碱激发矿渣水泥混凝土的试验研究
陈慧娟
(北京市建筑工程研究院)
碱激发矿渣水泥是以干燥的粒化高炉矿渣为主要原料加入适量的硅酸盐水泥熟料和少量的二水石膏以及适量的碱激发剂混合磨细制成的水硬性胶凝材料。这是一种新型水硬性胶凝材料,它具有较好的力学性能。其中矿渣占总量的80%～85%,碱激发剂占总量的5%-10%,其余为水泥熟料。矿渣是在炼铁过程中经急冷得到的含有较高能量的不规则玻璃体。其潜在的水硬活性物在碱激发剂的作用下可以生成水硬性的水化产物。碱激发剂除可以用水玻璃、碳酸盐等之外,也可以利用工业废碱。因而可以发展成为一种全废料的高质量水泥。近十几年来,高炉矿渣的利用有了突破性的进展。其中原苏联取得的科研成果尤为显著。仅以高炉矿渣作水泥的专利为例,著名的英国德温特专利统计中,共收入13项专利,其中日本和英国各一项,其余11项为原苏联专利。原苏联时期,每年5500万吨高炉炉渣中有2800万吨用于生产水泥。而我国每年产生炉渣近1亿吨,用于水泥生产只有800万吨,因此具有广泛的开发前景。国内许多科研院所对碱激发矿渣水泥混凝土作了广泛的性能试验,已研制成功了强度高、硬化快、高抗渗、高抗冻、高抗蚀等优越性能于一体的混凝土。这也是硅酸盐水泥混凝土难以达到的。目前碱激发矿渣水泥已形成了企业标准。11材料与试验方法11材料水泥采用河北省东光县水泥厂生产的425号碱激发矿渣水泥。水泥技术要求如下:细度:0108mm的方孔筛筛余不得超过5%。凝结时间:初凝不早于45min,终凝不得迟于12h。安定性:用沸煮检验必须合格。
氧化镁:熟料中氧化镁的含量不超过5%。
若水泥经压蒸安定性合格,则熟料中氧化镁的
含量允许放宽到6%。
425号水泥各龄期的强度不得低于表1
所
列数值
:
425号水泥各龄期强度表1
抗折强度(MPa)抗压强度
(MPa)
3天7天28天3天7天28
天
318510618201030104210
砂为中砂,表观相对密度为2165,细度模
数为214;石子采用5～20mm的碎石,表观相
对密度为2165。
112
试验方法
所有常规试验均按照国标进行。碱激发矿
渣水泥混凝土配合比设计采取等效普通配合比
设计原则:即等强度的原则。
113 环境条件(表2
)
环境条件表
2
养护方式温 度相对湿度
自然养护20±5℃50±
5%
标准养护20±3℃90%以上
蒸汽养护44～74℃
2
1试验结果与分析
211
碱激发矿渣水泥试验结果
水泥凝结时间和安定性按GB1346的规定
进行。见表3;水泥胶砂强度按GB175规定进
行,见表4。
水泥凝结时间和安定性表
3
标准稠度用水量W=125mlC=500g凝结时间初凝终凝安定性
(沸煮法)
25%1h33min5h58
min
合格
水泥胶砂强度试验各龄期数值表
4
抗折强度
(
MPa)抗压强度(MPa
)
1天3天7天28天1天3天7天28
天
115418619815714211131184214
以上试验结果说明,由于这种水泥中的碱
质组分对浆体有着强烈的增强效果,故需水量
12
第24卷-1 建筑技术开发 1997年2月
小,和易性好,标准稠度需水量低于硅酸盐水泥
需水量。这样使硬化浆体中具有较低的孔隙率
,
使硬化浆体密实度提高。凝结硬化快,早期强度高,标号高,具有较好的力学性能。312 碱激发矿渣水泥混凝土试验结果(1)C15～C30塑性混凝土各龄期强度数值(见表
5
)
C15～C
30塑性混凝土各龄期强度表5
试件编号
自然养护(MPa)标准养护(MPa)蒸汽养护(MPa)蒸养转标养
(MPa)
1天3天7天28天3天7天28天7小时12小时28
天
1号286161010161671711191814016713161819
2号3116191215181481214142019017514152019
3号3177161416211891817142417018615122410
4号51310181912281513192016321511118182716
5号61312182214301815172519331611222192917
(2)
C30～C
40干硬性混凝土28
天龄期强
度数值(表
6
)
C30～C
40干硬性混凝土28天龄期强度表6
试件编号自然养护(MPa)标准养护(MPa)蒸养转标养
(MPa)
1号361837103612
2号361641123818
3号381441164112
4号401543174118
5号421444194211
从表中可以看出碱激发矿渣水泥混凝土经
过12小时的湿热养护强度可达标养28天强度
的58%～78%。用这种方法养护的混凝土,可
减少加热期间对混凝土结构的破坏作用,为形
成均匀的水泥石结构提供了极其适宜的条件。
据资料介绍,用这种方法养护的混凝土较经
95
℃湿热条件下养护的碱激发矿渣水泥混凝土
弹性模量增加115倍,徐变变形小1179倍,收
缩变形小2倍。此种养护方法的能耗也将随着
恒温温度的降低而显著降低。生产碱激矿渣水
泥混凝土的能耗比普通硅酸盐水泥混凝土低
50%～80%
。
从表中可以看出碱激发矿渣水泥混凝土无
论是配塑性混凝土还是配干硬性混凝土都适用
于蒸汽养护。因此,碱激发矿渣水泥混凝土适宜
在构件厂组织生产和应用。
(3)
结构性能试验结果
对用碱激发矿渣水泥混凝土生产的
YB3612预应力圆孔楼板按76G
1
图集和
TJ
321-76进行结构性能检验证明:
强度检验合格
:
K
S
>〔KΒ〕=1.875
抗裂度检验合作
:
K
s
f=1.55>〔Kf
〕
=1.15
挠度检验合格
:
f
s
d=2.78<〔fd
〕
=5.67
上述数据说明用碱激发矿渣水泥混凝土制
作的预频力圆孔板完全满足设计和国家检验评
定标准,使用时安全耐久。
3
1结论
1
1由于生产混凝土制品的主要能耗是胶
凝材料生产过程中的能耗和混凝土制品养护过
程中的能耗。因此利用活性高的粒化矿渣来制
造碱矿渣水泥是降水泥生产能耗的有效途径之
一。而且此种水泥生产工艺简单,勿需高温煅烧
熟料,其煤耗降低60%～80%,电耗降低
40%
～50%,是值得推广的一种新型胶凝材料。特别
是利用工业废料来生产碱激发矿渣水泥,这对
保护自然生态环境,减少大量废渣所需占用的
场地面积,减少环境污染、综合利用资源具有深
远的意义。
21通过试验证明,
碱激发矿渣水泥混凝土
适用于蒸汽养护而且强度发展较快,可以缩短
养护周期,提高模板周转率。这种混凝土构件的
生产工艺和普通水泥混凝土的生产工艺完全一
样。在现有的混凝土预制品工厂,在不改变工
艺,不增添或更改设备的条件下,即可组织生
产。
31和普通水泥混凝土比较,
碱激发矿渣水
泥混凝土具有原材料广泛、成本低廉、节约能源
等优点。因此,开发和推广这种混凝土,必将取
得巨大的经济效益和社会效益。
22