CN103592325A - 一种测定硬化混凝土中磨细矿渣原始含量的方法 - Google Patents

Abstract

一种测定硬化混凝土中磨细矿渣原始含量的方法属于建筑材料测试技术领域。细矿渣被大量应用于水泥混凝土中，但是如果其使用量过高将导致混凝土和易性差、强度降低、容易收缩开裂、耐久性不足等质量问题，本发明的目的在于提出一种简单易行的测试方法，能够方便准确地测定硬化混凝土原始组份中磨细矿渣的含量，本发明有2个创新点，第一：用盐酸（0.5M HCl）溶解法确定已经除去了粗集料的混凝土样品中砂子的含量，有效地确定了硬化混凝土原始组分中细集料的含量，该方法测量准确度高，可操作性强。第二：以水泥和磨细矿渣中CaO含量质量守恒为依据，提出了一种数学计算方法来确定混凝土中原始磨细矿渣的掺量，推倒过程严谨，计算结果准确。

Description

一种测定硬化混凝土中磨细矿渣原始含量的方法

一、技术领域

本发明属于建筑材料测试技术领域。具体说的是一种测定硬化混凝土原始组分中磨细矿渣含量的方法，该方法原理科学，测试简单方便，能够准确测定硬化混凝土原始组分中磨细矿渣含量的方法。

二、背景技术

将工业废料——粒化高炉矿渣磨细得到的磨细矿渣已经广泛应用于水泥和混凝土中,可以很好地降低水泥混凝土成本和水化热，提高水泥混凝土的抗渗性及长期耐久性，扩大水泥混凝土品种，减少了环境污染等,符合现代材料高性能化和绿色化的发展方向。我国每年矿渣微粉产量已经超过1亿吨，大部分被水泥混凝土材料所利用，已经成为水泥混凝土材料最重要的组分。

然而磨细矿渣掺入量过大会导致混凝土早期强度不足、碳化速度加快（造成钢筋容易锈蚀）等问题。但是，由于磨细矿渣的加入可以节约水泥成本，一定程度上导致了目前水泥混凝土中磨细矿渣的掺量往往过多，容易引发工程事故。另外更为重要的是，一旦混凝土硬化，很难再检测出原始混凝土中磨细矿粉的掺量。为此，本发明提出了一种测定测定硬化混凝土中磨细矿渣原始含量的方法，对于解决目前由于磨细矿渣掺入量过多而导致的混凝土工程质量问题具有重要意义。

三、发明内容

本发明的目的在于提出一种简单易行的测试方法，能够方便准确地测定硬化混凝土原始组份中磨细矿渣的含量，本发明有2个重要的创新点，第一：用盐酸（0.5M HCl）溶解法确定已经除去了粗集料的混凝土样品中砂子的含量，有效地确定了硬化混凝土原始组分中细集料的含量，该方法测量准确度高，可操作性强。第二：以水泥和磨细矿渣中CaO含量质量守恒为依据，提出了一种数学计算方法来确定混凝土中原始磨细矿渣的掺量，推倒过程严谨，计算结果准确。

1.样品采集

水泥和磨细矿渣作为胶凝材料、石英砂作为细集料、硅质或钙质石子作为粗集料，制备混凝土。

实验前取水泥和磨细矿渣，每种材料的数量分别为3～8份，每份质量2～10g，密封备用。

混凝土成型硬化后取内部没有裂缝的样品14～20份，每份质量500～1000g，密封备用。

2.X射线荧光光谱法（XRF）测定水泥和磨细矿渣样品中的CaO含量

用X射线荧光光谱法（XRF）测定每份水泥样品中CaO的质量百分比，其平均值记为CaO_opc。

用X射线荧光光谱法（XRF）测定每份磨细矿渣样品中CaO的质量百分比，最终取值为样品所测的平均值记为CaO_slg。

3.盐酸溶解法测定去除粗集料的混凝土样品中的砂子含量

将混凝土样品从密封袋取出，加热到400～450℃后迅速冷却，然后用破碎机将其破碎，再用1.18mm的筛子将粗骨料石子分离开来，筛余部分在100±5℃下干燥至恒重，再用150μm筛子进行筛分析，将筛余粉末干燥储存备用。

取筛余粉末质量5～10g放入烧瓶中，加入200～250ml的0.5M HCl，搅动30～40min左右后停止，将烧瓶中所有溶液及残渣用多层滤纸过滤，用去离子水和异丙醇清洗滤纸上残渣并收集，然后在100±5℃干燥至恒重，此残渣干燥后的质量即为砂含量，其与筛余粉末的质量比标注为z。

4.测定去除粗集料的混凝土样品中CaO含量

取步骤3中的最终干燥筛余粉末样品5～10g，用XRF方法测定其CaO的质量百分比，标注为CaO_m。

5.确定硬化混凝土中原始磨细矿渣含量

CaO_m=(1-z)×CaO_p+z×CaO_a (1)

式中：CaO_p-混凝土中胶凝材料（水泥+矿渣）中CaO的质量百分比；

CaO_a-细集料石英砂中CaO质量百分比；

忽略不计石英砂中CaO_a含量(由于工程中使用的砂子几乎都为石英砂，石英砂的主要成份为SiO₂,而CaO含量为0或含量极低对测试结果影响很小，影响范围在0～3%)，故式（1）转化为：

${\mathrm{CaO}}_p=\frac{{\mathrm{CaO}}_m}{1-z}---\left(2\right)$

则磨细矿渣百分含量r为：

$r=\frac{{\mathrm{CaO}}_p-{\mathrm{CaO}}_{\mathrm{opc}}}{{\mathrm{CaO}}_{\mathrm{slag}}-{\mathrm{CaO}}_{\mathrm{opc}}}---\left(3\right)$

四、具体实施方式

分别采用华润水泥和海螺水泥，标号均为P·Ⅰ42.5；磨细矿渣为山西彤阳建材有限公司生产的，级别为S105，用以上水泥和磨细矿渣作为胶凝材料，用北京福伟汇业商贸中心提供的石英砂（细度模数为2.8）作为细集料和山石（钙质粒径5～20mm）作为粗集料制备混凝土，待其硬化后测定硬化混凝土中磨细矿渣的掺量。

1．水泥样品和磨细矿渣样品CaO含量测定

分别取不同品种的水泥和磨细矿渣，样品份数和每份质量如表1和表2所示。

表1 水泥样品和磨细矿渣样品各取3份及每份质量情况表

C-华润水泥样品，S-磨细矿渣样品

表2 水泥样品和磨细矿渣样品各取4份及每份质量情况表

C-海螺水泥样品，S-磨细矿渣样品

2.盐酸溶解法测定去除粗集料的混凝土样品中的砂子含量

用表1和表2中的水泥和磨细矿粉分别制备2种不同的混凝土（如表3和表4所示）。待混凝土硬化后，取2种混凝土样品分别为3份和5份，每份质量500g。

将上述2种混凝土样品分别加热到400℃和450℃，然后迅速冷却，然后用破碎机将其破碎，再用1.18mm的筛子将粗骨料石子分离开来，筛余部分在100±5℃下干燥至恒重，再用150μm筛子进行筛分析，将筛余粉末干燥储存备用（编号为C-S）。

取每份样品筛余粉末质量（如下表所示）放入烧瓶中，加入200ml的0.5M HCl，搅动30min左右后停止，将烧瓶中所有溶液及残渣用多层滤纸过滤，用去离子水和异丙醇清洗滤纸上残渣并收集，然后在100±5℃干燥至恒重，此残渣干燥后的质量即为砂含量，求出砂子与筛余粉末的质量比。依次完成样品的测定，最终计算出样品平均的砂含量z。

表3 应用表1中水泥和磨细矿渣制备的混凝土得到的150μm筛余粉末样品

表4 应用表2中水泥和磨细矿渣制备的混凝土得到的150μm筛余粉末样品

3.X射线荧光光谱法（XRF）测定去除粗集料的混凝土样品中CaO含量

分别取表3和表4中的筛余粉末样品，每份样品质量如表5和表6所示，用XRF方法测定其CaO的质量百分比，标注为CaO_m。

表5 表3中150μm筛余粉末样品数量及其CaO的质量百分比

表6 表4中150μm筛余粉末样品数量及其CaO的质量百分比

4.确定硬化混凝土中原始磨细矿渣含量

将CaO_m和z代入公式（2）求出CaO_p

${\mathrm{CaO}}_p=\frac{{\mathrm{CaO}}_m}{1-z}---\left(2\right)$

将CaO_p，CaO_opc和CaO_slg代入公式（3）求得磨细矿渣含量r

$r=\frac{{\mathrm{CaO}}_p-{\mathrm{CaO}}_{\mathrm{opc}}}{{\mathrm{CaO}}_{\mathrm{slag}}-{\mathrm{CaO}}_{\mathrm{opc}}}---\left(3\right)$

计算过程和结果如下表：

Claims (1)

1.一种测定硬化混凝土中磨细矿渣原始含量的方法，其特征在于，步骤如下： 

1）样品采集 

水泥和磨细矿渣作为胶凝材料、石英砂作为细集料、硅质或钙质石子作为粗集料，制备混凝土； 

实验前取水泥和磨细矿渣，每种材料的数量3～8份，每份质量2～10g，密封备用； 

混凝土成型硬化后取内部没有裂缝的样品14～20份，每份质量500～1000g，密封备用； 

2）X射线荧光光谱法XRF测定水泥和磨细矿渣样品中的CaO含量 

用X射线荧光光谱法XRF测定每份水泥样品中CaO的质量百分比，其平均值记为CaO_opc； 

用X射线荧光光谱法XRF测定每份磨细矿渣样品中CaO的质量百分比，最终取值为样品所测的平均值记为CaO_slg； 

3）盐酸溶解法测定去除粗集料的混凝土样品中的砂子含量 

将混凝土样品从密封袋取出，加热到400～450℃后迅速冷却，然后用破碎机将其破碎，再用1.18mm的筛子将粗骨料石子分离开来，筛余部分在100±5℃下干燥至恒重，再用150μm筛子进行筛分析，将筛余粉末干燥储存备用； 

取筛余粉末质量5～20g放入烧瓶中，加入200～250ml的0.5MHCl，搅动30～40min后停止，将烧瓶中所有溶液及残渣用多层滤纸过滤，用去离子水和异丙醇清洗滤纸上残渣并收集，然后在100±5℃干燥至恒重，此残渣干燥后的质量即为砂含量，其与筛余粉末的质量比标注为z； 

4）测定去除粗集料的混凝土样品中CaO含量 

取步骤3中的最终干燥筛余粉末样品5～10g，用XRF方法测定其CaO的质量百分比，标注为CaO_m； 

确定硬化混凝土中原始磨细矿渣含量 

CaO_m=(1-z)×CaO_p+z×CaO_a (1) 

式中：CaO_p-混凝土中胶凝材料，即水泥+磨细矿渣中CaO的质量百分比； 

CaO_a-细集料石英砂中CaO质量百分比； 

忽略不计石英砂中CaO_a含量，式（1）转化为： 

则磨细矿渣百分含量r为： 

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