通過正交試驗,研究了用水量、砂率、沸石摻量、礦渣摻量、沸石比表面積5因素對礦渣-沸石混凝土工作性能、抗壓強度和氯離子滲透性的影響。綜合考慮各因素對三指標的影響,得出制備C40混凝土的適宜配合比為:水量160kg/m3,砂率40%,礦渣摻量30%,沸石摻量15%,沸石比表面積530m2/kg。通過掃描電子顯微鏡SEM對混凝土微觀結構和水化產物形貌進行了簡要分析。

綠色混凝土與普通混凝土相比具有資源和能源消耗少、對環境污染小和循環再生利用率高的優點,是可持續發展的方向。大量利用工業廢渣是綠色混凝土的主要特點。沸石粉是天然沸石巖經磨細后形成的一種火山灰質材料,含有大量活性SiO2和Al2O3,可與水泥水化放出的Ca(OH)2反應生成更多的C-S-H凝膠和水化鋁酸鹽,從而很好地改善硬化水泥漿體的微觀結構,其火山灰活性優于粉煤灰和礦渣,成本合理。

由于我國建筑規模巨大,造成了硅灰、礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料的價格越來越高,尋找廉價替代材料勢在必行。為保證混凝土的后期強度,本試驗采用廉價沸石粉代替粉煤灰,與礦渣復合配制常用的C40混凝土,并研究了礦渣-沸石混凝土的工作性和氯離子滲透性。

為了更直觀地分析各因素對坍落度的影響,繪制正交試驗趨勢圖如圖1所示。各因素對坍落度影響的顯著性為:用水量﹥沸石摻量﹥沸石比表面積﹥砂率﹥礦渣摻量。由對坍落度的影響趨勢圖可知,最佳組合為A4B1C2D3E1,即用水量172kg/m3,砂率34%,沸石摻量15%,礦渣摻量30%,沸石比表面積460m2/kg。

沸石比表面積對混凝土抗壓強度的影響僅次于沸石摻量,隨著沸石比表面積的增大,混凝土強度先增大后減小,當沸石比表面積為530m2/kg時各齡期強度均達到最高。這是因為沸石需粉磨到一定的細度才能使其潛在活性發揮出來,但粉磨過細不僅會增大需水量,而且顆粒級配不在最佳范圍,反而影響混凝土的力學性能。

用水量對混凝土強度的影響排在第三位,混凝土強度隨著用水量的增加先增大后減小,當用水量為160kg/m3時28d抗壓強度最大。礦渣摻量和砂率對混凝土強度影響相對較小,其中礦渣摻量為20%、砂率為40%時混凝土28d抗壓強度最大。

總之,礦渣、沸石粉復合摻合料等量取代水泥配以高效減水劑可以配制出經濟合理、性能優良的綠色混凝土。30%礦渣粉和15%沸石粉的摻入顯著提高了混凝土的抗氯離子滲透性能,提高了混凝土的耐久性。