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摘 要:通过室内试验,对比研究了磷渣掺量和细度对混凝土抗压强度的影响,并对其机理进行分析。试验结果表明,磷渣的掺入降低了混凝土的早期强度,且掺量越大,降低的幅度也越大;当掺量控制在50%以内时,磷渣混凝土的后期强度超过了基准样;随着磷渣比表面积的增加,试件的强度提高,且越到后龄期提高的幅度越明显。
关键词:磷渣掺合料混凝土抗压强度
中图分类号:TU528.041 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(c)-0031-01
1 引言
磷渣,又称磷矿渣,是电炉法生产黄磷的一种副产物,主要成分为硅酸钙。磷渣作为掺合料在水泥混凝土中的应用,一方面可以优化混凝土的某些性能,例如降低水化热、减小收缩等,另一方面也可以解决作为废渣的堆放处置以及由此引起的环境问题。同时,磷渣价格低,替代部分水泥后降低了成本。因此,深入研究磷渣对水泥混凝土性能的影响,是具有技术、经济和社会意义的[1、2]。
我国最早在20世纪80年代末开始进行磷渣作为混凝土掺合料的试验研究。已有研究和实践表明[3],除可以降低混凝土水化热和减少收缩外,磷渣的掺入还可以提高混凝土的极限拉伸值和抗渗性能,并且在一定程度上可以改善混凝土的耐久性。关于磷渣对混凝土抗压强度的研究较多,但对早期和后期强度的影响说法不一[4～6]。本文通过大量室内试验,从掺量和细度两个角度考察磷渣对混凝土抗压强度的影响。
2 原材料与试验方法
2.1 原材料
水泥:重庆拉法基普通硅酸盐水泥,比表面积360m2/kg,密度3.15g/cm3。化学成分见表1。磷渣:宁夏某厂排放的磷渣,密度为2.79g/cm3,质量系数1.29,活性系数0.10。化学成分见表1。粗骨料:石灰石碎石,5～20连续级配。细骨料:简阳中砂,比表面积模数为2.6,表观密度为2710kg/m3,松散密度为1350kg/m3。减水剂:FDN高效萘系减水剂,减水率20%±2%。
2.2 试验方法
参考《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T50081规定进行。
2.3 配合比设计方案
对比研究在相同水胶比条件下,不同掺量和比表面积的磷渣对混凝土力学性能的影响。控制水胶比为0.4,通过掺加适量的高效减水剂调节混凝土拌合物的和易性,减少由于和易性不好导致试件成型过程中缺陷的存在对试验结果的影响程度。
3 实验结果与分析
试件成型一天后拆模,置于标准养护室养护至规定龄期后取出测试。
3.1 磷渣掺量对混凝土抗压强度的影响
基准样及不同磷渣掺量的混凝土试件各龄期抗压强度见图1。结果显示,磷渣的掺入降低了混凝土的早期强度,且随着磷渣掺量的增加,试件早期强度的下降幅度增大。与基准样相比,磷渣掺量为30%的试件(编号L30)3d、7d强度分别降低了48.6%和24.7%;磷渣掺量为50%的试件(编号L50)3d、7d强度分别降低了79.4%、48.2%。这主要是因为磷渣部分取代水泥后,水泥熟料的含量减少,使得早期水化进程变缓。另外,磷渣具有潜在水硬性,需要与水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化才能激发,这也决定了磷渣水化速度慢于水泥,从而使得整个体系的凝结硬化延缓,强度发展变慢,早期强度降低。
就后期强度而言,当磷渣掺量在50%以内时,随着掺量的增加,各龄期试件的抗压强度逐渐降低,但后期强度均超过了基准样。当掺量达到60%时,90d强度仍低于基准样。特别地,磷渣掺量从20%增加到50%,试件90d龄期的抗压强度比基准样依次提高了16.7%、13.5%、11.2%和4.8%;而60%磷渣掺量的试件(编号L60)的90d抗压强度比基准样降低了10.8%。这可能是因为磷渣掺量越大,完全发挥活性所需的时间就越长。
总的来说,当龄期超过28d后,磷渣混凝土的强度逐渐超过基准样。磷渣混凝土的强度发展曲线的斜率大于基准混凝土,表明前者的强度发展速度较快。
3.2 磷渣比表面积对混凝土抗压强度的影响
图1(a)和图2(b)分别是磷渣掺量为30%和50%时,不同比表面积的磷渣对混凝土各龄期抗压强度的影响示意图。
由图1可知,随着磷渣比表面积的增大,混凝土各龄期的抗压强度也增大,且越到后龄期,增加的幅度越大。当磷渣掺量为30%时,与比表面积为346m2/kg的混凝土试件(编号LF31)相比,比表面积为530m2/kg的试件(编号LF33)的60d、90d强度分别增加了15.1%和17.1%。而早龄期的变化相对不明显。
增加磷渣掺量到50%时,磷渣比表面积对混凝土抗压强度的影响规律类似,比表面积越大,各龄期试件的强度也越高;且早期影响程度较小,随着龄期增加,影响的程度也加大。引起上述现象的原因可能有以下几个方面:一是比表面积越大,磷渣的微集料效应越明显,可以更好地填充混凝土的孔隙,减少有害孔,优化孔结构,提高密实性;二是在一定范围内,比表面积越大,试件的水化速度越快,水化产物增加,从而提高强度。
4 结语
通过试验研究,可得出如下结论:
(1)磷渣的摻入降低了水泥混凝土的早期强度,且掺量越大,降低的幅度也越大;
(2)磷渣掺量越大,试件在各龄期的抗压强度越小。但在50%掺量范围内时,掺磷渣的混凝土试件后期强度均超过了基准混凝土。
(3)在试验掺量范围内,随着磷渣细度的增加,混凝土试件的各龄期抗压强度均增大,且龄期越长,增加的幅度越明显。这主要与磷渣的微集料效应和活性效应相关。
参考文献
[1] 杨忠旗,杨德斌.磷渣在混凝土中的应用研究[J],山西建筑,2007.
[2] 胡鹏刚,徐德龙,宋强,等.磷渣掺合料对水泥混凝土性能的影响及机理探讨[J],混凝土,2007.
关键词:磷渣掺合料混凝土抗压强度
中图分类号:TU528.041 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(c)-0031-01
1 引言
磷渣,又称磷矿渣,是电炉法生产黄磷的一种副产物,主要成分为硅酸钙。磷渣作为掺合料在水泥混凝土中的应用,一方面可以优化混凝土的某些性能,例如降低水化热、减小收缩等,另一方面也可以解决作为废渣的堆放处置以及由此引起的环境问题。同时,磷渣价格低,替代部分水泥后降低了成本。因此,深入研究磷渣对水泥混凝土性能的影响,是具有技术、经济和社会意义的[1、2]。
我国最早在20世纪80年代末开始进行磷渣作为混凝土掺合料的试验研究。已有研究和实践表明[3],除可以降低混凝土水化热和减少收缩外,磷渣的掺入还可以提高混凝土的极限拉伸值和抗渗性能,并且在一定程度上可以改善混凝土的耐久性。关于磷渣对混凝土抗压强度的研究较多,但对早期和后期强度的影响说法不一[4～6]。本文通过大量室内试验,从掺量和细度两个角度考察磷渣对混凝土抗压强度的影响。
2 原材料与试验方法
2.1 原材料
水泥:重庆拉法基普通硅酸盐水泥,比表面积360m2/kg,密度3.15g/cm3。化学成分见表1。磷渣:宁夏某厂排放的磷渣,密度为2.79g/cm3,质量系数1.29,活性系数0.10。化学成分见表1。粗骨料:石灰石碎石,5～20连续级配。细骨料:简阳中砂,比表面积模数为2.6,表观密度为2710kg/m3,松散密度为1350kg/m3。减水剂:FDN高效萘系减水剂,减水率20%±2%。
2.2 试验方法
参考《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T50081规定进行。
2.3 配合比设计方案
对比研究在相同水胶比条件下,不同掺量和比表面积的磷渣对混凝土力学性能的影响。控制水胶比为0.4,通过掺加适量的高效减水剂调节混凝土拌合物的和易性,减少由于和易性不好导致试件成型过程中缺陷的存在对试验结果的影响程度。
3 实验结果与分析
试件成型一天后拆模,置于标准养护室养护至规定龄期后取出测试。
3.1 磷渣掺量对混凝土抗压强度的影响
基准样及不同磷渣掺量的混凝土试件各龄期抗压强度见图1。结果显示,磷渣的掺入降低了混凝土的早期强度,且随着磷渣掺量的增加,试件早期强度的下降幅度增大。与基准样相比,磷渣掺量为30%的试件(编号L30)3d、7d强度分别降低了48.6%和24.7%;磷渣掺量为50%的试件(编号L50)3d、7d强度分别降低了79.4%、48.2%。这主要是因为磷渣部分取代水泥后,水泥熟料的含量减少,使得早期水化进程变缓。另外,磷渣具有潜在水硬性,需要与水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化才能激发,这也决定了磷渣水化速度慢于水泥,从而使得整个体系的凝结硬化延缓,强度发展变慢,早期强度降低。
就后期强度而言,当磷渣掺量在50%以内时,随着掺量的增加,各龄期试件的抗压强度逐渐降低,但后期强度均超过了基准样。当掺量达到60%时,90d强度仍低于基准样。特别地,磷渣掺量从20%增加到50%,试件90d龄期的抗压强度比基准样依次提高了16.7%、13.5%、11.2%和4.8%;而60%磷渣掺量的试件(编号L60)的90d抗压强度比基准样降低了10.8%。这可能是因为磷渣掺量越大,完全发挥活性所需的时间就越长。
总的来说,当龄期超过28d后,磷渣混凝土的强度逐渐超过基准样。磷渣混凝土的强度发展曲线的斜率大于基准混凝土,表明前者的强度发展速度较快。
3.2 磷渣比表面积对混凝土抗压强度的影响
图1(a)和图2(b)分别是磷渣掺量为30%和50%时,不同比表面积的磷渣对混凝土各龄期抗压强度的影响示意图。
由图1可知,随着磷渣比表面积的增大,混凝土各龄期的抗压强度也增大,且越到后龄期,增加的幅度越大。当磷渣掺量为30%时,与比表面积为346m2/kg的混凝土试件(编号LF31)相比,比表面积为530m2/kg的试件(编号LF33)的60d、90d强度分别增加了15.1%和17.1%。而早龄期的变化相对不明显。
增加磷渣掺量到50%时,磷渣比表面积对混凝土抗压强度的影响规律类似,比表面积越大,各龄期试件的强度也越高;且早期影响程度较小,随着龄期增加,影响的程度也加大。引起上述现象的原因可能有以下几个方面:一是比表面积越大,磷渣的微集料效应越明显,可以更好地填充混凝土的孔隙,减少有害孔,优化孔结构,提高密实性;二是在一定范围内,比表面积越大,试件的水化速度越快,水化产物增加,从而提高强度。
4 结语
通过试验研究,可得出如下结论:
(1)磷渣的摻入降低了水泥混凝土的早期强度,且掺量越大,降低的幅度也越大;
(2)磷渣掺量越大,试件在各龄期的抗压强度越小。但在50%掺量范围内时,掺磷渣的混凝土试件后期强度均超过了基准混凝土。
(3)在试验掺量范围内,随着磷渣细度的增加,混凝土试件的各龄期抗压强度均增大,且龄期越长,增加的幅度越明显。这主要与磷渣的微集料效应和活性效应相关。
参考文献
[1] 杨忠旗,杨德斌.磷渣在混凝土中的应用研究[J],山西建筑,2007.
[2] 胡鹏刚,徐德龙,宋强,等.磷渣掺合料对水泥混凝土性能的影响及机理探讨[J],混凝土,2007.