混凝土原材料性能突变问题——矿物掺合料

矿物掺合料已经成为混凝土最为常用的原材料,其中粉煤灰和矿粉最为常用,且两者复合使用。矿物掺合料在混凝土中最主要的作用有:

1)形态效应。粉煤灰的粒形为“球形”,具有滚珠、轴承作用,可以提高混凝土拌合物的流动性;

2)填充效应。矿物掺合料和水泥组成的复合掺合料,级配相互补充,相互填充,降低胶凝材料空隙率,增加混凝土的密实性,大幅度提高混凝土的强度和耐久性能;

3)化学效应。矿物掺合料利用水泥的水化产物进行二次水化的火山灰效应,其水化产物生成更加致密的混凝土结构,提高混凝土的一系列性能。

但矿物掺合料的质量对混凝土具有重要影响,如劣质粉煤灰需水量大,对外加剂的吸附性很大。矿粉也会引起混凝土拌合物泌水、离析现象。当然混凝土强度方面需要经常做矿物掺合料活性指数测试,总结矿物掺合料活性指数的变化范围来确定掺合料的掺量。

 

随着矿物掺合料广泛应用致使其需求量增加,造成连续多年出现供不应求的现象,这也就导致了供货商弄虚作假,以次充好的不良行为的发生。尤其是在春季,粉煤灰的产量减少时,致使许多对原材料控制不严的搅拌站所生产的混凝土质量不稳定,甚至出现质量事故。当矿物掺合料质量出现突变时,应针对其实际的质量水平采取相适应的应对措施。

(一)问题粉煤灰

1)粉煤灰分为Ⅰ级灰,Ⅱ级灰,Ⅲ级灰三个等级,生产实践中,粉煤灰质量突然发生变化,无非是本来是使用的Ⅰ级灰突然变成了Ⅱ级灰,或者本来使用的二级灰突然变成Ⅲ级灰。具体表现为细度变粗了或者烧失量变大了,单方混凝土中用水量往往增大,混凝土配合比如果不作调整,通常会造成混凝土坍落度损失加大,强度也往往降低。根据混凝土坍落度变化情况,适当增加混凝土外加剂掺量0.2%0.5%,根据当前粉煤灰级别适当降低混凝土水胶比0.010.03或降低粉煤灰掺量增加水泥用量30kg

 

2)在粉煤灰脱硫过程中有时采用氨水脱硫,假若选择脱硝粉煤灰进行混凝土制备,拌合物表层常常会出现丰富的气泡,并且氨气味也会出现。若把不同电厂的脱硝粉煤灰,依照10%20%30%40%的比例加入到水泥里,就会使水泥凝结时间增加,早期强度等级减小,并会由于粉煤灰掺量增多,出现显著的强化现象。遇到具有氨味的粉煤灰时,若发现混凝土气泡增多,应降低粉煤灰用量,甚至停止使用。混凝土中过多的气体形成过多的通道,降低混凝土的强度及混凝土的抗渗能力,同时也降低了混凝土的耐久性。遇到具有氨味的粉煤灰时,若发现混凝土气泡增多,应降低粉煤灰用量,甚至停止使用。混凝土中过多的气体形成过多的通道,降低混凝土的强度及混凝土的抗渗能力,同时也降低了混凝土的耐久性。

3)夹心灰,即粉料车下层装劣质灰,表面层装符合要求的灰,利用混凝土公司检测员表面取样习惯,进行投机取巧。这种劣质灰需水量比大,基本上不具备粉煤灰应有的性能,会导致使用后的混凝土坍损严重、强度不足等。加强粉煤灰进场检测非常重要,最有效的取样方法是在进料管上安装阀门,卸料的同时抽样检测,发现不合格立即停止验收,严肃追究供应商责任。

4)磨细灰,这种灰细度可以满足Ⅰ级或Ⅱ级的要求,甚至需水量比也可以检测合格,但其他性能则相差甚远,如强度贡献、保坍效果等,,往往会严重降低混凝土性能。混凝土公司应引起重视,在进货源头上进行控制,比较好的措施是在粉煤灰运输车上安装GPS定位系统,监控运输车行驶路线,防止磨细灰装运进场。

5)浮黑粉煤灰

为了使煤充分燃烧,燃煤时加入柴油或其他油性物体当成是助燃剂。如果这些助燃剂并不能彻底燃烧,就会在粉煤灰内出现残留。假若选择此种粉煤灰进行混凝土生产时,拌合物表层会出现很多黑色油状物,硬化环节结束后,混凝土构件表层会产生不规则黑斑,进而使构件外观出现很大的缺陷。在构件抹灰或装饰板块粘贴的过程中,甚至会使砂浆和基层、砂浆和板块粘结效果不理想。

6“脱硫灰”

采用循环流化床锅炉工艺可以高效燃烧高硫煤,为了减少SO2的排放,往往需要采取脱硫措施,产生的粉煤灰即CFB脱硫粉煤灰。它含有大量的硫化物或硫酸盐(如石膏等),不同于传统的粉煤灰。未经测试贸然用于混凝土,会造成严重的混凝土开裂和崩解现象。现行的粉煤灰标准虽有SO3含量限制,但对“脱硫灰”的检验判定缺乏针对性。这种粉煤灰含有大量的硫化物或硫酸盐(如石膏等),不同于传统的粉煤灰未经测试贸然用于混凝土,会造成严重的混凝土开裂和崩解现象。现行的粉煤灰标准虽有SO3含量限制,但对“脱硫灰”的检验判定缺乏针对性。

(二)如何应对粉煤灰质量问题

粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标,观察粉煤灰的颜色就可以对粉煤灰的细度和烧失量做到心中有数。颜色越深,粉煤灰粒度越细,含碳量越高,吸水性越强。高钙粉煤灰通常颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。

除了看颜色,还可以加水搅拌对粉煤灰进行观察。在一烧杯水中,适量加入粉煤灰快速搅匀,查看水面上是否漂浮有黑灰,用以检查粉煤灰中的含炭量大小;若粉煤灰颜色发黑且有异味,水面有油珠,这种粉煤灰应为浮油灰,应退货。

含有较高游离 CaOSO3的脱硫灰加水搅拌后,溶液呈碱性,滴入酚酞试剂,呈现红色。为防止因 Ca(OH)2和水化硫铝酸钙的体积膨胀而导致的混凝土开裂,必须退货。

还可以闻气味,取适量的粉煤灰和水泥放在烧杯中加水搅拌成浆体的过程中,如果能闻到刺鼻的氨气味道,该粉煤灰可判定为脱硝灰。

用显微镜看粉煤灰,一般来说粉煤灰颗粒在显微镜下光滑的玻璃球状较多(采用100倍以上显微镜),较大粒径级别的颗粒表面不规则但也大致呈球状。如果掺入过多磨细沙粉、石粉、锅炉渣粉,则各粒径级别的不规则颗粒较多,尤其是小粒径级别下,呈现不规则棱角状。

(三)矿渣粉

矿渣粉又称粒化高炉矿渣粉,是由高炉炼铁产生的熔融矿渣骤冷时,来不及结晶而形成的一种具有高活性的玻璃体结构材料。矿渣粉颗粒表面光滑致密,主要是由CaOMgOSiO2Al2O3组成,共占矿渣粉总量的95%以上,且具有较高的潜在活性,在激发剂的作用下,可与水化合生成具水硬性的胶凝材料。将其掺入水泥中,与水泥的水化产物Ca(OH)2反应,进一步形成水化硅酸钙产物,填充于空隙中增加水化产物的密实性。

1)矿渣粉的外观呈不规则颗粒形状,颗粒表面粗糙,多棱角,随着颗粒尺寸的减小,呈球形的几率随着增大。矿渣不是由燃料燃烧形成的,矿渣粉基本不含炭,因此,矿渣粉颜色通常较白,当铁含量较高时,略呈浅红色。当发现矿渣粉的颜色发灰时,有可能是厂家在矿粉中掺加了粉煤灰,活性指数达不到标准要求。如果不得不用时,应控制矿粉的掺量不宜大于20%

2)矿粉分为S105S95S75三个等级,混凝土公司常使用S95级矿粉。矿渣粉颗粒越细,其活性成分参与反应的面积越大,反应速度越快,反应程度也越充分。粒径在45μm以下的颗粒活性起到积极作用,而大于45μm的颗粒很难参与水化反应,因此,国家标准要求混凝土用矿渣粉的比表面积超过300m2/kg。但矿渣粉的比表面积超过400m2/kg后,混凝土早期的自收缩随掺量的增加而增大;矿渣粉磨得越细,掺量越大,则低水胶比的混凝土拌和物越黏稠。因此,配制高强度等级混凝土的矿渣粉,比表面积一般不宜大于600m2/kg。矿粉质量突然发生变化,往往是矿粉比表面积变小,细度变粗,活性指数肯定也是降低的,S95级达不到变成S75级矿粉。使用时有时可能混凝土单方需水量变小,新拌混凝土拌合物往往容易离析、泌水,硬化后的混凝土强度同样也是降低的。解决办法是保持原混凝土配比水胶比不变,用水量不变,根据混凝土强度等级增加水泥2040kg/m3,同时减少掺合料总量2040kg/m3混凝土外加剂掺量适量调整,满足混凝土和易性与坍落度损失要求就可以继续生产。

3)合理选用矿渣粉掺量。矿渣粉的掺量应根据混凝土强度等级、气温和气候特点、工程结构情况和施工养护方式的差异,合理确定其掺量。单掺矿粉时,以30%40%为宜,大体积混凝土可以超过50%;复合使用时,夏季总取代水泥量不宜超过50%,冬季总取代水泥量不宜超过40%;在与粉煤灰复合使用时,随着混凝土强度等级的增加矿渣粉的掺量逐渐增加,粉煤灰掺量逐渐降低。

4)根据气温,注意调整凝结时间。混凝土中掺加矿渣粉,可以延长混凝土凝结时间,因此,应注意调整混凝土的凝结时间,特别是日平均气温低于10℃时,应控制混凝土中矿渣粉的掺量。

个人认为在矿物掺合料使用过程中,无论是材料来源于哪个厂家,试验是掺合料使用的一个很重要的环节,只有不断地试验,统计各个掺合料的性能,有的放矢。在混凝土生产过程中进行监控,对材料的性能进行把控,强化后期的跟踪,整个混凝土的质量控制才能得到保证。

 


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