掺石粉改性仿木构件研究.pdf

doi:10. 3963/j. issn. 1674 - 6066. 2015. 04. 018 掺石粉改性仿木构件研究 王 伟1 ,2 (1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司, 厦门361004; 2.厦门天润锦龙建材有限公司, 厦门361027) 摘 要: 为解决仿木构件表面孔隙偏多、 早期强度偏低等问题, 采用石粉替代部分水泥的方法进行试验研究。试 验结果表明: 当石粉掺量为20%时, 可以有效地改善拌合物的工作性能和仿木构件表面缺陷, 并提高仿木构件制品的 早期强度, 加快模具周转速率, 提高工作效率。 关键词: 石粉; 仿木构件; 表面缺陷; 早期强度; 工作性能 Research of Imitation - wood Members Mixed with Limestone WANG Wei 1,2 (1. Xiamen Academy of Building Research Group Co,Ltd,Xiamen 361004,China 2. Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co,Ltd,Xiamen 361027,China) Abstract: In order to solve the surface holes of the wooden and the low early strength,adding a suitable amount of limestone to replace cement to improve working performance and early strength of concrete.Results show that:when the content of limestone is 20%,Surface defects dramatically reduced. Whats more,the early strength was improved. This can speed up the mold flow rate,and improve the work efficiency. Key words: limestone; imitation - wood members; surface defect; early strength; working performance 收稿日期:2015 - 07 - 02. 作者简介: 王 伟(1988 -) , 助理工程师. E - mail:xuanyingkg126. com 著名建筑史学家梁思成在 中国建筑的特征 一书中写道“ 中国始终保持木材为主要建筑材料, 故其形式 为木造结构之直接表现。其在结构方面之努力, 则尽木材应用之能事, 以臻实际之需要, 而同时完成其本身 完美之形体 1。 ” 国人对木质建筑情有独钟。 然而, 木材由于其自身固有的缺陷, 维护修葺需消耗巨大的人力、 物力和财力。此外, 可以用于修葺古建 筑物的成年巨木, 如老黄松、 油松等已经很难找到, 速生木材则很难达到要求。因此, 一种新型的仿木材料应 运而生混凝土仿木构件 2,3。 混凝土替代实木的仿木技术已经势在必行, 且应用也越来越广泛。如沈阳广福市大雄宝殿就是极具有 代表性的混凝土仿木古建筑。此外, 仿木围栏、 仿木栏杆、 仿木花箱、 仿木树围、 仿木坐凳、 仿木垃圾桶等小型 仿木构件在市政工程中得到广泛的应用。但由于这些构件的生产厂家大多数不具备专业的混凝土配合比设 计能力, 其生产配合比不规范, 拌合物工作性能差, 导致构件表面存在孔隙、 裂缝等问题。该文采取在混凝土 中掺适量石粉(limestone,LS) 改性的方式进行试验研究, 以改善仿木构件表面缺陷、 早期强度较低等问题。 1 原材料 该试验选用华润水泥有限公司PO 42. 5润丰水泥, 初凝215 min, 终凝270 min,3 d抗压强度 30. 3 MPa,28 d抗压强度54. 6 MPa; 选用福建省龙海市隆盛石料厂花岗岩石粉, 比表面积4 570 m2/ kg , SiO2含量52. 2%,CaO含量7. 1%; 选用福建省厦门市海沧区天诚林建材经营部河砂中砂区, 细度模数 2. 6, 表观密度2 560 kg/m3, 含泥量0. 6%; 选用福建省厦门市海沧区天诚林建材经营部单粒级5 mm碎石, 37 建材世界 2015年 第36卷 第4期 压碎指标9. 8%, 含泥量0. 1%; 选用科之杰新材料集团有限公司Point - S聚羧酸系高性能减水剂, 减水率 30%, 含气量4. 7%, 含固量18. 7%; 拌合水为生活用水, 满足现行行业标准JGJ 632006的要求。 2 配合比设计 在水胶比相同的情况下, 用石粉取代部分水泥作为掺合料, 探究不同石粉掺量对混凝土拌合物工作性能 的影响, 以及掺石粉前后仿木构件表面质量是否有明显改观。具体配合比见表1。 表1 实验所用配合比 编号 C/ kg LS/ kg S/ kg G/ kg W/ kg Point - S/ kg 取代率/% A0152008708042003. 640 A02494268708042003. 645 A03468528708042003. 6410 A04442788708042003. 6415 A054161048708042003. 6420 A063901308708042003. 6425 A073641568708042003. 6430 A083122088708042003. 6440 A092602608708042003. 6450 A102083128708042003. 6460 3 结果与分析 从表2可以看出, 在水胶比不变的情况下, 随着石粉掺量的增加, 混凝土的工作性能逐渐改善。掺量在 20%以上时, 混凝土的流动性、 粘聚性和保水性都很好。从图1中明显看出, 石粉掺量从0%增加到45%的 过程中,1 h坍落度从100 mm增加到235 mm, 1 h坍损从85 mm降低到0 mm; 掺量大于30%时,1 h坍损 明显降低。 表2 石粉对混凝土工作性能和强度的影响 编号 C/ ( kg m-3) LS/ ( kg m-3) SL/ mm 1 h SL/ mm 和易性 强度/MPa 3 d7 d28 d A01(0)5200185100 较差 15. 727. 239. 4 A02(5)49426190100 一般 17. 830. 140. 2 A03(10)46852190105 良好 18. 632. 441. 5 A04(15)44278200110 好 17. 430. 841. 4 A05(20)416104195130 好 19. 133. 541. 6 A06(25)390130210160 好 17. 530. 439. 1 A07(30)364156210180 好 15. 328. 437. 5 A08(35)312208220210 好 16. 225. 334. 2 A09(40)260260230230 好 15. 724. 233. 1 A10(45)208312240235 好 15. 223. 530. 4 石粉对混凝土和易性和1 h坍损的改善主要得益于石粉的形态效应和填充效应。1) 表面致密光滑的石 粉颗粒分散在水泥颗粒之间, 起到分散剂的作用, 能促进水化初期水泥颗粒的解絮, 从而改善混凝土的工作 性能。2) 部分水泥被取代, 水泥的用量降低, 又石粉的表面能很小, 导致整个体系反应速度也随之减缓, 因此 工作性能得到改善, 减小了坍落度的损失。3) 由于石粉比水泥颗粒细度小, 能够填充在水泥浆体间隙中, 起 到填充骨架的作用, 使混凝土拌和物的含气量和泌水率都在减少, 从而改善了混凝土的工作性。使得成型后 的仿木构件表面致密光滑, 表面孔隙减少甚至没有孔隙。 47 建材世界 2015年 第36卷 第4期 从图2中可以直观的看出, 对于 混凝土试块3 d强度, 掺石粉改性后 其强度会提高; 当掺量为20%时, 涨 幅为21. 7%, 掺量超出20%, 涨幅降 低, 掺量 超 过35%, 会 出 现 强 度 下 跌。对于混凝土试块7 d强度, 掺量 小于20%时, 随石粉掺量增加混凝 土试 块 强 度 随 之 增 加, 最 大 涨 幅 23. 2%。对 于混凝土试 块28 d强 度, 石粉掺量小于20%时, 与基准试 块相比, 强度略有增长, 但是掺量超 过20%后, 强度下跌比较严重, 石粉 掺 量 为45%时,最 大 下 跌 达 到 22. 8%。 从图2可以明显看出, 当石粉 掺量一定时( 小于20%) , 石粉对混 凝土试块早期(3 d、7 d) 强度有明显 加速作用, 但是对混凝土试块后期 (28 d) 强度, 加速不明显。掺量超过20%时, 混凝土试块强度有不同程度的下跌。 分析认为: 石粉对混凝土试块强度的影响是多方面的, 只是各因素的影响程度不同。对石粉的加速效应 和活性效应不能绝对的分开讨论, 二者同时存在, 同时作用于水泥基材料, 交互影响。水泥水化过程是一系 列复杂的物理化学过程,C - S - H凝胶体系的形成, 是提供强度的关键。C - S - H凝胶体系形成的基础是晶核, 然晶核借助于基体才能形成, 而石粉可以降低成核位垒, 更适于作为C - S - H凝胶的成核基体, 因而加速了水 泥水化速度。 现有的研究 4 - 6表明石粉并非绝对惰性, 它在水化的过程中可以与水泥中的 C3A和C4AF发生反应, 生 成水化碳铝酸钙, 从而改善水泥基材料的一些性能。但是其活性明显低于水泥, 因此掺量超过一定程度后, 不足以弥补水泥掺量减少造成的强度损失, 所以后期强度会降低。 由此, 掺适量石粉可加速混凝土的早期强度, 有利于缩短仿木构件拆模时间, 加快模具周转, 提高工作效 率。 4 结 论 a.得益于石粉的形态效应和填充效应, 掺适量石粉可以改善混凝土的工作性能, 成型的仿木构件表面致 密光滑, 几乎没有孔隙。 b.得益于石粉的强度加速效应, 掺适量石粉( 小于20%) 可以提高混凝土的早期强度, 有利于仿木构件 的拆模, 提高工作效率。 参考文献 1 梁思成.中国建筑的特征J.建筑学报,1954(1) :36 - 39. 2 李瑞森.混凝土材料在仿古建筑中的应用体会J.古建园林技术,2003(1) :26 - 27. 3 丁 婷, 王 红, 丁圣果.贵州黔东南吊脚楼民族建筑采用仿木砼结构的应用开发研究J.贵州大学学报( 自然科学版) , 2