石灰石粉改性混凝土力学性能及其应用研究

中国混凝土南方地区第八次交流会论文集 2011/5/10 14:38:03 0


 

石灰石粉改性混凝土力学性能及其应用研究

 

徐智勇,周宇飞

(武汉三源特种建材有限责任公司,湖北 武汉 430000

 

  要:研究了石灰石屑的粉磨特性,以及石灰石粉改性混凝土的力学性能,并对其经济性进行了分析。结果表明,用石灰石粉超量取代一定量的水泥和粉煤灰,并适当提高减水剂用量,在工作性能基本相同的情况下,可明显降低水胶比,使混凝土强度达到甚至超过不掺石灰石粉的混凝土,石灰石粉改性混凝土具有良好的经济效益。

关键词:石灰石粉;混凝土;力学性能;应用

 

1  前言

石灰石屑是采石场破碎石料时产生的副产物,粒径在4.75mm以下,根据标准《建筑用卵石、碎石》中的定义,4.75mm以下颗粒不属于碎石的范围,对这部分石料的应用也成为各采石场的一大难题。目前对石灰石屑的利用方式主要以替代河砂为主,不仅经济效益不明显,而且对混凝土的和易性,尤其是泵送性能十分不利。为提高石灰石屑的利用效率,本文尝试将石灰石屑粉磨成石灰石粉,以矿物掺合料的形式将其用于混凝土中,研究制备石灰石粉改性混凝土,研究结果可为石灰石屑的规模化应用提供有价值的参考。

2  原材料

1 水泥:P.O42.5水泥。水泥的物理力学性能见表1

1  水泥的物理力学性能

凝结时间/min

抗折强度/MPa

抗压强度/MPa

初凝

终凝

3d

28d

3d

28d

210

260

6.8

9.4

27.5

54.3

2 粉煤灰:级粉煤灰,45μm筛余17%,需水量比99%

3 石灰石屑:粒径0~4.75mm,含泥量2.3%

4 石灰石粉:由石灰石屑磨细得到,比表面积为600m2/kg

5 细集料:河砂,细度模数2.7,级配区,含泥量1.8%

6 粗集料:石灰石碎石,5~31.5mm连续级配,含泥量0.8%,压碎指标10%

7 减水剂:萘系减水剂,减水率18%,固含量32.5%

              聚羧酸减水剂,减水率21%,固含量11.0%

8 水:自来水。

3  试验研究与讨论

3.1  石屑的粉磨特性

 

   

1是石灰石屑的粉磨时间和比表面积的关系。由图可见,在粉磨时间不超过30min时,石灰石粉的比表面积随粉磨时间迅速增加,30min时达到600m2/kg左右;继续粉磨至50min时,其比表面积增加不明显,仅达到约650m2/kg。从经济性的角度分析,石灰石粉的比表面积宜控制在600m2/kg左右,继续粉磨对其比表面积并无明显提高。

 

2是将4.75mm以下的石灰石屑粉磨6次,每次粉磨30min,石灰石粉的比表面积变化情况。由图可见,在相同的粉磨时间下,石灰石粉的比表面积相差不大,均保持在500~600m2/kg之间,这表明在投料粒径和粉磨时间相同的情况下,石灰石粉具有较稳定的出磨细度,有利于石灰石粉的规模化应用。

3.2  石灰石粉改性混凝土的强度增长规律

为设计掺石灰石粉混凝土的配比,先对掺石灰石粉混凝土强度增长规律进行研究。混凝土坍落度为200 mm

 

2  混凝土配合比/( kg/ m3)

水泥

粉煤灰

石灰石粉

减水剂

90

150

90

150

800

1080

6.5

 

3 混凝土强度增长/ MPa

龄期/d

3d

5d

7d

21d

28d

抗压强度/MPa

7.2

10.5

12.8

20.4

23.6

由表2和表3的数据可知,在低水泥用量下(水泥仅占胶凝材料总量的27.3%),混凝土早期强度较低,但28d强度仍能达到23.6MPa。说明降低水泥用量,掺入部分石灰石粉,同时降低单方用水量,来配制混凝土是可行的,石灰石粉的掺入不会引起混凝土强度严重损失。

3.3  混凝土试配及其强度

为研究石灰石粉对混凝土的改性效果,设计了从C20C60的混凝土配比进行试配。

配合比见表4。所有强度等级混凝土的坍落度均控制在200±20mm范围内。

4  石灰石粉混凝土试配方案/( kg/ m3)

强度等级

水泥

粉煤灰

石灰石粉

减水剂

C20普通

1080

860

180

180

90

0

4.6(萘系)

C20掺石粉

150

160

80

60

5.4(萘系)

C25普通

1070

840

175

220

90

0

5.6(萘系)

C25掺石粉

155

200

70

60

6.3(萘系)

C30普通

1080

800

175

260

90

0

6.7(萘系)

C30掺石粉

150

230

75

70

7.5(萘系)

C35普通

1060

780

175

310

90

0

8.0(萘系)

C35掺石粉

150

280

75

70

8.9(萘系)

C40普通

1090

720

170

360

80

0

9.2(萘系)

C40掺石粉

150

320

80

60

10.1(萘系)

C45普通

1090

700

165

400

70

0

10.3(萘系)

C45掺石粉

150

360

65

60

11.2(萘系)

C50普通

1100

660

165

450

55

0

8.6(聚羧酸)

C50掺石粉

150

420

50

50

9.4(聚羧酸)

C55普通

1120

640

165

470

40

0

9.7(聚羧酸)

C55掺石粉

150

430

55

40

10.5(聚羧酸)

C60普通

1120

630

160

490

40

0

11.1(聚羧酸)

C60掺石粉

150

460

50

30

11.9(聚羧酸)

 

混凝土强度数据见表5

 

5  试配结果/ MPa

强度等级

7d

28d

60d

C20普通

18.5

24.5

28.8

C20掺石粉

17.2

23.7

26.5

C25普通

23.3

30.6

33.7

C25掺石粉

22.1

28.5

31.8

C30普通

26.2

36.4

39.8

C30掺石粉

25.7

35.1

36.7

C35普通

32.3

41.0

44.3

C35掺石粉

32.8

39.6

43.4

C40普通

37.8

45.2

48.3

C40掺石粉

38.7

47.4

49.2

C45普通

41.2

50.1

52.2

C45掺石粉

43.8

52.5

54.8

C50普通

48.2

56.3

58.7

C50掺石粉

50.5

58.2

60.1

C55普通

54.1

62.1

63.2

C55掺石粉

57.3

64.5

65.8

C60普通

57.2

67.2

68.9

C60掺石粉

61.6

70.3

72.4

 

由表4和表5可见,对于C30以下的中低强度等级混凝土,强度受胶凝材料的活性影响较大,掺入石灰石粉后,混凝土中活性胶凝材料的比例有所降低,各龄期的强度都比不掺石灰石粉的混凝土略有降低。随着混凝土强度等级的提高,水胶比对混凝土强度的影响逐渐增强,C40~C60的混凝土掺入石灰石粉后,各龄期的强度比不掺石灰石粉的混凝土均有所提高。

4  经济效益分析

目前,混凝土各主要原材料的市场价格分别为:水泥320/t,粉煤灰120/t,萘系减水剂2100/t,聚羧酸减水剂3500/t

石灰石屑是破碎石料的副产物,其成本可忽略。加工费用包括运输和粉磨费用,经测算约为40/t

根据上述资料计算得到普通混凝土和石灰石粉改性混凝土的成本(不包括砂石),列于表6

6  石灰石粉改性混凝土成本分析

混凝土强度等级

原材料成本/

节约/

成本降低/%

C20普通

78.04

3.50

4.48

C20掺石粉

74.54

C25普通

92.92

4.95

5.33

C25掺石粉

87.97

C30普通

107.97

6.82

6.31

C30掺石粉

101.15

C35普通

126.80

6.66

5.25

C35掺石粉

120.14

C40普通

144.20

8.55

5.93

C40掺石粉

135.65

C45普通

158.11

9.29

5.87

C45掺石粉

148.83

C50普通

180.65

5.49

3.04

C50掺石粉

175.16

C55普通

189.12

6.57

3.47

C55掺石粉

182.55

C60普通

200.56

4.58

2.28

C60掺石粉

195.98

由表6可见,混凝土中掺入石灰石粉可明显降低其成本,尤其是混凝土搅拌站产量最大的C25~C45混凝土,成本可降低约5~9/m3,经济效益十分显著。

5  结论

1 从经济性角度分析,石灰石粉的粉磨细度不宜太大,控制在600m2/kg较为适宜。

2 用石灰石粉超量取代部分水泥和粉煤灰,并适当提高减水剂用量,可通过降低水胶比的方式补偿混凝土的强度损失,使混凝土强度达到甚至超过不掺石灰石粉的混凝土。

3 石灰石粉改性混凝土比普通混凝土的原材料成本可降低约3~9元,具有良好的经济效益。

 

参考文献

[1] 崔洪涛. 超磨细石灰石粉掺合料混凝土性能的研究[D]. 重庆大学硕士学位论文. 2004

[2] 杨华山,方坤河 . 石灰石粉在水泥基材料中的作用及其机理[J]. 混凝土. 2006,(6):32-35

[3] 李悦,丁庆军,胡曙光. 石灰石矿粉在水泥混凝土中的应用[J]. 武汉理工大学学报. 2007293):35-3741

[4] 林鹏,马烨红 . 石灰石粉在水泥与混凝土中应用的研究进展[J]. 商品混凝土. 2007,(2):19-2112

 

作者简介:徐智勇,男,硕士学历,工程师,武汉海剑工贸有限责任公司总工程师。

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