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微珠高性能与超高性能混凝土的特性(3)

2015-11-26 00:41阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2032557170


3、微珠砂浆
以17%、25%微珠等量取代水泥，配制砂浆，砂浆流动性大体相同时，含微珠砂浆可适当降低用水量。砂浆配比及強度如下：


表-8 基准砂浆与微珠砂浆配比
NO
 用水量（g）
 水泥(g)
N-MB(g)
 标准砂 (g)
1
 225
 450
 /
 1350
2
 199.5
 373.5
 76.5(17%)
 1350
3
 180
 337.5
 112.5(25%)
 1350


表-9 基准砂浆与微珠砂浆强度
NO.
 抗压强度（MPa）
 抗折强度（MPa）
3d
 7d
 28d
 3d
 7d
 28d
1
 28.8
49.0
 5.8
8.2
2
 33.7
 42.7
 57.6
 7.6
 8.46
 10.0
3
 33
 42.3
 63.6
 7.2
 8.23
 10.4

由此可见，含微珠的砂浆强度均高于基准砂浆。特别是含25%微珠的砂漿強度更高。
4、微珠混凝土
4.1 微珠与不同粉体对高性能混凝土流动性及強度的影响
（1）原材料
复合高效减水剂 （自研制）
粉煤灰 (FA) Ⅰ级 （利建商混站提供）
超细矿粉（纳米级高活性矿粉）(SL) 山东济南
硅粉 (SF) 贵州埃肯
水泥 金鹰PⅡ52.5
(2) 复合粉体
1）SF+WZ=70+180=250 Kg/m3
2）SF+FA=70+180=250 Kg/m3
3）SF+SL=70+180=250Kg/m3
(3) 混凝土配合比
混凝土配合比如表-10，新拌混凝土性能如表-11，混凝土强度如表-12：
表-10 混凝土配合比

NO.
 水泥
 复合料
 水
 砂
 碎石
 外加剂4.0%
5-10
 10-20
1
 450
 （1）WZ
 135
 700
 285
 665
 28
2
 450
 （2）FA
 135
 700
 285
 665
 28
3
 450
 （3）SL
 135
 700
 285
 665
 28


表-11 新拌混凝土性能

NO.
 坍落度
 扩展度
 倒筒
 备注
1
 260
 600
 7
 效果较好
2
 260
 610
 6
 缓凝、不能按时拆模
3
 270
 610
 13
 粘稠、沾底


表-12 混凝土强度测试

NO.
 强度（MPa）
3天
 7天
 28天
1
 60
 76.7
 95.6
2
 58.6
 71.3
 87.9
3
 73.8
 83.2
 97.9

已乘0.95换算系数
由本试验可見：微珠与硅粉复合配制HPC与UHPC时，优于超细矿粉及超细粉煤灰与硅粉复合。
4.2 微珠用于配制高性能混凝土
微珠用于高性能混凝土试验的配比如表-13所示，新拌混凝土如表-14：
表-13 C70HPC的配制（kg/m3）
C
 WZ
 FA
 BFS
 W
 S
 G1
 G2
 AG
380
 40
 120
 80
 140
 750
 760
 190
 2.6%

表-14 新拌混凝土性能
时间
 坍落度（mm）
 扩展度（mm）
 倒筒时间（sec）
初始
 270
 700×730
 8
1h
 265
 700×690
 9
2h
 260
 690×680
 10
混凝土的保塑主要是通过减水剂，作者研发的减水剂具有高效减水，2-3小时保塑, 无缓凝，且有増強作田。但N-MB的应用能降低混凝土的用水量,有利于混凝土的保塑。
表-15 混凝土的強度(MPa)
3天
 7天
 28天
55
 70
 84

不用硅粉，用PO42.5水泥，WZ+FA+BFS掺合料，可配岀C70~C80的HPC。
4.3 用于超高性能混凝土（UHPC）试验
这時采用微珠和硅粉双掺，並採用超低水胶比，使用作者研发的复合高效减水剂，可以获得高流动性、长保塑、超高強的UHPC。
混凝土W/B=0.18含微珠超高性能混凝土的流动性及保塑性，以部分微珠和少量硅粉复配，取代1/3的水泥，混凝土的流动性及强度如表-16，表-17
表-16 微珠UHPC流动性

 坍落度（mm）
 扩展度（mm）
 倒筒时间（s）
初始
 260
 680×700
 4
1小时
 260
 680×700
 4
2小时
 265
 680×700
 5
3小时
 260
 660×680
 6

表-17 不同龄期超高性能混凝土强度
日期
 3天
 7天
 28天
强度（MPa）
 97
 101
 132.7

5、微珠混凝土的耐久性
5.1微珠取代水泥量与Cl--扩散深度变化，微珠取代水泥量0%，10%，20%；做成的砂浆试件，在饱和盐水中侵泡（常温下），不同龄期Cl--扩散深度分别如表-18。
表-18不同龄期Cl--扩散深度

 3天
 7天
 14天
基准砂浆
 14mm
 17mm
 21mm
10%微珠
 7mm
 10mm
 10mm
20%微珠
 6mm
 9mm
 10mm


微珠取代水泥量10%，20% 做成的砂浆试件，在饱和盐水中Cl--扩散深度约基准砂浆的1/2。 按清华大学建立的NEL法，快速测定了两种混凝土（強度均为100Mpa左右, 含微珠的与不含微珠的各一种）的Cl-扩散系数,含微珠的高强高性能混凝土为 0.176598×10-12m2/S; 不含微珠的高强高性能混凝土为0.235791×10-12m2/S. 前者比后者降低30%左右.
5.2 微珠的抗硫盐腐蚀
微珠是燃煤电厂从烟囱中排放的烟雾, 为超细球状玻琍体. 也属粉煤体系.
粉煤灰抗硫酸盐腐蚀性能的评价
R=(C-5)/F≤1.0时，将该种粉煤灰掺入混凝土中，能有效地-5提高抗硫酸盐腐蚀性能。
式中 C－粉煤灰中CaO含量%
F－粉煤灰中Fe2O3含量%
根据表-1微珠化学成分中CaO含量4.8%，Fe2O3含量5.3，代入R=(C-5)/F≤1.0式中，R为负值，故微珠有很高的抗硫酸盐腐蚀的性能。试验也证明, 将微珠HPC浸泡于两种溶液中：Na2SO45.0%溶液；Na2SO45.0%+NaCl3%溶液中；夜晚浸泡14h，然后取出凉干2h，烘干6h（温度80℃±2℃），冷却2h，再放入浸泡液中为一次循环。50次循环后的结果见表-19。
表-19 混凝土试件抗硫酸盐及抗硫酸盐氯盐的综合腐蚀
浸泡溶液
 Na2SO45.0%溶液
 Na2SO45.0%+NaCl3%溶液
循环次数
 50次
 50次
HPC试件
 外观及质量无变化
 外观及质量无变化

6. 微珠HPC&UHPC的微结构
(1) 水泥-微珠-硅粉的胶凝材料体系
水泥的平均粒径约为微珠的20~30倍, 微珠的平均粒径约为硅粉的10倍左右; 微珠填充水泥的孔隙的掺量约30%,如图-5所示, 粒子组合与空隙率的变化. 硅酸盐水泥的平均粒径为10.4mm, 微珠平均粒径1.0mm左右, 从图-5可见, 微珠的掺量约30%才能填充水泥的孔隙. 而硅粉在混凝土中最优掺量为8%左右. 故C120UHPC的胶凝材料组合: 水泥450-500kg/m3, 微珠180-200kg/m3, 硅粉50-70kg/m3, 可以获得最密实的胶凝材料.

图-5 不同粒径粉体与水泥复合时空隙率变化
(2) 萘系-胺基磺酸系-超细粉体的复合高效减水剂
胺基磺酸系高效减水剂的减水率高(25-28%),保塑功能较好,但易泌水, 新拌混凝土抓底; 萘系减水剂减水率较低, 保塑功能差, 坍落度损失快; 两者合理匹配复合, 功能可亙补; 在其中再加入被高效减水剂饱和的粉体, 使三组份复合高效减水剂具有更特殊功能.
1) 在漿体中，水泥粒子吸附减水剂分子，在表面形成双电层电位；水泥粒子由于双电层电位作用而产生分散作用；表面吸附减水剂分子的微珠及硅粉，除了本身由于静电排斥而产生分散外；在水泥粒子空隙之间，表面具有双电层电位的微珠及硅粉粒子，起尖劈作用，使水泥粒子更容易分散，流动性更好。加上球状玻璃体微珠粒子，吸水率甚低，进一步提高了水泥漿的流动性。
2) 三组份复合高效减水剂中的超细粉体，在水泥漿体中，緩慢析放岀减水剂分子，维持水泥粒子对减水剂分子吸附量，使水泥粒子处于分散状态；也即保塑。这与掺缓凝剂不同，三组份复合高效减水剂能较长保塑，但并不缓凝。
(3) 水泥漿体的XRD图谱

图-6 硬化水泥漿的XRD图谱
如图所示，随着微珠掺量的增加，并无新物相出现。微珠本身为玻璃体，其在XRD谱中显示不出。考虑到微珠含量增加可能会对水泥水化以及水化产物的生成量造成影响，因此对样品进行定量分析。水泥样品中未水化的C2S、C3S等特征峰重叠严重，无法单纯提出进行定量分析；而Ca(OH)2的特征峰强度较高且无干扰峰，可进行定量分析，并且Ca(OH)2含量的多少可以间接的反应水泥水化产物的多少，因此对样品中Ca(OH)2含量进行定量分析，结果见表-20。峰值面积越大，表明含量越高。
表-20 样品中Ca(OH)2定量分析结果
样品
 Ca(OH)2特征峰积分面积
氨基基准
 146727
氨基 WZ5%
 259706
氨基 WZ10%
 193434
氨基 WZ20%
 161451
氨基 WZ40%
 183036
氨基 WZ50%
 131065
奈系 WZ10%
 202705
聚羧酸 WZ10%
 226507
从氨基系减水剂及微珠掺量不同的样品来看，隨着微珠掺量由5%-50%时 ，Ca(OH)2 特征峰峰值面积越小，Ca(OH)2 含量越低；除了是微珠掺量50%的试件，Ca(OH)2 含量稍低于基准试件外；其他试件的Ca(OH)2 含量，均高于基准试件；説明了微珠有利于促進水泥的水化反应，特别是微珠掺量5%-10%的情况下。
(4) SEM及孔结构 图-7(a) SEM图谱 (Schmidt)

图-7 (b) 不同混凝土的孔径与孔含量关系（Schmidt）
普通混凝土NC35的毛细孔含量很高, 凝胶孔含量也高; 而超高性能 混凝土UHPC C200及活性粉末材料RPC C500则毛细孔和凝胶孔都很低. 说明耐久性优异.
7. 结论
(1) 微珠是一种具有优良性能的矿物超细粉, 和水泥. 硅粉之间, 具有密实的填充效应; 能提高混凝土的強度。
(2) 微珠是一种超细的球状玻璃体, 吸水率甚低，在混凝土中具有流化效应。
(3) 微珠在混凝土中具有耐久性效应。能有效降低氯离子扩散係数, 提高抗硫酸盐腐蚀性能, 提高混凝土耐久性.
(4) 微珠是配制HPC&UHPC的性能优异的新组份.

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