礦物摻合料對機制砂混凝土性能的影響和研究

朱文濤，孫志強

（寧夏華盛砼業(yè)有限公司，寧夏　銀川　750001）

礦物摻合料對機制砂混凝土性能的影響和研究

朱文濤，孫志強

（寧夏華盛砼業(yè)有限公司，寧夏銀川750001）

本文探討了機制砂混凝土中單摻粉煤灰、單摻礦粉及摻復(fù)合礦物摻合料時，對機制砂混凝土各項性能指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：單摻粉煤灰對混凝土的工作性有明顯的改善，但對強度的影響較大；單摻礦粉對混凝土的工作性影響較大，但對強度影響較小；摻復(fù)合礦物摻合料對混凝土的工作性和施工性得以提高，并保證了混凝土的質(zhì)量。

混凝土；機制砂；粉煤灰；礦粉；復(fù)合礦物摻合料

0　前言

商品混凝土具有技術(shù)質(zhì)量穩(wěn)定和環(huán)保的優(yōu)勢，在全國大中城市已得到廣泛的應(yīng)用。但是隨著混凝土的大量使用，建筑材料的過度消耗，尤其是砂石料的開采使生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性受到了破壞。目前天然砂或河砂的量幾乎很難再開采，所以機制砂在商品混凝土中得到了大量使用。本文借以寧夏盛弘砂石料有限公司生產(chǎn)的機制砂混凝土，針對不同摻合料，對混凝土的性能進行研究。

1　材料選用及性能

水泥：寧夏賽馬水泥有限公司 P?O42.5 水泥，其物理性能見表 1。

表1　水泥基本物理性能

粉煤灰：寧夏三力Ⅰ級粉煤灰，其物理性能見表2。

表2　粉煤灰基本物理性能

粒化高爐礦渣粉：烏海 S75 礦渣粉，其物理性能見表3。

表3　礦渣粉和復(fù)合礦物摻合料基本物理性能

復(fù)合礦物摻合料：寧夏盛遠新型建材有限公司生產(chǎn)，主要包括粉煤灰、礦渣粉、硅灰、石灰石粉，物理性能試驗標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用礦渣粉的標(biāo)準(zhǔn)，見表 3。

砂：寧夏盛弘砂石料廠生產(chǎn)的山砂，即機制砂。其細度模數(shù) ＞3.0。砂中＜0.075mm 的粒徑為 3% 左右，且 MB 值＜0.8。70% 的機制砂搭配30%的細砂（細度模數(shù)2.0，含泥2.2）配制出細度模數(shù)為2.7 的中砂，各項指標(biāo)均能滿足普通混凝土的要求。

石：寧夏盛弘砂石料廠生產(chǎn)的 5～25mm 的連續(xù)級配碎石，含泥為 0.4%，壓碎值指標(biāo)為 8.2%，針、片狀顆粒含量為5.0%。

外加劑：為自產(chǎn)萘系泵送劑，含固26%。

2　不同摻合料的試配情況

2.1單摻粉煤灰混凝土試配

在保證坍落度不變的前提下采用逐步提高粉煤灰的比例，同時調(diào)整用水量觀察混凝土的工作性和狀態(tài)。混凝土配合比如表 4 所示，試驗結(jié)果見表 5。

表4　C30 混凝土配合比　　　　　　　kg/m3

表5　不同粉煤灰摻量下混凝土的工作性和抗壓強度

從表 5 中編號 1 可以看出機制砂混凝土坍落度損失較大，工作性差。主要原因為機制砂是在機械力作用下，呈現(xiàn)不規(guī)則的多棱角形狀，表面粗糙，表現(xiàn)出流動性差的現(xiàn)象。但在混凝土中摻加粉煤灰可以很好的改善混凝土的工作性。從表 5 編號2～5 的坍落度和擴展度數(shù)值可以看出隨著粉煤灰的比例逐步提高時，機制砂混凝土的用水量逐步在降低（粉煤灰的需水量小），拌合物的保坍性和流動性得到了較好的改善，分析其原因：粉煤灰中大量球狀玻璃體的滾珠效應(yīng)對漿體起到了“潤滑作用”，在摻合料中主要發(fā)揮著形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)，增大了機制砂混凝土的流動性，降低了由于砂的顆粒級配及不規(guī)則形狀引起混凝土坍落度大的弊端。提高了混凝土的施工性。但從抗壓強度值，看出粉煤灰的摻量降低了抗壓強度。這是因為在粉煤灰混凝土中，水泥初次水化后，粉煤灰活性低，二次水化不太明顯。所以強度下降幅度比較大[1]。

2.2單摻礦粉混凝土試配

單摻礦粉對混凝土的工作性和狀態(tài)的影響。其配合比與表 4 的相同。試驗結(jié)果見表 6。

表6　不同礦粉摻量下混凝土的工作性和抗壓強度

由表 6 可知，隨著摻量的提高，單摻礦粉混凝土較單摻粉煤灰的坍落度損失加快，且出機狀態(tài)下的混凝土工作性越來越差，主要體現(xiàn)在保水性、粘聚性不好，并且伴有泌水現(xiàn)象。從狀態(tài)來看單摻礦粉不利于混凝土的施工性，所以單摻礦粉不利于機制砂在混凝土中的應(yīng)用。但單摻礦粉在混凝土中的優(yōu)勢從表中可以看出強度損失較少。這是由于礦粉的火山灰效應(yīng)在二次水化中起到了比較明顯的效果[2]。

2.3摻復(fù)合礦物摻合料混凝土試配

為了使礦物摻合料在機制砂混凝土中能起到很好的作用，選用寧夏盛遠新型建材有限公司生產(chǎn)的復(fù)合型礦物摻合料做相應(yīng)的試配摻合料能合理地在機制砂混凝土中得到更好的應(yīng)用，結(jié)合以上粉煤灰和礦粉單摻試驗現(xiàn)象及結(jié)果，進行三者試驗的比對。試驗采用寧夏盛遠新型建材有限公司推薦的配合比，該配合比的特點：低用水量，低水膠比，低水泥用量，粉煤灰摻量為 15%，即 55kg，配比見其表 7，試驗結(jié)果見表 8。

相比以上單摻試驗，在表 8 中的五組試驗中，混凝土拌合物狀態(tài)有了明顯的改善，工作性也達到比較好的效果，在拌合物坍落度相近的情況下，隨著復(fù)合摻合料摻量的增加，拌合物用水量略微減少，降低了水膠比，并且混凝土的狀態(tài)變化較小，拌合物坍落度和擴展度損失明顯減少，尤其在摻合料摻量在 30% 時混凝土的和易性達到了最佳狀態(tài)。工作性能很好地滿足工程的要求，強度值能很好地滿足設(shè)計要求。

表7　復(fù)合礦物摻合料體系下的混凝土配合比　　kg/m3

表8　復(fù)合礦物摻合料下混凝土的工作性和抗壓強度

以上三組試驗中，無摻合料的機制砂混凝土，其出機狀態(tài)的和易性一般，流動性失去的較快，混凝土很難滿足施工性。強度的富余值較高。其原因為無摻合料的混凝土，由于水泥的水化作用，使得混凝土早期強度高，后期強度增長慢，并且水化產(chǎn)物不在進行二次水化的條件。單摻粉煤灰和單摻礦粉的混凝土各有各的優(yōu)勢和缺陷，但摻復(fù)合礦物摻合料時，可以產(chǎn)生“復(fù)合化超疊加效應(yīng)”，各組分能充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，其各自的形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)、火山灰效應(yīng)及填充效應(yīng)相互作用，形成“工作性能互補效應(yīng)”和“強度互補效應(yīng)”，使摻復(fù)合礦物摻合料混凝土具有良好地工作性、施工性，又具有較高的強度保證率[2]。同時在保證強度的前提下，適當(dāng)提高摻合料的摻量可以填補機制砂流動性差的缺陷，這樣更好的保證了混凝土的工作性。

2.4強度對比分析

圖1　相同摻量下 7d 抗壓強度的比較

圖2　相同摻量下28d 抗壓強度的比較

由圖 1 和圖2 看出單摻礦粉的 7d 和28d 抗壓強度均高于單摻粉煤灰的，這說明等量的礦粉比粉煤灰在混凝土中對強度的貢獻較好，這是由于礦粉的活性較粉煤灰的要強。摻入復(fù)合礦物摻合料與前兩者相比，早期強度提高同時，后期強度發(fā)展良好，且摻量越高，此現(xiàn)象越明顯。復(fù)合礦物摻合料由于綜合了粉煤灰和礦粉及硅灰和石灰石粉，具有比表面積大、細度小，分散性好的優(yōu)勢，不僅能填補混凝土中不規(guī)則機制砂所造成的細微孔隙，甚至能填充水泥顆粒孔隙，保證了凝膠體的密實度，增強了混凝土的致密性。從以上可以看出摻復(fù)合礦物摻合料不僅彌補了粉煤灰和礦粉各自的不足，并且加強了它們的雙重優(yōu)勢[3]。

3　結(jié)論

機制砂細骨料預(yù)拌混凝土在不摻礦物摻合料時，坍落度損失快，很難滿足施工性，并且材料成本高，不利于資源的綜合利用。摻入適量粉煤灰，可提高流動性，并且對強度的影響不大，當(dāng)提高粉煤灰摻量時，強度有所下降，不能夠保證質(zhì)量。單摻礦粉不利于混凝土的工作性。但摻復(fù)合礦物摻合料的結(jié)果是混凝土的工作性和施工性起到了很好的改善，并且保證了混凝土的強度。以上摻復(fù)合礦物摻合料的試配，已應(yīng)用于生產(chǎn)和施工中，這樣的混凝土較以往在生產(chǎn)和施工中影響因素明顯減少了許多，在銀川得到了許多施工單位的肯定，這對寧夏地區(qū)混凝土的發(fā)展起到了很好的效果。

[1] 李東宇，粉煤灰和礦粉在混凝土中的應(yīng)用[J]．科技信息，2011(21)：302-303.

[2] 劉瑞雪，張連英，等．礦物摻合料對 C45 混凝土性能影響的試驗研究．混凝土，2014(06)：75-77．

[3] 張建彬，王軍，等．不同礦物摻合料對混凝土性能影響的研究．商品混凝土，2014(03)：64-65．

［通訊地址］寧夏銀川市北京中路信通大廈六樓（750001）

朱文濤（1986—），男，工程師，主要從事砂漿、混凝土等無機非金屬材料。