通过正交试验,研究了用水量、砂率、沸石掺量、矿渣掺量、沸石比表面积5因素对矿渣-沸石混凝土工作性能、抗压强度和氯离子渗透性的影响。综合考虑各因素对三指标的影响,得出制备C40混凝土的适宜配合比为:水量160kg/m3,砂率40%,矿渣掺量30%,沸石掺量15%,沸石比表面积530m2/kg。通过扫描电子显微镜SEM对混凝土微观结构和水化产物形貌进行了简要分析。

绿色混凝土与普通混凝土相比具有资源和能源消耗少、对环境污染小和循环再生利用率高的优点,是可持续发展的方向。大量利用工业废渣是绿色混凝土的主要特点。沸石粉是天然沸石岩经磨细后形成的一种火山灰质材料,含有大量活性SiO2和Al2O3,可与水泥水化放出的Ca(OH)2反应生成更多的C-S-H凝胶和水化铝酸盐,从而很好地改善硬化水泥浆体的微观结构,其火山灰活性优于粉煤灰和矿渣,成本合理。

由于我国建筑规模巨大,造成了硅灰、矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料的价格越来越高,寻找廉价替代材料势在必行。为保证混凝土的后期强度,本试验采用廉价沸石粉代替粉煤灰,与矿渣复合配制常用的C40混凝土,并研究了矿渣-沸石混凝土的工作性和氯离子渗透性。

为了更直观地分析各因素对坍落度的影响,绘制正交试验趋势图如图1所示。各因素对坍落度影响的显著性为:用水量﹥沸石掺量﹥沸石比表面积﹥砂率﹥矿渣掺量。由对坍落度的影响趋势图可知,最佳组合为A4B1C2D3E1,即用水量172kg/m3,砂率34%,沸石掺量15%,矿渣掺量30%,沸石比表面积460m2/kg。

沸石比表面积对混凝土抗压强度的影响仅次于沸石掺量,随着沸石比表面积的增大,混凝土强度先增大后减小,当沸石比表面积为530m2/kg时各龄期强度均达到最高。这是因为沸石需粉磨到一定的细度才能使其潜在活性发挥出来,但粉磨过细不仅会增大需水量,而且颗粒级配不在最佳范围,反而影响混凝土的力学性能。

用水量对混凝土强度的影响排在第三位,混凝土强度随着用水量的增加先增大后减小,当用水量为160kg/m3时28d抗压强度最大。矿渣掺量和砂率对混凝土强度影响相对较小,其中矿渣掺量为20%、砂率为40%时混凝土28d抗压强度最大。

总之,矿渣、沸石粉复合掺合料等量取代水泥配以高效减水剂可以配制出经济合理、性能优良的绿色混凝土。30%矿渣粉和15%沸石粉的掺入显著提高了混凝土的抗氯离子渗透性能,提高了混凝土的耐久性。