淺談礦粉與粉煤灰雙摻在高性能混凝土配制中的應(yīng)用

李澤君

（安 徽 省 水利部淮河水利委員會(huì)科學(xué)研究院 合肥 230088）

l前言

自從1824年Aspdin發(fā)明波特蘭水泥以來(lái)，混凝土已經(jīng)有180多年的發(fā)展歷史。尤其是鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程形成后，混凝土得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1972年，世界水泥產(chǎn)量開(kāi)始超過(guò)鋼產(chǎn)量，混凝土隨之成為最大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料。

在我國(guó)，雖有人把混凝土簡(jiǎn)化成“砼”字，意思是“人工石”，也就是人造石材，但是普通混凝土并沒(méi)有天然石材那樣耐久，常常由于外界劣化因子的作用或內(nèi)部病變而產(chǎn)生劣化、開(kāi)裂，甚至破壞、失效。隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越需要這樣一種混凝土——在施工過(guò)程中具有良好的工作性，以保證施工密實(shí)性；硬化后，能具有較高的力學(xué)性能和耐久性。于是，具備這些性能的高性能混凝土成為混凝土發(fā)展的必然。

2 配制高性能混凝土的思考

經(jīng)大量工程經(jīng)驗(yàn)的積累，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)混凝土水泥用量過(guò)大，和易性一般，粘聚性和保水性都不太理想。尤其是大體積混凝土工程澆筑完成后，傳統(tǒng)混凝土因水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，但由于混凝土體積大，造成混凝土內(nèi)部熱量不易散發(fā)到表面，造成混凝土膨脹不均勻，形成溫度裂縫。摻入粉煤灰可以減少水泥用量，降低水泥水化熱，使混凝土因溫度變化形成的變形減小從而減少熱膨脹裂縫。

但單摻粉煤灰會(huì)降低混凝土早期強(qiáng)度。為了彌補(bǔ)這一缺陷，可復(fù)合摻入活性較高的礦粉，通過(guò)提高其火山灰效應(yīng)，增加體系中微粒間的化學(xué)反應(yīng)，提高其早期強(qiáng)度。粉煤灰和礦粉復(fù)摻，不僅是簡(jiǎn)單的混合，而是有意識(shí)地使兩種混合材取長(zhǎng)補(bǔ)短，在強(qiáng)度上產(chǎn)生一定的互補(bǔ)作用，體現(xiàn)出單摻所不具備的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單摻粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度低的缺陷。

雙摻后可以有效地提高混凝土各項(xiàng)性能，如和易性、粘聚性、可泵性降低混凝土坍落度損失，減小混凝土內(nèi)部早期干燥收縮，使硬化后的混凝土結(jié)構(gòu)更密實(shí)，混凝土早期和后期強(qiáng)度都能得到提高，抗?jié)B、抗凍及耐化學(xué)腐蝕能力會(huì)更有顯著的改善，產(chǎn)生的疊加作用更加明顯。

基于以上考慮，決定采用礦粉和粉煤灰雙摻來(lái)配制高性能混凝土。

3 混凝土試驗(yàn)主要原材料

（1）水泥：采用長(zhǎng)豐海螺產(chǎn)強(qiáng)度等級(jí)為P·O42.5的水泥，安定性合格，其他主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

（2）砂：采用霍山產(chǎn)河砂,其主要性能見(jiàn)表2。

（3）石子：采用散兵產(chǎn)的碎石，其主要性能見(jiàn)表3。

（4）粉煤灰：采用淮南平圩產(chǎn)F類(lèi)Ⅰ級(jí)粉煤灰，其主要性能見(jiàn)表4。

（5）礦粉:合肥清雅產(chǎn)S95級(jí)礦粉。

（6）外加劑:徐州市超力建筑材料有限公司，CNF-1A緩凝高效減水劑，外摻1.8%。

（7）水:采用潔凈的自來(lái)水。

4 試驗(yàn)計(jì)劃

4.1配合比設(shè)計(jì)

為了比較粉煤灰單摻及粉煤灰和礦粉雙摻對(duì)混凝土力學(xué)性能及耐久性的影響，試驗(yàn)中按設(shè)計(jì)強(qiáng)度C55、C50分別設(shè)計(jì)了2組混凝土配合比。具體情況列于表5。

4.2試驗(yàn)方案

表1 水泥的主要物理性能

表2 砂的主要性能

表3 石子的主要性能

表4 粉煤灰主要性能

表5 混凝土配合比

表6 各混凝土配合比的抗壓強(qiáng)度

表7 混凝土電通量的試驗(yàn)結(jié)果

（1）抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)用以評(píng)定粉煤灰和礦粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。遵照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，分別在標(biāo)養(yǎng)7d、28d、60d齡期時(shí)進(jìn)行測(cè)試。

（2）混凝土的氯離子滲透性檢測(cè)

混凝土抵抗氯離子滲透的能力與混凝土配合比、原材料、施工質(zhì)量密切相關(guān)，能夠比較全面地反應(yīng)混凝土的抗?jié)B性。美國(guó)的ASTMC1202—91也認(rèn)為侵蝕性粒子的擴(kuò)散系數(shù)是用來(lái)評(píng)價(jià)混凝土，尤其是低水灰比混凝土耐久性的重要參數(shù)之一。因此本次試驗(yàn)中將氯離子滲透性能作為混凝土耐久性檢驗(yàn)的一個(gè)指標(biāo)。

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1粉煤灰和礦粉雙摻對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

由表6混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果可知，雙摻粉煤灰和礦粉的各齡期強(qiáng)度都高于同齡期的單摻粉煤灰的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C55的配合比中摻了粉煤灰和礦粉的2號(hào)試件，其7d齡期抗壓強(qiáng)度平均值比同齡期的單摻粉煤灰的1號(hào)試件抗壓強(qiáng)度平均值提高了1.5MPa，28d值提高了4.6MPa，60d值提高了3.9MPa；另一組C50的配比中，4號(hào)試件比3號(hào)試件 7d、28d、60d 分別提高了 1.3MPa、4.4MPa、3.4MPa。

從理論上講這是由于礦物摻合料中含有大量無(wú)定形態(tài)的SiO2、AL203，粉煤灰和礦粉的共同摻入能改善水泥石中膠凝物質(zhì)的組成，生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更好的低堿度水化硅酸鈣，提高水泥石與骨料界面的致密性，有效地提高混凝土的強(qiáng)度。其次，礦粉中含有大量的硅鋁玻璃體，具有較高的自由焓，反應(yīng)活性高，可以持續(xù)地與Ca（0H）2發(fā)生二次反應(yīng)，使混凝土的結(jié)構(gòu)變得相當(dāng)致密，凝膠體的數(shù)量得以大大增加，從而提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。

5.2粉煤灰和礦粉雙摻對(duì)混凝土氯離子滲透性的影響

本次試驗(yàn)參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082-2009）》中提出的方法進(jìn)行。通過(guò)對(duì)規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過(guò)混凝土的電通量高低的測(cè)定，來(lái)評(píng)價(jià)混凝土原材料和配合比對(duì)混凝土抗?jié)B透性的影響，間接評(píng)價(jià)混凝土的密實(shí)性。混凝土電通量的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7中混凝土電通量的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，2號(hào)、4號(hào)配比的電通量分別低于1號(hào)、3號(hào)配比的電通量，說(shuō)明雙摻粉煤灰和礦粉確實(shí)提高了混凝土的抗氯離子滲透能力。

6 幾點(diǎn)體會(huì)

（1）粉煤灰高強(qiáng)混凝土雖然具有較高的后期強(qiáng)度，但早期強(qiáng)度發(fā)育較慢。

（2）在共同摻入粉煤灰和礦粉的情況下，可以有效保證混凝土的早期強(qiáng)度。利用粉煤灰和礦粉的綜合效應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)致密，抗壓強(qiáng)度得以提高。

（3）對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土進(jìn)行氯離子滲透性檢測(cè)，共同摻入粉煤灰和礦粉的混凝土，其電通量均低于單摻粉煤灰的混凝土，說(shuō)明雙摻粉煤灰和礦粉提高了混凝土的抗氯離子滲透能力。

（4）粉煤灰和礦粉均是工業(yè)廢料，通過(guò)雙摻配制高性能混凝土是一件變廢為寶、利國(guó)利民的好事，具有極高的應(yīng)用及推廣價(jià)值。

[1]沈旦申，冒鎮(zhèn)惡.粉煤灰優(yōu)質(zhì)混凝土[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[2]于奎峰，韓玉海，姜福香，趙鐵軍.雙摻高性能混凝土配合比試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2009（5）：116—119.

[3]GB/T50082-2009，普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn).