混凝土中矿物掺合料的应用

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混凝土矿物掺和料应用技术(西南地 区)研讨会学术报告
石灰石粉作混凝土矿物掺和 料试验研究与应用
汇报人:宋少民
日期:2012 日期: 2012-6-21
☞ 汇报内容 内容 :
一 二 三 四
现代混凝土呼唤科学革命 现代混凝土中的粉体 石灰石粉混凝土试验研究 相关标准的思考与技术要点

库恩的科学发展模式 早在1962年,美国科学哲学家库恩在著作
0.29 0.30 0.30 0.31

3.1


法国的西瓦克斯核电站Ⅱ 法国的西瓦克斯核电站 Ⅱ号反应堆C50 号反应堆C50高 高 性能混凝土的配合比中使用了CPJ5 性能混凝土的配合比中使用了 CPJ5细掺料水泥 细掺料水泥 ,含有9% ,含有 含有9% 含有 9%的石灰石粉 9%的石灰石粉。而每 的石灰石粉 而每m3混凝土中水泥用 的石灰石粉。而每m 量为266kg 量为 266kg,石灰石粉掺量为 ,石灰石粉掺量为114kg 114kg,硅灰掺量 ,硅灰掺量 为40kg 40kg,水胶比为 ,水胶比为0.38 0.38,坍落度为 ,坍落度为18 18-23 23㎝ ㎝, 28天抗压强度为 28 天抗压强度为67MPa 67MPa,绝热温升为 ,绝热温升为30℃ 30℃,其 ,其 它指标均符合要求。 它指标均符合要求
43 43 43 43
230 200 215 215
超细石灰石粉掺量(kg/m 3)

3 2 关于和易性 3.2
半小时胶砂流动度损失
编号
初始流动度
半小时流动度
流动度损失
LS0 LS15 LS20 LS25
160 255 265 280
110 188 200 213
50 67 65 67

3 2 关于和易性 3.2

混凝土是一个复杂的整体
混凝土是十分复杂的一个材料体系,恐怕 是人类所用各种材料中最为复杂的材料之一。 是人类所用各种材料中最为复杂的材料之
砂、石、水泥、外加剂、矿物掺合料与 水的简单混合,即刻出现一个有明显“生命 历程 的材料体系,其中水泥自发进行着长 历程”的材料体系,其中水泥自发进行着长 期延续的水化硬化过程,带动整个体系经历 复杂的物理—化学—力学的变化过程 而就 复杂的物理—化学—力学的变化过程,而就 在这变化过程中得到长期使用。
《科学革命的结构》中认为:自然科学的发展 除了按常规科学一点一滴地积累之外还必然要 出现科学革命。科学革命不仅使科学的面貌焕 然 新 而且还会引起人们世界观的改变 然一新,而且还会引起人们世界观的改变。

常规科学的本质
常规科学建立在这样一个假定之上:科学家 了解世界是什么样子,科学事业的许多成就都是 从科学界捍卫这个假定的决心中得来的,必要时 还必须付出相当的代价 常规科学是指根据一种 还必须付出相当的代价。常规科学是指根据 种 或多种已有科学成就所进行的科学研究,某一科 学共同体承认这些成就是一定时期内进一步开展 活动的基础。 活动的基础
0.03 1.14 1.01 1.01 8 0.03 B 153 51 319 523 1792 154 1.30 1.01 0.76 9 0.04 C 151 101 254 506 1777 152 1.66 1.01 0.61 0 0 04 0.04 D 151 151 192 494 1778 152 2.04 1.01 0.51 1 * C = Portland Cement; FA = Fly Ash; GL = Ground Limestone; Total Binder = C+FA+GL A 152 — 381 533 1788 153

科学革命是什么
科学革命不是量变,是质变。是那些非积 累的发展事件,与此同时,陈旧的规范全部或 局部被一套新的不相容的规范所代替。也就是 廉老师说的范式转换。一种规范经过革命逐渐 向另一种规范转变。当我们的科学革命完成后, 我们需要重编教科书。 我们需要重编教科书

现代混凝土的反常 看看现代混凝土中的反常:回弹法测强怎
154
水 154 154 154
组 水泥 粉煤灰 硅灰 别 2 3 4 385 385 385 105 85 65 20 20 20
外加剂 17.6 17.1 16.8
么测不准了;骨料强度、水泥强度与混凝土强 度的关系怎么变了;混凝土尺寸效应系数怎么 会大于1 0 怎么连石灰石粉都能作为掺和料 会大于1.0;怎么连石灰石粉都能作为掺和料 了?混凝土配合比设计方法怎么受到那么多质 疑呢?


现代混凝土呼唤科学革命
四组分混凝土技术经过长期常规科学发展 过程的积累 已经悄然进入多组分技术平台 过程的积累,已经悄然进入多组分技术平台 的新时期 的新时期。 以混凝土化学外加剂和矿物掺和料为物质 基础 以大流态施工要求为特征 基础;以大流态施工要求为特征。 意识到我们的混凝土技术已经处在科学革 命的时期,拿出勇气和智慧去制定新范式下的 规则是混凝土界同仁的历史使命。



3.1


美国ACI212.1R 美国 ACI212.1R- 81 81《 《Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concrete》 Concrete》中指 出,石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料
Mario Collepardi关于自密实混凝 土的研究中使用石灰石粉
165 160 155 150 145 140 0 60 80 100
3
编号 C(kg/m3)FA(kg/m3) LS(kg/m3) W(kg/m3) A(kg/m3) Sp(%) SL(mm)
X5 X6 X7 X8
220 220 220 220
0 60 80 100
160 155 145 142
5.25 5.25 5.25 5.25

反常和探索
当常规科学发展到一定程度时,反常出现 了 发觉自然界不知怎么违反了由规范由规范 了,发觉自然界不知怎么违反了由规范由规范 引起并支配着常规科学的预期 接着是对这个 引起并支配着常规科学的预期。接着是对这个 反常区域扩大进行探索 结果发现基础动摇了, 反常区域扩大进行探索。结果发现基础动摇了, 假定不对了。
众所周知,低水胶比混凝土粘度大,泵送混凝土是一个 技术难题,石灰石粉可以显著降低粘度,改善可泵性。
组别 1 水泥 粉煤灰 385 165 硅灰 水 20
石粉 60 80 100
砂 695
砂 695 695 695
石子 667
石子 667 667 667
豆石 334
豆石 334 334 334
外加剂 17 8 17.8
C* Mix (kg/m3) FA* GL* *Total Aggregate Admixture ( (% by y total binder) Binder (Max Size Water W W W/C 18 mm) mm) (kg/m3) C+FA C+FA+GL SuperSuper VMA kg/m g 2 plasticizer

现代混凝土中的粉体
其实在化学外加剂技术已经相当进步的今 实 天,混凝土中的粉体应该更看重什么?我的理 解是: 优良的需水行为 合理的粉体颗粒级配 满足混凝土各龄期混凝土强度要求的活性, 满足混凝土各龄期混凝土强度要求的活性 需要提示的是高早期活性的掺和料并不是 普适需要的 在许多情况下可能相反 普适需要的,在许多情况下可能相反。

3.1


在这样的大背景下,矿物掺和料用量每 年,保守地讲应该在4亿吨以上。目前粉煤灰 作为矿物掺和料的最重要的品种已经得到学 术界和工程界的认同,得到广泛使用。许多 地区因为优质粉煤灰资源不足,二级以上粉 煤灰远远不能满足供应要求。北京地区近几 年来也开始出现这 问题。 年来也开始出现这一问题

运用整体论和分解论相结合的思想体系 对于高度复杂的系统,将系统打碎成为
它的组成部分的做法是受限制的,因此我们 应该以整体的系统论观点来考察事物 既然 应该以整体的系统论观点来考察事物。既然 混凝土是“活的 混凝土是 活的、复杂 复杂”的混沌体系,我们 的混沌体系,我们 就应该运用整体论去思考问题 。采用整体 论和分解论相结合的方法来研究相关问题。

3.1


三级粉煤灰和等外粉煤灰掺加量很低, 否则影响混凝土质量。矿渣粉不仅成本高, 而且混凝土水化温升高 尤其在水泥不断涨 而且混凝土水化温升高。尤其在水泥不断涨 价的情况下,在粉煤灰资源出现短缺的情况 下,必须寻找新型矿物掺和料对粉煤灰进行 必要补充。

3.1



天然砂石资源的匮乏情况日益严重,碎石、 机制砂已经成为混凝土骨料的主要品种。 石灰岩是我国碎石、机制砂最主要的岩种。 石灰岩是我国碎石 机制砂最主要的岩种 砂石加工业生产过程中产生大量石粉,堆积 存储成本高,污染环境 ,成为困扰砂石企 业的难题。 国内学者和企业致力于将其作为混凝土矿物 掺和料的研究、开发和应用取得良好成果。

现代混凝土中的粉体 我们为提高混凝土体积稳定性强调控制
浆骨比 这有 个重要前提 就是满足良好 浆骨比。这有一个重要前提,就是满足良好 的施 性能 如果施 不接受中低强度混凝 的施工性能。如果施工不接受中低强度混凝 土采用较低的坍落度,混凝土中的粉体就减 不能太低。我们为了混凝土的和易性、匀质 性就应该秉承 高强度等级的混凝土粉体不 性就应该秉承“高强度等级的混凝土粉体不 宜过多,低强混凝土粉体也不宜过少 ”的 原则。
200 160 120 80 40 0 0
0 60 80 100
0 35 0.35 0.35 0.35 0.35
72 7.2 7.2 7.2 7.2
43 43 43 43
20 85 190 180
60
80
100
超细石灰石粉掺量(kg/m3)

3.2 关于和易性
180 120 100 80
混 凝 土 用 水 量 (kg/m )

简单的制备工艺,复杂的材料结构
不同于其他建材,如玻璃、钢材、陶瓷等 虽然生产工艺复杂 但材料结构致密 均匀 虽然生产工艺复杂,但材料结构致密、均匀, 从材料结构上讲并不复杂 。而混凝土是多相 非匀质体 又有太多的界面和缺陷 非匀质体,又有太多的界面和缺陷。 且这些 界面、缺陷在由于各地水泥、掺合料、骨料、 外加剂品种、品质相差较大,再加上环境、混 凝土结构、施工方法、使用状态多样而呈现不 同且动态变化着。

现代混凝土中的粉体


在旧的范式下,我们认为混凝土中的粉体 式 我 应该以高活性为衡量标准。我们的水泥产 业至今仍然不懈致力于提高强度,其实是 早期强度。 目前 混凝土中的粉料分成水泥和矿物掺 目前,混凝土中的粉料分成水泥和矿物掺 和料,如果再加入石灰石粉,有人认为应 该叫粉体。所以不仅有水灰比、水胶比, 还出现了水粉比。这里的原因还是活性。
粒度分析结果
水泥粒度分析图
粉煤灰粒度分析图
石灰石粉粒度分析图

3.2 关于和易性
编号 C(kg/m3) FA(kg/m3)LS(kg/m3) W/B A(kg/m3) Sp(%)SL(mm) X1 X2 X3 X4 220 220 220 220
混 凝 土 坍 落度 度 (mm)
180 120 100 80

现代混凝土中的粉体 以低水胶比、低水泥用量、低单位体积用
水量为主要技术特征的现代混凝土,是当今混 凝土技术的发展方向 在这一新技术平台上 凝土技术的发展方向。在这一新技术平台上, 混凝土中需要水化产物填充的空隙已经大大减 小。混凝土达到同样强度,对凝胶的数量要求 有所下降。所以低活性粉体有可能在混凝土中 得到良好技术效果。

石灰石粉作掺和料的混凝土试验研究
3.1 3.2
背 景 关于和易性 关于强度 关于耐久性 关 粗粒径 灰 粉 关于粗粒径石灰石粉
3.3 3.4
35 3.5

3.1
背ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

我国目前正处于基础设施建设高峰期, 建设规模巨大 建筑结构以钢筋混凝土结构 建设规模巨大,建筑结构以钢筋混凝土结构 形式为主体,水泥与混凝土消耗量占世界总 量的55%以上。现代混凝土是由水泥、砂、 石、水、外加剂与矿物掺和料组成的六组分 混凝土 而且为实现节能减排和耐久性目标 混凝土。而且为实现节能减排和耐久性目标 ,需要降低水泥用量,不断提高矿物掺和料 用量。
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