大理石粉对水泥基胶凝材料性能影响探究

来源:用户上传      作者:梁汉浩　赖秋慧　陈佰强　陈庆锋

　　摘  要：建筑行业于技术层面要求较高，通常一个项目工程量巨大，需要用的水泥等基材量也很大，在选择制备混凝土或者砂浆时一定要从技术、管理等多个方面系统全面考虑。本文研究了大理石粉的添加是否会对水泥基凝胶材料的流动性、强度及干缩性产生影响，并研究其中规律，通过数据比对和分析，适当添加大理石粉的掺入量可以加强水泥浆的性能，不同期龄的是抗压强度变化规律不同，干缩性随着大理石粉的添加呈现先降低后升高的特点。大理石粉掺杂比例决定了水泥胶的流动性，也影响着抗压强度和干缩性能。本文通过实验原材料及方法入手，探究讨论了大理石粉对水泥基材料三大点影响，最后得出结论。
　　关键词：大理石粉  水泥  混凝土  影响
　　中图分类号：TU528    文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0066-02
　　工程质量离不开良好的水泥凝胶材料，而性能较高的水泥胶凝材料反过来在一定程度上也保障了工程质量，保持整个过程各个环节的施工都顺利进行。若水泥泥浆质量差，非常有可能工程出现坍塌或者其他恶劣的施工事故发生的可能性。先前的经验积累以及科学研究已经表明，在水泥中掺入其他物质可能改进建筑性能，合料是指除了水泥以外的其他的建筑材料也摻入泥浆制备，优化了整个泥浆的紧密程度，进而提高水泥混凝土的物理方面的性能。研究成果可为大理石粉土在水泥基胶凝中施工的选取提供参考。
　　1  原材料及实验方法
　　1.1 原材料分析
　　原材料主要包括水泥、沙、水和大理石粉这四种物品。在原材料的选取方面，我们也做出明确的规定。水泥采用北京有限公司生产的P.I42.5规格的水泥，这种水泥的细度约1.7%、密度为3.14克每平每立方厘米、比表面积约351m2/kg、标准稠度用水量为26.4%、初凝时间是151min、终凝时间约251min，3d的抗折强为5MPa、抗压强度为28.2MPa，28d的抗折强为8.6MPa、抗压强度为49.7MPa。该水泥的化学组成如下：二氧化硅的含量为25.20%，三氧化二铝的含量为6.28%，三氧化二铁的含量为4.09%，CaO3的含量高达54.77%，其余成分总共约占4%左右。沙采细度模数为2.4的湘西河沙，属于第二区的中沙类型。用水的标准直接选择普通的自来水。大理石粉选取由河北省生产的磨细的大理石粉，该类大理石粉的比表面积为每平方千米370m2，主要的化学成分是碳酸钙。大理石粉的粒径分布特征与水泥的粒径分布特征大体相近。
　　1.2 实验方法指导
　　实验中需要测试三个方面的情况，分别测试水泥胶砂的流动度、强度、干缩性能的影响因素，不同因素的测量因素要采用不同的方法，现存的已有专门的因素测量标准。根据GB/T 2419--2005《水泥胶砂流动度测定方法》的要求来进行水泥胶砂流动性的实验，该方法中将分为五种类型的试样，保持胶砂比为3.0，水灰比为0.45且保持比率不变的情况下保持水泥和大理石粉总量不变的情况下，在减少水泥的量，提高大理石粉的掺入量。
　　用JC/T 603--2004《水泥胶砂干缩试验方法》测干缩，在保持胶砂比为2.0，水灰比为0.45且保持不变的情况下，在五个样本中分别改变水泥和大理石粉的数量，保持二者总量不变。原材料准备好以后，还要准备一些25mm×25mm×280mm地试件，并进行分组，每组3个。预先在试模的两端埋上测头，然后将水泥砂浆浇其中，将浇筑的试模至于20℃的养护箱中，养护箱的湿度保持在90%以上，控制温度误差左右小于1℃。24h以后拆掉模具，置于20°左右的水中进行养护，2d以后从水中取出，对表面进行处理之后，用比长仪测定初始读数。参照样本放于20℃左右，湿度为60%左右、标准误差不超过5%的干缩箱中进行养护，然后分别测量其在7、14、28、56、90d的长度，最后获得数据进行处理计算，可以计算出干缩率。
　　2  实验结果与讨论
　　2.1 剖析大理石粉对水泥基胶凝材料流动性的影响
　　根据实际的实验可知，当大理石粉掺量为5%时，水泥胶砂流动度比没有参加大理石粉的增加了3%;大理石粉加入的量为10%时流动度提高了9.1%;大理石粉掺量提升到20%时，流动度增加13.3%。总结得出大理石粉掺量的增加会提升水泥胶砂的流动性。该结论与之前张军等人的研究结论相同。在分析大理石分的粒径分布特征与水泥的粒径分布特征时，我们可以发现两者的粒径特征相似，颗粒的大小分布区间一致。二者的D10、D50、D90的粒径变化特征相似，水泥的是2.698、52.981、21.674um，大理石对应的是17.758、6.433、39.874um。两者的分布曲线图表明两者分布的区间也基本一致，都在0～160um之间。在0～10um的细粒径区间、10～60um的中粒径区间和60～160um的粗粒径区间中，水泥在三个区间的分布情况是34.58%、57.45%、7.96%，大理石粉在个区间的比例分别是17.95%、80.12%、1.93%。由此可以知道水泥中细颗粒较多、中颗粒较多。而大理石的细颗粒明显较少，主要集中在中颗粒。大理石的颗粒类型可以改善整个水泥凝胶体系的颗粒配比，可以较好地填充水泥浆体，置换出的空间被自由水所填充，增加水泥砂浆的流动性。
　　2.2 剖析大理石粉对水泥基胶凝材料强度的影响
　　由实验的情况分析可知，不同龄期的水泥和大理石粉胶砂抗折强度变化规律不同。在1、3d龄期，折强度随着大理石粉掺量的增加而先增加后减小。抗折强度达到最大时的大理石粉掺比例为5%。与不掺大理石粉的样本相比，抗折强度提高了10%左右。7、28、56d龄期的样本抗折强度变化规律为：大理石粉的加入比例越高，抗折强度越低。大理石粉加入比例为5%时，对应的抗折强度下降3.97%;大理石粉添加比例为10%时，对应的抗折强度下降7.33%;当大理石粉添加比例为20%、30%时，抗折强度依次下降了17.43%、22.76%。水泥和大理石粉胶砂抗压强的程度与其抗折强度的变化规律一致。
　　2.3 剖析大理石粉对水泥基胶凝材料干缩的影响
　　在不同龄期水泥和大理石粉胶砂干缩性能的实验中，在不同大理石粉添加比例下的性能变化趋势一致。都是随着大理石粉添加的百分比的增加先降低后增加，当大理石粉添加百分比为20%时，水泥胶砂干缩达到最小状态。由于大理石粉主要处于中度颗粒区间，优化了砂浆之间的空隙结构，使得水泥胶砂之间更加密实，减少了干缩。而且碳酸钙也为水泥水化提供结核，增加了颗粒之间的粘结，使体系内的泌水孔隙减少，从而降低了浆体的干缩，使整体的强度更上一层楼。但是当大理石粉掺量过高时，超过20%时，大理石中的碳酸钙与硅酸盐和各种铝酸盐反应降低水泥的量，使水泥石中的密实性下降，抗收缩的能力也随之下降。
　　3  明确实验探究结论
　　水泥和大理石粉之间的颗粒具有良好的互补性，大理石粉可以改善水泥颗粒中的极配，提高水泥砂浆流动性，而且随着大理石粉掺量的增加，水泥砂浆流动性增加。水泥和大理石粉胶砂的抗压强程度与其龄期和大理石粉掺量都有关。1d、3d龄期的抗压强程度随着大理石粉添加量的提升表现出先升后降变化规律，其余龄期随着大理石粉的增加，抗压强程度减小。当大理石粉掺量逐渐增加时，水泥和大理石粉胶砂的干缩性先降低后增加。
　　参考文献
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