復摻礦渣和粉煤灰對高性能混凝土強度和耐久性的影響

汪沁 盛黎

摘 要：文章通過摻入復摻粉煤灰和礦渣后高性能混凝土的抗壓強度、抗氯離子滲透等試驗，研究高性能混凝土強度和耐久性與礦渣和粉煤灰摻量之間的變化關系，然后改變水膠比，進一步研究在不同水膠比條件下，復摻兩種礦物摻合料對混凝土性能的影響。結果表明，當水膠比較小時，同時摻入粉煤灰和礦渣，能更有效的提高高性能混凝土的后期強度和抗氯離子滲透能力。

關鍵詞：粉煤灰；礦渣；摻量；強度；耐久性

在混凝土的配制比中摻入各種不同的廢棄材料或工業副產品制成具有優良耐久性、高強度的高性能混凝土，從環保、經濟、技術等方面來說都是具有重要意義的。在高性能混凝土的調制中，會摻入兩種或兩種以上的礦物細摻料加上外加劑，從而達到進一步改善性能和取得某方面的特性的目的。復合細摻料可以增加摻入量，多摻多代，節約熟料，它不僅可以減少CO2等溫室氣體的排放量，而且還會凈化環境等多方面的好處。對于這個問題目前科技工作者對以下幾方向進行研究：（1）礦物摻料的種類、摻量和摻加方式；（2）復合礦物細摻料對混凝土強度和耐久性的影響；（3）外加劑復合使用后的超疊加效應；（4）在復合化思路的影響下，創造活性細粒混凝土。本文主要就粉煤灰、礦渣以及高效減水劑同時摻入對混凝土力學性能和耐久性能的影響做了基礎試驗研究。

1 試驗制備和試驗方法

1.1 原材料

水泥：42.5級普通水泥，浙江三獅水泥廠生產。細骨料：河砂，屬于中砂。粗骨料：碎石，級配6-25mm。粉煤灰：Ⅱ級，杭州火電廠。礦渣：細度480m2/kg。減水劑：萘系高效減水劑。

1.2 混凝土配合比

本試驗針對高性能混凝土的強度和耐久性，研究復摻粉煤灰和礦渣的合理摻量，得到合理摻量以后，進一步減小水膠比，研究在低水膠比條件下，復摻礦渣和粉煤灰對混凝土性能的影響。

表1-1 高性能混凝土試樣配合比

代號 1m3混凝土中各材料用量 /kg

水灰比 水泥 礦渣 粉煤灰 水 細骨料 粗骨料 減水劑

A 0.47 405 0 0 190 735 1100 6.89

A0 0.47 364.5 0 40.5 190 735 1100 6.89

A1 0.47 324 40.5 40.5 190 735 1100 6.89

A2 0.47 283.5 81.0 40.5 190 735 1100 6.89

A3 0.47 243 121.5 40.5 190 735 1100 6.89

B 0.30 530 0 0 160 690 1080 10.6

B0 0.30 477 0 53 160 690 1080 10.6

B1 0.30 424 53 53 160 690 1080 10.6

B2 0.30 371 106 53 160 690 1080 10.6

B3 0.30 318 159 53 160 690 1080 10.6

C 0.25 600 0 0 150 660 1070 14.4

C0 0.25 540 0 60 150 660 1070 14.4

C1 0.25 480 60 60 150 660 1070 14.4

C2 0.25 420 120 60 150 660 1070 14.4

C3 0.25 360 180 60 150 660 1070 14.4

1.3 復摻礦渣和粉煤灰的高性能混凝土試驗

本實驗采用GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》制成非標準試樣，尺寸為100×100×100mm，尺寸換算系數0.95，分別測量試樣在3d、7d、28d齡期的抗壓強度。

用以上混凝土攪拌物，按照抗滲（氯離子遷移電量）性能試驗方法（ASTMC1202）附錄C標準（EJ914-2000）的規定進行。即采用ф100mm×50mm的混凝土試件（切割加工而成），在其兩邊分別浸入NaCl（3%質量）和NaOH（0.3mol/l）的水溶液，接通60V的恒定直流電壓，測定并隔時記錄6h內通過試件的（變化）電流值，得出氯離子遷移電量，以此數據來評定混凝土的抗氯離子滲透性能。

2 實驗結果與分析

2.1 復摻礦渣和粉煤灰對高性能混凝土抗壓強度的影響

圖2-2表示水膠比分別為0.47、0.3、0.25的三個系列早期抗壓強度隨著復摻比例改變而變化的關系曲線。0組、1組、2組和3組分別表示粉煤灰和礦渣復摻比例為1：0、1：1、1：2和1：3。 由圖可見，在各類水膠比條件下，摻入粉煤灰和礦渣，混凝土的早期強度均有明顯下降，而且隨著礦渣摻量的增加，強度下降幅度越明顯。分析其原因，由于粉煤灰和礦渣的水化相對較慢，因此摻入混凝土后會使其早期強度有所下降。

圖2-2 粉煤灰和礦渣復摻比例變化對混凝土早期（3天）強度的影響

隨著齡期增長，研究復摻粉煤灰和礦渣混凝土的強度變化規律，圖2-3表示三個系列在7天齡期時，抗壓強度與不同復摻比例之間的關系。比較圖2-2、圖2-3曲線可知，隨著齡期增長，雖然復摻粉煤灰和礦渣仍會降低混凝土的抗壓強度，但是降低的幅度明顯減小，說明隨著粉煤灰和礦渣的不斷水化，對混凝土強度增長的貢獻越來越明顯，強度增長速率加快。

圖2-3 粉煤灰和礦渣復摻比例變化對混凝土（7天）強度的影響

最后研究復摻粉煤灰和礦渣對混凝土后期強度的影響，圖2-4表示表示三個系列在90天齡期時，抗壓強度與不同復摻比例之間的關系。由圖可見復摻粉煤灰和礦渣對混凝土后期強度有所提高，特別當水膠比較小時，復摻效果更佳，摻粉煤灰10%、礦渣30%的混凝土試樣后期抗壓強度值達到最高。

圖2-4 粉煤灰和礦渣復摻比例變化對混凝土（90天）強度的影響

2.2 復摻礦粉和粉煤灰高性能混凝土的抗氯離子滲透試驗

國內外學者研究表明，大部分高性能混凝土結構的破壞是由于氯離子侵入到混凝土中鋼筋表面，當達到臨界濃度時，引起鋼筋銹蝕，降低鋼筋與混凝土之間的粘結力，產生膨脹，使混凝土保護層脫落，造成整個結構破壞，因此抗氯離子滲透是評價高性能混凝土耐久性的一項重要指標。本試驗采用電量法，用規定時間內混凝土內通過的電量來評價混凝土的抗氯離子滲透能力。

圖2-5 粉煤灰和礦渣復摻比例變化對混凝土抗氯離子滲透能力的影響

圖2-5表示三個系列混凝土在不同復摻比例下混凝土內遷移電量。由圖可知，在各類水膠比條件下，單摻粉煤灰和復摻粉煤灰、礦渣均能使通過混凝土的電量減小，說明摻入粉煤灰能提高混凝土的抗氯離子滲透能力，復摻粉煤灰和礦渣對混凝土的抗氯離子滲透能力提高更明顯，而且隨著礦渣摻量的提高，混凝土的抗氯離子滲透能力越強。

3 結論

3.1 單摻粉煤灰和復摻粉煤灰、礦渣使混凝土早期強度降低，后期強度增長，當粉煤灰和礦渣以1：3的比例復摻時混凝土強度增長最快，說明該種配比復摻效果最佳。水膠比越小，復摻以后強度增長速率越快，因此復摻特別適合低水膠比高性能混凝土。

3.2 單摻粉煤灰能減少通過混凝土的電量，復摻粉煤灰和礦渣后，混凝土的抗氯離子滲透能力有了進一步的提高，當粉煤灰和礦渣以1：3的比例復摻時，混凝土抗氯離子滲透能力最強。

參考文獻

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作者簡介：汪沁（1992- ），男，浙江樹人大學城建學院土木工程專業，本科在讀；通訊作者：盛黎，女，浙江樹人大學城建學院，碩士，副教授。