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硅藻土作高性能混凝土摻合料的研究
摘要:本文主要介紹了煅燒硅藻土的化學(xué)組成、物理性能、物質(zhì)結(jié)構(gòu),作為高性能混凝土的摻合料通過與硅灰對比試驗(yàn),煅燒硅藻土作為高性能混凝土的摻合料各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于硅灰,且價(jià)格低廉。
關(guān)鍵詞:煅燒硅藻土;摻合料;試驗(yàn)
1.引言
隨著形式的發(fā)展,商品混凝土得到了廣泛地應(yīng)用。泵送商品混凝土要求有很好的流動性、強(qiáng)度和耐久性。滿足這種要求的摻合料,有硅灰、煅燒硅藻土、沸石和超細(xì)礦渣、粉煤灰等數(shù)種。其中硅灰雖然性能好,但價(jià)格昂貴,難于大量推廣應(yīng)用。煅燒硅藻土,有充足的原料,有良好的化學(xué)活性,表面能高,微集料填充效應(yīng)和增強(qiáng)效果,同時(shí)又能使混凝土獲得較高的耐久性,因此是制備高強(qiáng)、高耐久性、可泵性好的泵送混凝土的優(yōu)質(zhì)摻合料。
2.性能
煅燒硅藻土呈米黃色,粉狀,具有獨(dú)特的有序排列的微孔結(jié)構(gòu),性能穩(wěn)定,耐酸、微粒堅(jiān)硬、孔容大、比表面大,特別是內(nèi)比表面積大,有良好的火山灰性,其化學(xué)組成和物理性能如表1,常用摻合料的物化性能如表2。
表1 煅燒硅藻土的物化性能
摻合料 | SiO2 | Al2 O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | 比表面積cm2/g |
煅 燒 硅 藻 土 | 76.17 | 13.46 | 4.30 | 0.50 | 0.96 | 0.90 | 53.8萬 |
表2 常用摻合料的物化性能
摻合料 | SiO2 | Al2 O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | 比表面積cm2/g |
沸 石 | 70.33 | 13.22 | 1.49 | 2.33 | 1.20 | 0.13 | 4000. |
礦渣 | 34.10 | 13.70 | 0.46 | 36.19 | 9.68 | 1.05 | 4500 |
粉煤灰 | 53.69 | 18.03 | 9.23 | 3.59 | 3.08 | 2.16 | 4200 |
硅灰 | 94.82 | 1.04 | 0.80 | 0 | 1.48 | 1.52 | 20萬 |
硅藻土是由單細(xì)胞低等水生植物硅藻的遺骸堆積而成的,本質(zhì)是無定型SiO2 、是非晶體結(jié)構(gòu),即由硅氧四面體通過橋氧搭接而成的向三維空間發(fā)展的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中存在著等離子團(tuán)及其聚合物。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中硅藻四面體的聚合程度越低,則非晶體的穩(wěn)定性越強(qiáng)。經(jīng)過煅燒和超細(xì)粉碎的硅藻土,破壞了它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),斷裂了骨架,產(chǎn)生了大量斷裂的化學(xué)健,比表面積增加,表面能增大,可溶硅含量增加,負(fù)電位 絕對值增大,具有強(qiáng)大的火山灰性,當(dāng)與水泥中水化析出的CA2 發(fā)生反應(yīng),便迅速吸附CA2 電位也迅速提高,并由負(fù)電位轉(zhuǎn)變?yōu)橄码娢唬蒀-S-H凝膠,填充混凝土內(nèi)部孔隙,所以28D抗壓強(qiáng)度比在100‰以上。
由于硅藻土具有大量有序排列的微孔結(jié)構(gòu),所以將其摻入到混凝土中,即具有“雙微孔系統(tǒng)”。在混合料中有吸水作用,在混凝土硬化過程中有“供水作用”,類似于“分子水庫”,這種良好的持水功能有效地降低了硅藻土微粒表面的局部水灰比,增加了混凝土的密實(shí)性,減少或者避免了粗集料下面由于內(nèi)分層現(xiàn)象所形成的水囊,提高了集料與砂漿界面的粘結(jié)力。還由于煅燒硅藻土,微孔暢通,粒度細(xì),比表面積大,與水泥結(jié)合的有效面積大,持水性好,所以對混合漿體的流動度有顯著提高,坍落度損失降低,還有抗凍的效果,表3。
3.煅燒硅藻土作高性能混凝土摻合料試驗(yàn)
3.1原材料及配合比
混凝土拌和量13L
水 泥:廠名:興發(fā) 牌號:拉法基 型號:P·O42.5 用量:5.13kg
砂 子:產(chǎn)地:懷柔 品種:Ⅱ區(qū)中砂 Mx=2.9 βs=43.9% 用量:10.6.6kg
石 子:產(chǎn)地:懷柔 用量:5.35kg,8.2kg
外加劑:MNC-P2型泵送劑摻量C×1.0%
摻合料:煅燒硅藻土 外摻法
試驗(yàn)依據(jù):GB8076-1997
試驗(yàn)環(huán)境:溫度20℃ 濕度70% 養(yǎng)護(hù)環(huán)境:標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)
3.2 硅藻土不同摻量的混凝土性能
表3
項(xiàng)目 名稱 | 摻合料摻量 C×% | 外加劑摻量C×% | 用水量 g | 塌落度 mm | 60min塌落度 保留值 mm | 抗壓強(qiáng)度(MPa) | ||
3d | 7d | 28d | ||||||
MNC-P2 | ---- | 1.0 | 2500 | 208 | 162 | 13.94 | 21.31 | 33.75 |
硅藻土 | 1.0 | 1.0 | 2500 | 226 | 168 | 15.44 | 28.29 | 38.19 |
硅藻土 | 1.5 | 1.0 | 2500 | 207 | 164 | 15.84 | 29.16 | 40.09 |
硅藻土 | 2.0 | 1.0 | 2500 | 205 | 170 | 17.10 | 29.87 | 42.54 |
硅藻土 | 2.5 | 1.0 | 2520 | 202 | 170 | 16.94 | 29.06 | 41.74 |
通過試驗(yàn)可以看出,硅藻土在泵送體系里,不同摻量下的用水量、坍落度及坍落度保留值均無太大變化,摻量在C×2%時(shí)各齡期的強(qiáng)度均高于其他摻量的各齡期強(qiáng)度,最佳摻量為外加2.0%。
3.3摻加硅藻土與硅灰的混凝土性能
表4
項(xiàng)目 名稱 | 外加劑摻量C×% | 摻合料摻量C×% | 用水量 g | 塌落度 mm | 60min塌落度 保留值mm | 抗壓強(qiáng)度(MPa)/ 抗壓強(qiáng)度比% | ||
3d | 7d | 28d | ||||||
基準(zhǔn) | ---- | ---- | 3100 | 103 | ----- | 17.50/100 | 23.59/100 | 28.52/100 |
特級硅灰 | 1.0 | 8 | 2530 | 210 | 175 | 24.78/141.6 | 32.70/138.6 | 39.13/137.2 |
IK硅灰 | 1.0 | 8 | 2860 | 216 | 167 | 24.54/145.9 | 33.58/142.3 | 39.66/139.1 |
慕湖I級硅灰 | 1.0 | 8 | 2700 | 208 | 168 | 24.61/140.6 | 34.05/144.3 | 40.92/143.5 |
慕湖II級硅灰 | 1.0 | 8 | 2950 | 215 | 158 | 22.30/127.4 | 30.37/128.7 | 37.75/132.4 |
貴州I級硅灰 | 1.0 | 8 | 2870 | 213 | 164 | 25.57/146.1 | 32.32/137.0 | 41.40/145.1 |
硅藻土 | 1.0 | 2 | 2500 | 212 | 178 | 25.18/143.9 | 37.22/157.7 | 43.23/151.5 |
用煅燒硅藻土作高性能混凝土摻合料,與硅灰相比,煅燒硅藻土,對抗壓強(qiáng)度和流動度的貢獻(xiàn)是硅灰所不能比擬的。28d的抗壓強(qiáng)度可以提高10%,塌落度保留值也優(yōu)于硅灰的效果。
3.4 混凝土的最大滲水高度
表5
項(xiàng)目 拌合物 | 摻合料摻量C×% | 最大滲水高度mm |
基準(zhǔn) | ---- | 全透 |
摻加慕湖I級硅灰混凝土 | 8 | 114 |
摻加硅藻土混凝土 | 2 | 108 |
通過試驗(yàn)可以看出混凝土中摻加硅藻土的的抗?jié)B性好于摻加硅灰的抗?jié)B性。
4.結(jié)語
1) 煅燒硅藻土作為一種高性能混凝土摻合料具有很好的增強(qiáng)效果,并優(yōu)于硅灰。
2) 有良好的保水性、流化性能和可泵性。
3) 摻量很少,即可好取得良好的改性效果。
4) 原料來源廣,成本低。
5) 提高混凝土耐久性,是環(huán)保型的綠色摻合料,對可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 唐明 邱晴 王博編著 現(xiàn)代混凝土外加劑及摻合料
[2] 林寶玉 吳紹章編著 混凝土工程新材料設(shè)計(jì)與施工
作者簡介:周忠義,男,工程師
[工作單位]:北京慕湖外加劑有限公司
[單位地址]:北京·懷柔開利園78# 郵編:101400
[聯(lián)系電話]:
Email:mhaotw@mhaotw.com
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