粉煤灰與礦粉的疊加效應對高性能混凝土力學性能的影響

付寶華　蓋東方　李軍

[摘要]通過混凝土配合比試驗，研究了粉煤灰與礦粉的疊加效應對高性能混凝土力學性能的影響，并分析了復合摻合料疊加效應的影響機理。結果表明，在粉煤灰與礦粉重量比為1.5 ∶1，總摻量為20%～40%范圍內，混凝土各齡期的抗壓強度均有所提高。粉煤灰與礦粉復摻后有助于改善粉體材料的顆粒級配、減小膠凝材料體系的空隙率、發揮摻合料的微集料效應和火山灰活性，使得水泥石的結構更加致密。粉煤灰與礦粉的疊加效應有利于混凝土力學性能的提高。

[關鍵詞]混凝土；粉煤灰；礦粉；力學性能；疊加效應

文章編號：2095-4085（2016）07-0032-03

礦物摻合料是制備混凝土的重要原材料，可大幅度減少水泥用量、改善混凝土的綜合性能，在實際工程中的應用越來越廣泛。但單一的礦物摻合料對于混凝土性能的影響存在一些不足，如單摻粉煤灰的混凝土早期強度較低，單摻礦粉的混凝土拌合物易出現泌水量較大等問題，使得摻合料在工程中的應用受到限制。如在混凝土中同時摻粉煤灰和礦粉，比單摻粉煤灰或礦粉會具有更好的效果[1]。所以，兩種或多種礦物摻合料復摻使用產生的疊加效應將成為改善混凝土綜合性能的有效途徑[2]。

國內外學者對不同礦物摻合料復合摻加的應用效果進行了大量研究。G.C.Isaia等人研究了礦物摻合料復摻對低強度混凝土性能的影響，認為復摻礦物摻合料可以有效提高低強度混凝土的力學性能，且90d后的效果要明顯好于28d[3]；李宗津等人研究表明，復摻10%的高嶺土和20%的礦渣時既可以提高混凝土的抗壓強度又可以改善混凝土的流動性[4]；Ibrahim Turkmen等人研究了硅灰與礦粉復摻對混凝土性能的影響，認為10%的硅灰與20%的礦渣復摻可以使0.35水膠比的混凝土抗壓強度最高[5]。以上研究主要對不同品種摻合料復合摻加后對中低強度混凝土性能的影響行了研究，缺乏在此領域對高性能混凝土性能的影響研究。為了更好的推廣應用高性能混凝土、更有效的發揮不同品種礦物摻合料的疊加效應、實現大量固體廢棄物的資源化利用，非常有必要研究粉煤灰與礦粉的疊加效應對高性能混凝土力學性能的影響。

1試驗材料與方案

1.1試驗原材料

水泥采用P.O 52.5水泥，具體性能指標見表1。

由圖1可知，隨粉煤灰摻量的增加，混凝土7d和28d的抗壓強度均呈下降趨勢，這主要是由于粉煤灰的活性較低所致。這說明粉煤灰摻量增加，不利于提高混凝土的抗壓強度，更不利于提高早期抗壓強度；礦粉摻量為10%時，混凝土7d和28d抗壓強度略微高于基準混凝土，摻量進一步增加，強度呈下降趨勢。這說明單摻礦粉也不利于提高混凝土的抗壓強度。

粉煤灰與礦粉按1.5 ∶1的比例摻加到混凝土中，總摻量在20%～40%時混凝土的7d和28d抗壓強度明顯高于基準混凝土，7d抗壓強度比基準混凝土最高增加14.7%，28d抗壓強度比基準混凝土最高增加19.2%。摻量進一步增加，抗壓強度出現回落趨勢。

通過以上分析可知，粉煤灰和礦粉復摻的效果要明顯優于單摻，尤其是在復摻量為20%～30%之間時，各項力學性能都達到最佳。粉煤灰不同品種的礦物摻合料復合摻加產生的疊加效應有助于提高混凝土的綜合性能，有效避免單摻帶來的不利影響，實現摻合料更大摻量。為了更好的發揮這種疊加效應，有必要深入研究復合摻合料產生疊加效應的機理。

3復摻粉煤灰與礦粉對高性能混凝土的影響機理分析

為了探討復摻粉煤灰與礦粉對高性能混凝土的影響機理，對不同組成的膠凝材料顆粒的粒度分布及硬化水泥石的孔隙率進行了檢測分析。

3.1復摻粉煤灰與礦粉對膠凝材料粒度分布的影響

采用激光粒度分布儀，對粉煤灰和礦粉摻量為30%的膠凝材料以及粉煤灰和礦粉比例為1.5 ∶1、總摻量為30%的膠凝材料進行顆粒力度分布檢測，復摻粉煤灰與礦粉對膠凝材料粒度分布的影響如圖2所示。

由圖2可以看到，水泥和礦粉組成的膠材體系顆粒分布較為集中，而水泥和粉煤灰組成的膠材體系中小于10μm的細粉含量較多。水泥、粉煤灰和礦粉組成的膠材體系顆粒分布更接近于正態分布，有助于改善粉體材料的顆粒級配，減小膠凝材料體系的空隙率、使膠材體系的組成更趨密實，更有利于發揮復合摻合料的疊加效應。

3.2復摻粉煤灰與礦粉對水泥石孔隙率的影響

采用自動壓汞測試儀，對粉煤灰和礦粉摻量為30%的膠凝材料以及粉煤灰和礦粉比例為1.5 ∶1、總摻量為30%的膠凝材料形成的水泥石進行孔隙率檢測。在水化齡期為28d、水膠比同為0.32條件下，復摻粉煤灰與礦粉對水泥石孔隙率的影響如圖3所示。

由圖3可知，粉煤灰與礦粉復摻能夠明顯降低混凝土中水泥石的孔隙率。孔隙率降低說明水泥石的密實性得到提高，混凝土的綜合性能也會得到提高。這是因為粉煤灰和礦粉復合摻加后，不同摻合料顆粒相互填充，能夠充分發揮摻合料的微集料效應，各組成材料堆積更加緊密。同時，不同品種摻合料復合摻加更有利于摻合料火山灰效應的發揮，多

重效應相互疊加，使得水泥石的孔隙率進一步降低，有利于提高高性能混凝土的力學性能。

3結語

（1）粉煤灰與礦粉復合摻加，在粉煤灰與礦粉重量比為1.5 ∶1、總摻量為20%～40%范圍內，混凝土各齡期的抗壓強度和抗折強度均有所提高。粉煤灰與礦粉的疊加效應有利于提高高性能混凝土的力學性能。

（2）粉煤灰與礦粉復合摻加，有助于改善粉體材料的顆粒級配，減小膠凝材料體系的空隙率、使膠材體系的組成更趨密實。有助于不同品種摻合料的微集料效應和火山灰活性的發揮，多重效應相互疊加，使得水泥石的結構更加致密，有利于提高高性能混凝土的力學性能。

參考文獻：

[1]楊華全，董維佳，王仲華.摻礦渣微粉和粉煤灰的混凝土性能試驗研究[J].人民長江，2001，（11）：30-32.

[2]Hassan K E，Cabrera J G，Maliehe R S.The effect of mineral admixtures on the properties of highperformance concrete[J].Cement and Concrete，2000，（22）：267-271.

[3]G C Isaia，A L G Gastaldini，R Moraes.Physical and pozzolanic action of mineral additions on the mechanical strength of high-performance concrete[J].Cement & Concrete Composites，2003，（25）：69-76.

[4]Zongjin Li，Zhu Ding.Property improvement of Portland cement by incorporating with metakaolin and slag[J].Cement and Concrete Research，2003，（33）：579-584.

[5] I·brahim Tu¨rkmen，Mehmet，Gavgal，Rustem Gul.Influence of mineral admixtures on the mechanical properties and corrosion of steel embedded in high strength concrete[J].Materials Letters，2003，（57）：2037-2043.