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石粉部分取代细骨料
石粉在一定掺量范围内可起到填充密实和微集料效应,能明显改善新拌混凝土的和易性,而对混凝土的凝结时间几乎没有影响,可提高混凝土的强度和抗渗性能,还可减少水泥用量,可以降低绝热温升,这对于减小温度应力、提高混凝土抗裂性能是非常有利的。在我国,普定、岩滩、江垭、汾河二库、白石、黄丹等水电工程中,均采用了石粉取代部分细骨料,并取得了良好的效果。
国内有学者曾提出对水泥、粉煤灰和石粉三元复合胶凝材料的研究。水泥、粉煤灰和石粉三者颗粒间发生“填充效应”,颗粒间的空隙减小,使空隙水减少,自由水增加,则浆体的流变性增大。他们研究水泥、粉煤灰和石粉三元粉体体系对浆体流变性的影响,通过试验提出的优化配合比为:水泥34%、磨细锰铁矿渣23%、石灰石粉43%,组成三元复合胶凝材料。这方面许多研究是结合实际工程进行的,主要方式是以石粉代砂(或砂中石粉含量较高),石粉粒径通常要求为80μm以下,研究主要针对强度、干缩、抗渗性能及抗冻性能这几个工程常用指标进行。
在碾压混凝土筑坝材料中,粉煤灰具有举足轻重的地位,粉煤灰在混凝土中的作用主要是与水泥水化生成的Ca(OH)2发生二次水化反应,产生后期强度和填充空隙,改善混凝土和易性。我国碾压混凝土筑坝材料的特点是低胶凝材料用量、高粉煤灰掺量(50%~70%)。如果要保持相同的坍落度,则掺石粉的混凝土用水量可以减少,这就会影响混凝土的诸多性能。石粉是一种容易得到且的材料,骨料的加工过程中也会带来大量的石粉,如果不加以利用,不仅要占用场地堆放,而且会对环境造成污染。如果能将其稍作加工后作为掺合料使用,替代日益紧缺的粉煤灰和价格相对昂贵的硅粉或矿渣,对于解决实际工程的原材料紧缺问题、降低工程造价以及对环保等将具有重大的现实意义。

在粉煤灰相对匮乏的地区,或长距离运输粉煤灰影响碾压混凝土筑坝经济性的情况下,以石粉代替部分粉煤灰应用于碾压混凝土,既可以降低工程造价,又可以保护环境,还可以降低混凝土的温升,提高碾压混凝土的和易性和可碾性,具有良好的经济效益和社会效益,且有助于提高大体积碾压混凝土的抗裂性。因此考虑用石粉取代部分细骨料或者采用石粉作为碾压混凝土的掺和料代替部分粉煤灰,设计出满足施工要求的配合比是完全可行的。

胶凝材料用量及粉煤灰所占比例在进行配合比参数设计时,为混凝土的耐久性,混凝土中胶凝材料总量应处在一个适宜范围内,不仅有低限要求,同时,对于C30及以下混凝土,胶凝材料总量不宜400kg/m3,C35~C40不宜450kg/m3。铁路客运专线大力提倡使用粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料,与普通硅酸盐水泥一起作为胶凝材料。使用粉煤灰等矿物掺和料,不单地考虑降低混凝土成本,是为了混凝土耐久性的需要,特别是可以有效改善混凝土抵抗化学侵蚀的能力(包括氯化物侵蚀、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应等)。国内外的大量研究表明,粉煤灰的掺量在20%以上时,改善混凝土耐久性的效果较佳,更有研究资料表明,粉煤灰的大掺量可达到50%左右。在《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》中明确规定,一般情况下,矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%,当大于30%时,混凝土的水胶比不得大于0.45。

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