合理設(shè)計(jì)配合比。調(diào)整礦渣粉的摻量，制備混凝土，測(cè)量坍落度、混凝土立方體試塊抗壓強(qiáng)度以及滲水性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 石膏和礦渣粉摻量變化對(duì)混凝土拌合物性能的影響

對(duì)比只摻加礦渣粉的混凝土和摻加石膏礦渣粉的混凝土材料來(lái)看，坍落度變化并不明顯，不超過(guò)10mm，隨著礦渣粉和石膏摻量的增加，混凝土坍落度有增加的趨勢(shì)，但達(dá)到一定摻量后，坍落度值變化基本不變。

3.2 石膏和礦渣粉摻量變化對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，摻加石膏之后的礦渣粉混凝土與不摻石膏的礦渣混凝土相比，在七天后相應(yīng)強(qiáng)度提高了約10%，一個(gè)月后抗壓強(qiáng)度提高了約2%。摻加石膏的混凝土強(qiáng)度早期提升較快，28天齡期后強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，對(duì)后期影響較小[1]。

3.3 石膏和礦渣粉摻量變化對(duì)混凝土耐久性的影響

試驗(yàn)表明，隨著礦粉摻量的增加，混凝土的滲水深度明顯降低，抗?jié)B等級(jí)由P6提升至P10，說(shuō)明礦渣粉可以有效改善混凝土的抗?jié)B性能。但達(dá)到一定值后，數(shù)值又趨于穩(wěn)定。而在礦粉摻量遞增的同時(shí)加2%的石膏后，抗?jié)B等級(jí)可由P8提升至P12，混凝土的抗?jié)B性能略有提升，但變化不大。

4 原因分析

4.1 作用機(jī)理

隨著礦渣粉分別取代混凝土中水泥用量的10%、20%、30%、40%、50%對(duì)水泥水化的影響，摻入礦渣粉后混凝土的粘聚性和保水性都有不同程度的改善。礦渣粉具有一定的輔助減水作用，隨著礦渣粉取代水泥量的增加，混凝土坍落度同時(shí)加大。

將摻加石膏和礦渣粉的水泥復(fù)合凝膠材料與只摻加礦渣粉的水泥復(fù)合膠凝材料相比，可以看出，膠凝材料在早期水化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)比較多的鈣礬石AFt和氫氧化鈣。這可以說(shuō)明石膏能夠在一定程度上促進(jìn)AFt的生成，提高混凝土材料的早期強(qiáng)度。此外，石膏也可以促進(jìn)水泥中硅酸三鈣的水化，形成結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的水化硅酸鈣凝膠，鈣礬石還可以與水化硅酸鈣發(fā)生凝膠膠質(zhì)反應(yīng)，形成致密結(jié)構(gòu)，提高混凝土的力學(xué)性能[2]。

混凝土的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明，摻入石膏和礦渣粉之后抗壓強(qiáng)度有一定程度的提高，在七天左右混凝土抗壓強(qiáng)度提高達(dá)到最大。分析抗壓強(qiáng)度結(jié)果顯示，石膏加速了水泥和礦渣粉復(fù)合材料的水化速度，顯著提高了混凝土的早期強(qiáng)度，促進(jìn)混凝土內(nèi)部鈣礬石的形成，使得混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定進(jìn)程加快。而且在摻加石膏之后，混凝土的抗?jié)B性能有一定的提升，說(shuō)明石膏的摻入提高了混凝土的耐久性能。分析水化產(chǎn)物，推測(cè)材料耐久性能提高是由于早期生成的鈣礬石不僅能夠提高強(qiáng)度，也可以吸附和結(jié)合水分子，引起體積膨脹，抵消水化進(jìn)程中體積收縮效果，使得水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，從而提高混凝土的長(zhǎng)期性能和耐久性能[4]。

4.2 水化熱

石膏和礦渣粉也會(huì)對(duì)混凝土復(fù)合體系水化熱產(chǎn)生影響，試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著礦渣粉含量的不斷增加，復(fù)合混凝土體系的最高水化熱和水化溫度都會(huì)降低，摻加石膏之后，相應(yīng)的膠凝材料的水化熱和水化溫度都會(huì)提高。水化熱的分析表明，石膏的加入可以促進(jìn)混凝土體系的水化反應(yīng)，提高早期材料強(qiáng)度和水化速度，表現(xiàn)出石膏和礦渣粉的早期活性激發(fā)作用，保證混凝土的早期使用強(qiáng)度[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，石膏和礦渣粉可以有效改善混凝土拌合物的力學(xué)性能和耐久性能，從而保證混凝土的質(zhì)量，并且摻加適量的石膏和礦渣粉可以降低混凝土的成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

【1】吳中偉，廉惠珍.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

【2】馮乃謙.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

【3】王福川.土木工程材料[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

【4】黃成華，王培民，孫家瑛.礦渣超量取代水泥高性能混凝土性能研究[J].混凝土，2004（2）：25-30.