粉煤灰、礦渣粉的雙摻在高性能混凝土中的作用

摘要：粉煤灰、礦渣粉的雙摻可提高混凝土工作性能，提高混凝土抗滲性能，降低水化熱和提高混凝土強度，使高性能混凝土在工程中發揮更用效的作用。

關鍵詞：高性能混凝土 粉煤灰 礦渣粉 雙摻 原材料的作用

0 引言

據統計：在正常工作條件下，混凝土結構從建成到拆除重建的周期平均為40～50年。設計年限遠大于40～50年，但普通水泥混凝土結構物容易表面開裂，受到鹽類腐蝕，凍融剝蝕等危害所以無法實現預計的使用壽命，公元128年Hadrin大帝時期建造的一座建筑物如古羅馬萬神殿、古羅馬圓形劇場、古羅馬加爾輸水道歷時100多年的波特蘭水泥混凝土建筑物等沿用至今，研究表明存在一種高耐久性的混凝土，這就是高性能混凝土。

1 高性能混凝土基本概念

1.1什么是高性能混凝土高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土。它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能重點予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。為此，高性能混凝土在配置上的特點是采用低水膠比，選用優質原材料，且必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。耐久性混凝土屬于高性能混凝土的范疇，國家對高性能混凝土沒有定義。一般認為，高性能混凝土是高工作性、高耐久性。

1.2什么結構物是高性能混凝土根據《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定》，混凝土結構設計使用年限級別見表1：

2 為什么現代混凝土結構不耐久

①水泥質量一過細、水化過快(C3A)：②水泥用量一過多：③水灰比一過大；④混凝土早期強度一過高：⑤外加劑一過亂；⑥施工質量一較差。

3 如何實現混凝土的高性能化

①增加混凝土的密實性；②增加鋼筋的保護層厚度；③防止混凝土開裂：④改善粗骨料與水泥漿體間的薄弱界面和微結構：⑤阻擋和延緩各種有害物質侵入混凝土內部。

4 與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨特的性能

4.1高性能混凝土具有一定的強度和高抗滲能力，但不一定具有高強度，中、低強度亦可。

4.2高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物應具有較高的流動性，混凝土在成型過程中不分層、不離析，易充滿模型；泵送混凝土、自密實混凝土還具有良好的可泵性、自密實性能。

4.3高性能混凝土的使用壽命長，對于一些特護工程的特殊部位，控制結構設計的不是混凝土的強度，而是耐久性。能夠使混凝土結構安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應用的主要目的。

4.4高性能混凝土具有較高的體積穩定性，即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

5 粉煤灰、礦渣粉的雙摻在高性能混凝土中的作用

5.1混凝土工作性能提高 混凝土拌合物的和易性，流動性提高，塌落度保持性較好。混凝土粗、細骨料形成混凝土的骨架，其間有大量的空隙，這部分空隙在不使用摻和料時由水泥顆粒來填充，盡管水泥顆粒很小，但仍有空隙。在摻入礦渣粉和粉煤灰后，由于它們的粒徑與水泥顆粒粒徑形成粒徑梯度，顆粒之間相互填充，因此可以進一步減少細集料顆粒間的空隙，使其更加密實，并且可以使得水泥顆粒間的水分得以釋放，形成自由水，提高混凝土的流動性，這是礦渣粉和粉煤灰的微集料效應。

另外粉煤灰的形態效應也使得混凝土的流動性很好，粉煤灰的礦物組成是海綿玻璃體和鋁硅玻璃體微珠，這些球形玻璃體表面光滑，顆粒尺寸小，質地致密，在新拌合物中起到一定的潤滑作用；礦渣粉與水泥顆粒之間及礦渣粉與礦渣粉之間接觸點面積小，且礦渣粉的斥水作用使得對減水劑吸附作用也較弱，因此礦渣粉及粉煤灰的雙摻可提高混凝土的流動性，和易性，減少塌落度損失。

5.2混凝土抗滲性能的提高加入礦渣粉和粉煤灰后，其微集料效應和火山灰效應使得混凝土的結構更為致密，降低了孔隙率。由于礦渣粉的細度高于粉煤灰，復合摻加后使得材料顆粒間相互填充7L隙，使各組成材料緊密堆積，進一步降低孔隙率，從而增加混凝土結構的密實度，改善混凝土的抗滲性能。

5.3降低水化熱和提高混凝土強度摻入礦渣粉的混凝土的水化反應依賴于水泥水化反應產生的堿性物質的激發，生成凝膠體的速度遠低于純水泥混凝土，礦渣粉在水泥顆粒間起到分散劑的作用。而且粉煤灰在水泥水化初期不參與水化反應，而是與水泥水化產物Ca(OH)₂進行二次水化，滯后于水泥水化的過程，延緩了由于水化而產生的溫升。同時由于礦渣粉及粉煤灰的摻加替代了大量的水泥，進一步降低了水化熱。在混凝土中加入礦渣粉和粉煤灰后，在混凝土內部的堿性環境中，礦渣粉和粉煤灰吸收水泥水化時形成的Ca(OH)₂進一步水化形成C-S-H凝膠，使界面區的Ca(OH)₂晶粒變小，改善了混凝土的微觀結構，使水泥漿體的空隙率明顯下降，強化了集料界面的粘結力，使得混凝土的物理力學性能大大提高。另外礦渣粉和粉煤灰的微集料效應，使混凝土形成了微觀的自緊密結構，提高了混凝土的強度。

6 耐久性的試驗結果

6.1水膠比和電通量

隨齡期增加，電通量逐漸降低，早期影響顯著，后期減小。

同一齡期隨水膠比降低，電通量降低，

56d1000～2000庫侖(水膠比0.3～0.5)

56d小于1000庫侖(水膠比0.3～0.4)

6.2含氣量和電通量

砼中含氣量增加，電通量增加不大

當電通量為1000庫侖時，對應的含氣量為4％左右。

6.3含泥量和電通量

含泥量增加，電通量增加

當含泥量為4％時，電通量接近1000庫侖，再大滿足不了要求。

6.4粉煤灰摻量和電通量

7d隨粉煤灰摻量增加，電通量增加

當摻40％時，28d、56d電通量減少

當摻大于40％時，28d、56d電通量增加

因此可看出40％是拐點。

6.5粉煤灰燒失量和電通量

燒失量增加，電通量增大，28d影響大，56d影響不明顯。

當燒失量為1～9％時，56d電通量＜1000庫侖。

6.6外加劑摻量和電通量

當摻量＜1％隨摻量增加，電通量在降低

當摻量＞1％隨摻量增加，電通量在增加。

7 工程實例

杭州灣大橋.海工混凝土粉煤灰取代水泥20—40％

三峽大壩混凝土：粉煤灰取代水泥10—40％

大小洋山深水港工程混凝土：礦渣粉—粉煤灰復合摻量65％

8 結束語

高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結構的使用年限，降低工程造價。高性能混凝土能不能經受上百年的風雨，需要歷史的見證及考驗。

參考文獻：

[1]《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定》.

[2]《混凝土結構耐久性設計與施工指南》(CCES01—2004).

[3]《鐵路混凝土試驗方法匯編》.