大摻量礦物摻合料對混凝土抗壓強度的影響

郝傳文，李德朋，張春榮

（中國建筑第七工程局有限公司北方公司，沈陽 110044）

礦物摻合料在混凝土中的使用比較廣泛，礦物摻合料既能替代水泥，又能利用工業(yè)廢渣，被譽為混凝土的“第六組分”［1］。目前，國內(nèi)外使用較多的礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅灰。

抗壓強度是混凝土最基本的物理力學(xué)性能，混凝土其他各項性能的研究也是在混凝土抗壓強度的基礎(chǔ)上進行的。目前，國內(nèi)外對單摻混凝土及復(fù)摻混凝土抗壓強度進行了大量研究，但對大摻量礦物摻合料混凝土性能進行系統(tǒng)研究的還不多。該文對摻加粉煤灰、礦粉等大摻量礦物摻合料混凝土的抗壓強度進行了試驗研究，主要研究礦物摻合料的摻量對不同齡期的混凝土抗壓強度的影響，為礦物摻合料混凝土在實際工程中應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 試 驗

1.1 原材料

水泥：沈陽冀東水泥廠生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥；

礦粉：遼寧鐵嶺產(chǎn)礦粉；

粉煤灰：遼電Ⅰ級粉煤灰；

減水劑：萘系減水劑；

水：沈陽地區(qū)自來水。

1.2 方法

采用粉煤灰、礦粉單摻，礦粉與粉煤灰總摻量為50%的復(fù)合變摻量的方法，試樣成型為100mm×100mm×100mm 的立方體，脫模后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中養(yǎng)護至規(guī)定齡期。依據(jù)GBT 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》，用數(shù)顯萬能試驗機對試樣進行抗壓強度測試。混凝土配合比為膠凝材料∶水∶石∶砂＝1∶0.38∶2.73∶1.82，萘系減水劑用量為0.9%。礦粉與粉煤灰摻量及其混凝土抗壓強度見表1。

表1 礦粉與粉煤灰摻量及其混凝土抗壓強度

2 結(jié)果與分析

2.1 礦粉摻量對混凝土抗壓強度的影響

礦粉摻量為0、30%、40%、50%、60%時，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護3d、7d、28d，對礦粉混凝土進行了抗壓強度測試，結(jié)果見圖1。

從圖1中可以看出，混凝土的抗壓強度隨礦粉摻量的增加而降低，而且隨著礦粉摻量的增加，混凝土抗壓強度降低效果更明顯；礦粉摻量為50%時，混凝土3d抗壓強度降低率為46.1%，28d抗壓強度降低率為23.6%，混凝土后期的抗壓強度降低速率減慢。這主要是因為礦粉的火山灰活性小于水泥，所以摻加礦粉的混凝土的早期抗壓強度降低明顯，但礦粉中含有大量的活性SiO2和Al2O3，有較高的潛在活性，能與水泥熟料水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣［2］，這樣就增加了水化產(chǎn)物的總量，提高了混凝土的密實度，從而提高了混凝土后期的抗壓強度，但礦粉的摻量較大，不足以彌足混凝土強度的損失。

2.2 粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響

粉煤灰摻量為0、30%、40%、50%、60%時，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護3d、7d、28d，對粉煤灰混凝土進行了抗壓強度測試，結(jié)果見圖2。

從圖2中可以看出，混凝土的抗壓強度隨粉煤灰摻量的增加而降低，而且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土抗壓強度降低效果更明顯；粉煤灰摻量為50%時，混凝土3d抗壓強度降低率為46.1%，28d抗壓強度降低率為28.6%，混凝土后期的抗壓強度降低減慢。這主要由于粉煤灰不具有獨立的水硬性，因此在早齡期混凝土抗壓強度較低。由于粉煤灰具有火山灰活性效應(yīng)，其玻璃體微珠表層活性的SiO2及Al2O3通過與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成品質(zhì)較好的低堿性水化產(chǎn)物，而水化產(chǎn)物能有效的填充水泥顆粒間的孔隙，同時粉煤灰中富含大量的玻璃微珠，能使水泥顆粒解絮擴散，從而產(chǎn)生減水、潤滑、改善混凝土的密實性［3］，因此粉煤灰混凝土后期的抗壓強度有較大提高。但粉煤灰的摻量較大，粉煤灰的活性不如水泥，不足以彌足混凝土強度的損失。

2.3 礦粉與粉煤灰復(fù)合變摻量對混凝土抗壓強度的影響

礦粉＋粉煤灰的摻量為0、40%＋10%、30%＋20%、20%＋30%、10%＋40%時，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護3d、7d、28d，對礦粉和粉煤灰復(fù)摻混凝土進行了抗壓強度測試，結(jié)果見圖3。

從圖3中可以看出，復(fù)摻礦粉和粉煤灰的混凝土的抗壓強度均低于基準(zhǔn)混凝土抗壓強度；復(fù)摻混凝土的早期抗壓強度降低較大，后期抗壓強度損失較小。礦粉和粉煤灰摻量分別為30%和20%時，混凝土3d 抗壓強度降低率為37%，28d抗壓強度降低率為15.9%，混凝土抗壓強度降低最小。這是因為：首先同時摻入粉煤灰和礦渣，一方面填充了水泥水化和硬化過程中殘留的孔隙，另一方面，復(fù)合摻料中的細微顆粒均勻分散到水泥漿體中會成為大量水化產(chǎn)物的核心，隨著水化過程的進展，這些細微顆粒及其水化產(chǎn)物填充了水泥石的孔隙，從而改善了水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的抗壓強度升高［4］；其次，礦粉本身具有一定的水硬性，同時水泥、礦粉、粉煤灰組成的三元體系的級配得到優(yōu)化，使硬化漿體的孔隙率降低，從而提高了該組混凝土的后期強度［5］。

3 結(jié)論

a.當(dāng)?shù)V粉摻量在30%～60%時，混凝土的抗壓強度隨礦粉摻量的增加而降低，混凝土28d抗壓強度降低較小。

b.當(dāng)粉煤灰摻量在30%～60%時，混凝土的抗壓強度隨粉煤灰摻量的增加而降低，混凝土28d抗壓強度降低較小。

c.礦粉與粉煤灰總摻量為50%時，混凝土28d抗壓強度與基準(zhǔn)混凝土28d抗壓強度相比降低較小，可見兩者復(fù)摻能夠互為補充、互為促進，對混凝土抗壓強度貢獻更多作用；當(dāng)?shù)V渣和粉煤灰的摻量分別為30%和20%時，對混凝土強度貢獻作用最佳。

［1］Joao A.Rossignolo，Marcos V C Agnesini.Mechanical Properties of Polymer－modified Lightweight Aggregate Concrete［J］.Cement and Concrete Research，2002，32：329－334.

［2］王新杰，馬 星.礦物摻合料對混凝土杭壓強度的影響［J］.粉煤灰綜合利用，2009（6）：36－37.

［3］王偉奇，徐麗萍，魏學(xué)文.粉煤灰摻合料對混凝土力學(xué)性能的影響［J］.黑龍江水利科技，2006，（3）：24－25.

［4］張林春，張愛蓮，鄧宏衛(wèi).礦物摻合料對粉煤灰陶粒混凝土抗壓強度的影響［J］.混凝土，2010（6）：83－85.

［5］楊榮俊，楊玉啟.礦渣和粉煤灰細摻料復(fù)配對配制高性能混凝土的影響［A］.第二屆高性能混凝土學(xué)術(shù)研討會論文集［C］.濰坊：中國硅酸鹽協(xié)會，1999：70－76.