玄武岩-矿渣-石灰石微粉制备混凝土的试验研究

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发布时间：2021-09-03

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玄武岩一矿渣一石灰石微粉制备混凝土的试验研究
马清清a，陈平a,b，邹小平，刘荣进
(桂林理工大学a．材料科学与工程学院； b．有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，广西桂林541004)
摘要：研究了将玄武岩、矿渣和石灰石磨细成微粉用作混凝土掺合料，通过正交试验，分析了水灰比、砂率、玄武岩粉掺量、矿
渣微粉掺量及石灰石粉掺量5因素对玄武岩混凝土工作性能、抗压强度和抗氯离子渗透扩散陛的影响。综合考虑各因素对三指标的
影响，得出制备C45混凝土的适宜配合比。通过SEM照片对各龄期微观结构分析发现其密实度明显高于基准混凝土。
关键词：玄武岩；掺合料；混凝土
中图分类号： TU528．041 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2013)07—0084—04
Study of basalt-slag-limestone powder as concrete admixture
MA Qingqing ，CHENPing~'b,ZOUXiaoping~'，LIURongjin
(a．Materials Science and Engineering；b．Key Lab ofNew Processing Techndogy for Nonferrous Metals and
Meterials Minstry ofEducation，Guilin University ofTechnology，Guilin 541004，China)
Abstract： It research of basalt—slag—limestone micro powder as concrete admixture，based on the orthogonal experiment，analysing the
impact ofrate ofwater—cement ratio，sand coarse aggregate ratio，basalt micro powder，slag powder and limestone mixing amount to working
performance，compressive strength an d resistance to chloride penetration spreading ofbasalt concrete．The comprehensive examination
of each factor to the influence of the five indexes，it was concluded that the suitable preparation C45 concrete mix proportion．SEM pho—
tographs ofeach age microstructure analysis found that the density ofconcrete was obviously higher than the reference concrete．
Key words： basNt；adm ixture；concrete
O 引言
随着社会生产力和经济高速的发展，资源、能源的消
耗巨大，环境问题日益突出。如：材料生产和使用过程中资
源过度开发和废弃及其造成的环境污染和生态破坏，对社
会经济的可持续发展和人类自身的生存构成严重的障碍
和威胁【”。混凝土工业作用能源消耗和产生环境影响的大
户在2011年产量达到了14-2亿m ，约合35亿t，其中水
泥约为7亿t，目前我国利用新型干湿法水泥生产线1 t水
泥的电耗为90 kW·h，煤耗为100 kg，其CO2的排放达到
了800kg，也就是说，去年一年我国在生产水泥时就产生了
电耗630亿kW·h，消耗了0．7亿t煤，排放了5．6亿tCO 。
所以必须采用有效措施和发展环境保护型可持续发展的
材料、设计与施工翻。科学地大量使用矿物细掺合料，既是
提高混凝土性能的需要，又是减少对增加水泥熟料掺量的
需求；即可减少煅烧熟料时CO 的排放，又符合了我国可
持续发展的战略方针。当前，混凝土掺合料主要有矿渣、
硅粉、粉煤灰等工业废渣，但是由于建筑业的蓬勃发展需
要大量的混凝土材料，使常用的混凝土掺合料越来越短缺【3]。
我国玄武岩的分布尤为广泛，玄武岩粉及火山灰粉碎
屑岩等典型火山灰粉材料，含有大量活性的SiO：和Al20 ，
收稿日期：2013-01—08
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加入碱性激发剂时，能生成水硬性胶凝材料，其火山灰活
性优于粉煤灰及矿渣，廉价易得。目前建筑行业对其应用主
要集中在玄武岩纤维上，但由于其成本较高，工艺复杂，实
际工程中应用较少。且目前对其用作做混凝土掺合料方面
的研究较少。本试验采用玄武岩、矿渣和石灰石磨细成微粉
用作混凝土掺合料替代部分水泥配制C45混凝土，并测试
了混凝土抗氯离子渗透性。
1 试验原材料及方法
1．1 试验原材料
1．1．1 水泥
海螺集团(桂林)水泥有限公司生产P·0 42-5级水泥，水
泥的化学成分见表1。密度3．叭 cm ，比表面积372 m2／kg，
80 Ixm筛余3％，胶砂强度28 d抗压强度47．5 MPa，抗折强
度7．8 MPa；检测结果表明，水泥技术性质满足要求。
1．1I2 掺合料(玄武岩粉、矿渣粉、石灰石粉)
海南玄武岩，磨至比表面积450 mVkg，三氧化硫含量
0．70／o，火山灰粉活性试验合格；矿渣为钢铁厂高炉矿渣，磨至
比表面积410mVkg，粉末后为白色微粉，密度为2．86g／cm3；
石灰石为桂林石灰屑，密度2．67 g／cm3,含水率低，表面致密，
磨至比表面积750m2／kg，化学成分见表1。
表1 原材料化学成分％
1．1-3 粗、细集料
粗集料采自桂林本地矿山开采碎石，粗集料级配连续，粒
径5～30mm，其中5～10mm：0～20％；10～20mm：25％～75％；
20～30 mill：10％～45％；30 mm以上0～5％。细集料采自桂林
本地河砂，细度模数2．8，属于中砂范围内。
1．1．4 混凝土外加剂
高效减水剂：桂林市盛立混凝土外加剂有限公司产
NSO 13．萘磺酸甲醛高缩物钠盐高效减水剂，掺量为水泥质
量的1％一2％，减水率15％ 20~／o，28 d强度可提高20~／o~右。
1．2 试验方法
(1)玄武岩微粉比表面积的测定依据GB 8074-2008
《水泥比表面积测定法(勃氏法)》。
(2)减水剂的使用按照GBJ ll9—1988《混凝土外加剂
应用技术规范》及JGJ 56—1984《混凝土外加剂质量标准
和试验方法》掺加减水剂。
(3)坍落度按照GB／T 50080--2002~普通混凝土拌合
物性能试验方法标准》，测试混凝土拌合物性能。
(4)抗压强度试验用于评定玄武岩粉掺量对混凝土力
学性能的影响。按照国家有关标准进行，试验采用边长为
100 mm~100 mmxl00 mm的立方体试块，分别在标养至3、
7、28 d龄期时进行抗压、抗折强度测试。
(5)氯离子渗透扩散性试验参照美国枥滩ASTM c 1 202—
97，以同组3个试件6 h通过的电量平均值来评定混凝土氯
离子渗透扩散性，提供耐久性评定的参数。采用边长100 mm
的立方体试块，钢试模成型，拆模后浸没于标养室的水池中，
56 d龄期试验前一周将试块加工成直径95 mm、厚50 mm
的试件，电通量试验前真空饱水24 h后用于测试。
1．3 试验方案
混凝土的设计强度．， 5，配制强度．厂锄，0-54．87；在进
行了大量初步探索性试验的基础上，将水灰比定位0．36，
用水量选为1 66 kg／m3，减水剂掺量固定为胶凝材料质量的
2％，基准混凝土配合比及性能测试结果见表2，为考察各
因素间的协同作用，玄武岩取代试验采用表4中L (4s)正
交试验表进行配合比试验。
表2 基准混凝土配合比及性能测试结果
2 试验结果
2．1 混凝土配合比
配合比设计采用固定胶凝材料总量、砂石总量及固定
减水剂的方法，掺入15％～30％的玄武岩粉、10％~25％的矿
渣粉及5~／o~20％石灰石粉的代替同体积水泥，其中不掺玄一
矿一石粉作为参考组(见表2)。根据JGJ 55—2o00普通混
凝土配合比设计规程，计算出初步配合比，试拌调整，得出
基准配合比确定各组混凝土配合比及强度如表4。
2．2 和易性分析
由表4数据可知，坍落度最大为23 cm，最小为5 cm，
和易性工作性能较好。随着水胶比、砂率、玄武岩掺量、矿
渣微粉掺量及石灰石微粉掺量的变化，混凝土的坍落度均
有相应的变化，其正交试验变化趋势如图1所示。由图1
可知，影响坍落度主要的因素是依次矿渣掺量、水灰比、砂
率、玄武岩掺量、石灰石掺量。在设计值范围内，坍落度大
些工作性能相对更好，综合分析五因素，由此可知坍落度
最佳组合是A4B4C2D4E2，即水胶比0．40，砂率37％，玄武
表4