不同种类矿物掺合料性能的对比研究

宋达坤（龙门县建筑工程质量检测中心）



不同种类矿物掺合料性能的对比研究

宋达坤
（龙门县建筑工程质量检测中心）

【摘要】随着建筑业的发展以及节能降耗的需要，矿物掺和料在水泥和混凝土中的应用越来越广泛。对不同矿物掺和料的粉体特性（密度、比表面积、颗粒分布等）进行了研究，并分析了不同种类和不同掺量的矿物掺合料粉体对水泥强度和流动度的影响，为进一步开发多品种的矿物掺和料提供理论依据与应用基础。

【关键词】矿物掺和料；粉体特性；水泥性能

1　前言

随着国际性能源供需矛盾日益加剧和对环境保护越来越高的要求，对矿物掺合料的研究特别是进行资源化开发和应用研究越来越重要［1］。矿物掺合料综合利用，可缓解对环境的污染，减少占地，又可为建材生产提供丰富的原料［2］。近年来，矿物掺合料在建筑领域尤其是商品混凝土和商品砂浆中的应用日益重要，用于制作混凝土和砂浆分类项目的增幅和增量比重已超过任何单项分类项目［3］。因此，研究矿物掺合料的特性对水泥以及混凝土性能的影响具有十分重要的意义。本文研究了不同种类以及不同掺量矿物掺合料对水泥性能的影响。

2　实验原材料

2.1熟料

惠州某水泥工厂生产的熟料。

2.2石膏

惠州某水泥工厂，二水石膏。

2.3矿物掺合料

⑴粉煤灰

①磨细粉煤灰：河源某公司的商品粉煤灰，记为GF。

②Ⅰ级粉煤灰：河源某电厂的Ⅰ级粉煤灰，记为SF。

③粉煤灰：河源某公司的商品粉煤灰，记为FF。

④气流磨制备的磨细粉煤灰，记为QF。

⑵矿渣：矿渣粉高炉矿渣，记为PP。

⑶磷渣：磨细磷渣，记为SP。

2.4砂

石英砂，来自河源，细度分别为20～40目、40～70目、70～140目。

2.5水

自来水。

3　实验过程及实验方法

3.1矿物掺合料粉体特性比较

3.1.1粉体密度测试与比较

密度测试参照水泥密度测定方法GB/T 208-2014进行。实验用各种矿物掺合料粉体的密度如表1。

表1　不同矿物掺合料的密度（g/cm3）

SP和PP的密度大于其它几种粉煤灰的密度，而且PP的密度高达2.72g/cm3。气流磨粉磨能够使粉煤灰基体与周围球形小颗粒间的空隙和小孔减少。

3.1.2粉体比表面积测试与比较

参照GB/T 8074-2008对六种矿物掺和料粉体的比表面积进行测试，结果如表2所示。

表2　各矿物掺合料的比表面积（m2/kg）

从表3中可以看出不同的矿物掺合料的比表面积差别比较大，各种掺和料比表面积大小顺序如下：FF＞GF＞SP＞SF＞QF＞PP。

3.1.3粉体颗粒分布

利用英国马尔文仪器有限公司生产的Mastersiz-er2000型激光粒度分析仪采用蒸馏水作为分散介质，测试六种粉体的颗粒分布情况见表3。

由表3可以看出，各种粉颗粒分布各具特点：GF的粒径主要分布在3～45μm范围内，但是在45～80μm范围分布也高达17.13%；SF在1～20μm范围分布比较多，且小于1μm的颗粒高达7.79%；FF的分布主要集中在3～20μm范围内；QF的分布则比较均匀，颗粒分布均匀；PP的分布主要集中在3～20μm；SP的颗粒分布也很均匀。

表3　各种矿物掺合料的颗粒分布状况（%）

3.2水泥的制备

将惠州某水泥工厂的熟料和二水石膏按照石膏占水泥的5%比例配料，球磨30min得水泥的密度为3.12g/mL，比表面积为350.2m2/kg，相当于标号32.5普通硅酸盐水泥。

3.3水泥性能测试

分别用6种矿物掺合料按不同掺量（10%～50%）研究其对水泥性能的影响。实验用砂1350g，水灰比（W/C）为0.5，实验配合比设计方案如表4。

表4　不同掺量的配合比方案

胶砂强度测试参照GB/T 17671-1999（ISO法）进行。

表5　测试水泥胶砂力学性能用砂配置

胶砂流动性测试参照GB/T 2419-2005（ISO法）进行。将一定比例的矿物掺合料、水泥、中砂（40～70目）750g和180ml水按标准在搅拌机里混合，进行试验，测出其流动度。

4　结果与讨论

4.1矿物掺合料对水泥强度的影响

不同矿物掺合料不同掺量的胶砂3d和28d抗压强度比较如图1和图2所示。

图1　胶砂3d抗压强度

图2　胶砂28d抗压强度

从以上图表可以看出，随矿物掺合料掺量的增加，水泥试块的抗压强度有不同程度的降低。当矿物掺合料掺量较少时，试块的3d和28d抗压强度与基准样相比差距不大，随着矿物掺合料掺量增大，3d抗压强度的下降会比较明显。当掺量从10%增加到20%时，大多数胶砂的28d抗压强度会降低，但SP强度超出标准试样强度。当矿物掺合料掺量从20%增加到30%时，胶砂强度变化很小，但是30%是个转折点，掺量超过30%时其强度随掺量的增加迅速下降。

不同矿物掺合料不同掺量的胶砂3d和28d抗折强度比较如图3、图4所示。

图3　胶砂3d抗折强度

图4　胶砂28d抗折强度

从图3和图4可以看出不同矿物掺合料掺量增加导致3d的抗折强度变化规律与抗压强度相同。除GF外，掺入10%矿物掺合料，水泥试块28d抗折强度小幅下降，当SP掺量为20%时，28d抗折强度反而增加。

4.2矿物掺合料对水泥胶砂流动性的影响

矿物掺合料的种类和掺量不同对水泥胶砂的流动性存在影响。实验测得在不掺入矿物掺合料时水泥胶砂的流动度为180mm，掺入不同种类不同量的矿物掺合料时，其流动性变化情况见图5。

从图5可以看出，当矿物掺合料掺量大于10%时，除GF外其他矿物掺合料的掺量增加都会使得胶砂流动度变大。胶砂流动性随PP的掺入先减小后增大，10%为转折点。总体来说掺入一定量的矿物掺合料，可以改善胶砂流动性，这与矿物掺合料中含有较多球形颗粒起到类似滚珠轴承作用有关［4］。

图5　不同矿物掺合料不同掺量胶砂的流动性

5　结论

⑴对于不同种类的矿物掺合料，粉体特性存在较大的差距，矿物掺合料粉体特性小于掺量对水泥性能的影响。

⑵矿物掺合料的掺入会导致水泥胶砂3d抗折和抗压强度的降低，并且随着掺量的增加强度降低得越多。

⑶小掺量的矿物掺合料对胶砂28d抗压和抗折强度影响较小，随着掺量增加会导致水泥胶砂28d抗折和抗压强度降低，当掺量大于30%时强度下降较快。但是，磷渣掺量小于20%时会增加水泥胶砂28d抗压强度，磷渣掺量由10%增大到20%时其28d抗折强度也会显著提高。

⑷除了磨细粉煤灰，其他5种矿物掺合料的掺入会增加水泥胶砂的流动性。●

【参考文献】

［1］姚武.磨细矿渣掺合料对高强混凝土流变及力学性能的影响［J］.新型建筑材料，2000（1）.

［2］秦鸿根，等.掺粉煤灰高性能混凝土耐久性研究［J］.混凝土与水泥制品，2000（5）：11-13.

［3］王晓钧，杨南如，施书哲，郭跃，孙毅明.磨机种类、水介质和机械热效应对粉煤灰研磨的影响［J］.南京化工大学学报（自然科学版），2000，06∶6-9.

［4］陈冀渝.国内外粉煤灰水泥生产技木的进展［J］.广东建材，2003，12∶6-7.