礦物摻合料對高性能混凝土力學性能和耐久性的影響分析

趙韶華

(山西省澤州縣道路運輸管理所，山西 晉城 048000)

礦物摻合料對高性能混凝土力學性能和耐久性的影響分析

趙韶華

(山西省澤州縣道路運輸管理所，山西 晉城 048000)

主要講述了膨脹劑、粉煤灰以及礦渣用不同的比例摻到高性能混凝土對其力學性能和耐久性的影響。分析了不同養護條件、水膠比以及配合比等條件下礦物摻合料的彈性模量、抗壓強度、抗折強度、劈拉輕度、抗凍性、抗氯離子滲透和干燥收縮性能等的變化規律。

礦物摻合料；高性能混凝土；力學性能

目前，最常用的人造材料就是混凝土，每年我國混凝土的使用數量高達20億t，由于混凝土的平均強度不是很高、耐久性不是很好，使得建筑物重量較大、能量消耗較高、后期的維修工程量比較大。在混凝土中摻入礦物摻合料可有效提高水化膠凝物質的質量、有效減小了混凝土硬化后的孔隙率。質量好的礦物摻合料對混凝土強度的貢獻率可以達到20%以上。由于礦物摻合料對提高混凝土的力學性能和耐久性具有很重要的作用，故需要對膨脹劑、粉煤灰以及礦渣等進行深入的實驗分析。

1 礦物摻合料對高性能混凝土的影響

在對混凝土進行配制時，需要在其中加入礦物細摻料/高效減水劑等改性材料，才能有效提高混凝土的性能。加入礦物細摻料，可有效改善混凝土的工作特性、降低溫升、提高抗腐蝕能力、增加了后期的強度。如今常用的礦物細摻料為礦渣，下文是礦渣在高性能混凝土力學性能和耐久性中的影響。

在實驗中混凝土的配比參數是：水泥與礦渣的用量是575，其表觀密度是2 460、砂率是31%、礦渣是85，高效減水劑是2.4%。為減少制備混凝土中水泥的用量、提高混凝土的水膠比，設計了多個配合比。具體見表1。

表1 不同的混凝土配合比

用表1配制的混凝土，制成100×100×100的樣品，在1 d、3 d、7 d以及28 d對其抗壓強度進行測量。同樣，用上述混凝土制成150×150×150的樣品，在28 d之后對其劈裂抗拉強度進行測量。

通過實驗發現，將礦渣加入到制備的混凝土中的時候，會使得早期齡期的混凝土的抗壓強度減少，尤其是在3 d這個齡期的時候，混凝土的抗壓強度隨著摻入的礦渣量的增多而降低，原因在于水泥的含量不多，礦渣水化速度不快、一次水化的產物不多。但是當齡期大于28 d之后，摻入了礦渣的混凝土的強度得到了明顯的提升。通過實驗可以發現，隨著礦渣摻量的不斷增加，高性能混凝土的抗壓強度不斷下降。

為分析水膠比的不同對混凝土抗壓強度的影響，實驗中混凝土試樣的礦渣的含量是相同的。通過實驗結果發現，試樣C4中的膠凝含量不高，需要的水量也不多，因此在開始的時候需要的水分比較多，目的是加強混凝土第一次水化，提高混凝土的強度，但是在之后的齡期中，其在提高混凝土的強度優勢將會變得不明顯。

本文還分析礦渣摻入量對混凝土性能參數劈裂抗拉強度的影響，在混凝土加入了礦渣之后，在各個齡期的混凝土的劈裂抗拉強度都有所提高。齡期為7 d與28 d的時候，礦渣摻量是20%的混凝土的劈拉強度提高，而7 d齡期的劈拉強度提高程度是比28 d的大的，原因在于礦渣的顆粒直徑不大，能提高混凝土結構的緊密性，大孔隙就會有所減少，更多的孔隙中的規則分布的AFt晶簇，起到了加筋的作用。

分析礦渣在高性能混凝土耐久性性能，從干燥收縮、干燥失重、抗氯離子滲透、抗凍性能這幾個方面進行了研究。通過實驗發現，當礦渣摻入到混凝土之后，其干燥收縮率明顯減少，在齡期比較小的時候，各個混凝土試樣的干燥收縮率的差別不大；但是隨著齡期的增加，礦渣在混凝土干燥收縮率方面的影響明顯降低。

而隨著試樣中水膠比的增加，混凝土的干燥收縮率也逐漸提高，然而，當齡期達到21 d之后，混凝土的干燥收縮率基本不變，這也就說明水膠比對高性能混凝土的影響主要集中在早期。

毛細管壓力是使得混凝土具有干燥收縮能力。在對混凝土進行干燥的過程中，混凝土中的毛細管孔隙的含水量會明顯減少，毛細管發生變形會隨之變形，毛細管張力提高，混凝土在體積上產生收縮。摻入礦渣超細粒子的填充效應降低了混凝土的孔隙率和毛細管壓力，以致引起的干燥收縮變小。倘若混凝土中用水量增加，水灰比和毛細管張力會隨之提高，混凝土體積收縮增大，導致產生較大的干燥收縮。

摻入礦渣的混凝土的干燥失重值高于沒有摻入混凝土，其排列順序和干燥收縮率是相反的，這就表明隨著礦渣摻入在降低了干燥收縮率降低的同時提高了混凝土的干燥失重值。而摻入礦渣的混凝土的抗氯離子滲透能力和抗滲性都有所提高。摻20%、15%、10%礦渣之后混凝土的氯離子遷移電量分別為740C 、658C 、648C，所以摻入礦渣對抑制氯離子滲透性是有效的。摻入礦渣后混凝土的膨脹率降低，表明其可有效提高混凝土的抗凍性。

2 礦渣和粉煤灰混合摻料對高性能混凝土性能的影響

為分析在混凝土中摻加10%粉煤灰條件下，礦渣含量對混凝土性能的影響，因此在基本配合比的條件下，分析了礦渣摻量是10%、20%、30%的混凝土性能。具體配合比見表2。

表2 混凝土的各種配合比

通過實現對比Y與Y0的實驗結果發現，發現在摻入粉煤灰值后，早期混凝土強度會有所下降，Y和Y0在21 d齡期的抗壓強度分別為53 MPa和51.7 MPa，然而隨著混凝土齡期的不但增加，該種混凝土的抗壓強度得到了明顯快速提升。當粉煤灰摻量一定的時候，,礦渣摻量在不同比例的條件下，早期的混凝土強度隨著礦渣摻量的增加強度減少，但是在礦渣含量高的混凝土抗壓強度還是得到明顯提升的。在粉煤灰含量是10%，礦渣含量為30%的情況下，混凝土的抗壓強度達到最大值，表明粉煤灰和礦渣復合摻入時,在摻入礦渣的數量比較大的時候，可以使得混凝土的抗壓強度增加。

通過實驗發現，水膠比對混凝土抗壓強度的影響比較大，在水膠比較大的時候，粉煤灰會造成高性能混凝土抗壓強度的降低，在混凝土的制備中摻雜礦渣會使得其力學性能中的抗壓強度有所提高，然而，隨著混凝土中摻雜的礦渣含量的提高，其力學性能中的抗壓強度會得到顯著的減少。在水膠比較低的時候，復合摻料具有比較明顯的優勢。具體見圖1。

圖1 不同配合比下的抗壓強度情況

將粉煤灰和礦渣混合摻合之后，劈裂強度會有所提高，但是提高程度不是十分明顯。在水膠比較小的時候，隨著礦渣含量的增加，混凝土力學性能劈裂強度減小。高性能混凝土的彈性模量隨著水膠比的減小提高。只摻雜了粉煤灰的混凝土，在水膠比相對比較大的時候，混凝土的彈性模量會不斷減小。但是，不管水膠比的大小，粉煤灰與礦渣的混合摻合會提高混凝土的彈性模量，然而摻合料比例的不同對混凝土彈性模量的影響不是很明顯。

本文還分析了摻混合摻料對高性能混凝圖耐久性能的影響。比較Y和Y0發現，Y0配合比條件下，也就是摻粉煤灰的混凝土的干燥收縮率降低。 只摻合粉煤灰，混凝土在3 d齡期的干燥收縮率是比較大的，但是在這之后，干燥收縮率的變化不大。摻了10%粉煤灰與10%礦渣的混凝土,早期的干燥收縮率是十分小的，然而這種配合比的條件下，后期齡期的混凝土的干燥收縮率得到明顯提升。在水膠比越小的情況下，礦物摻合料對干燥收縮率的影響越來越明顯。

初始潮濕養護在7 d的齡期之后，混凝土干縮率是遠低于第3個齡期的混凝土。在28 d時，潮濕養護7 d后的混凝土試樣Y和Y0的干燥收縮率降低了3.1%、25.7%，這就是說維持長時間的潮濕養護，會有效降低混凝土的干燥收縮率。

3 結 論

總而言之，膨脹劑、粉煤灰以及礦渣用不同的比例摻入高性能混凝土會對高性能混凝土的力學性能和耐久性具有比較明顯的影響。通過多次對比實驗發現，不同配比下的混合材料，對高性能混凝土的耐久性與力學性能的影響不一定都是提高作用，只有以恰當的比例對混合材料進行摻合，才能有效提高混凝土的性能，使得摻合的材料發揮各自的優勢，從而提高高性能混凝土的性能。

[1] 夏亮． 高性能混凝土及其工程施工質量控制技術[D]．安徽建筑大學，2015．

[2] 張金．水泥類型和砂對高性能混凝土的性能影響及開裂風險分析[D]．浙江大學，2014．

[3] 田倩．低水膠比大摻量礦物摻合料水泥基材料的收縮及機理研究[D]．東南大學，2006．

The impact analysis of mineral admixtures on the mechanical properties and durability of high performance

ZHAO Shao-hua

(Zezhou county road transport management in Shanxi Province,Jincheng，Shanxi 048000，China)

This article mainly tells the story of expansive agent, fly ash and slag with high-performance concrete with different proportion to its influence on its mechanical properties and durability. It analyzed water/cement ratio and different curing conditions and the mineral admixtures such as elastic modulus, compressive strength, flexural strength, split strength slightly, frost resistance, resistance to chloride ion permeability and drying shrinkage performance and so on.

mineral admixture;high performance concrete;mechanical properties

2016-05-05

趙韶華(1977-)，男，山西晉城人，工程師，研究方向：土木工程。

U

C

1008-3383(2017)02-0013-03