粉煤灰—礦粉復合摻合料對混凝土性能的影響*

王敏，劉天云，白航，劉超，董晨光，史偉

（中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 710100）

隨著國家供給側結構性改革，直接導致商砼企業混凝土所需的水泥、粉煤灰、礦粉等原材料產量受到了限制，原材料供應緊張[1]。部分廠家將劣質的原材料進行粉磨加工，以次充好，改變了原材料的物理形態及化學性質，直接影響混凝土的工作性能和力學性能，加大混凝土施工質量風險[2-3]。

商砼企業技術人員在設計混凝土配合比無詳細數據作為參考，摻合料選用往往是根據“所謂的經驗數據”，配合比的科學性、合理性無法評價。而面對復雜多變及日益惡化的原材料，研究粉煤灰、粒化高爐礦渣粉的各項理化性能，探索對混凝土的力學性能、耐久性等影響因素，確定摻合料用量的最佳范圍[4-8]，設計出科學、合理的配合比，并針對摻合料性能的變化形成完整的配合比庫，對實際生產中產品質量的提升具有非常重要的指導意義。

1 試驗

1.1 試驗材料

（1）水泥：聲威 P·O42.5 級，3d 抗壓強度30.6MPa，28d 抗壓強度 48.9 MPa。

（2）粉煤灰：華能電廠Ⅱ級，含水量 0.1%，細度18.6%，需水量比 99%。

（3）礦粉：大唐 S95 級，含水量 0.1%，密度2.88g/cm3，7d 活性指數 81%，28d 活性指數 98%。

（4）粗集料：碎石，其性能指標見表 1。

表1 碎石性能指標

（5）細集料：河砂，其性能指標見表 2。

1.2 試驗方法

表2 河砂性能指標

（1）膠砂流動度：試件尺寸 40mm×40mm×160mm，參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》進行測試；

（2）抗壓強度：試件尺寸 100mm×100mm×100mm，參照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能實驗方法標準》進行測試；

（3）抗氯離子滲透性能：CABR-BSY 型混凝土智能真空保水儀和 CABR-RCMP6 混凝土氯離子擴散系數&電通量測定儀，通過混凝土試件的電通量來反映混凝土抗氯離子滲透性能試驗方法，參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能實驗方法標準》進行測試。

2 試驗結果及討論

2.1 粉煤灰—礦粉復合摻合料膠砂試驗

探討粉煤灰—礦粉復合摻合料增大時對強度有無影響，進行膠砂試驗。在膠砂試驗中，粉煤灰—礦粉摻合料取代不同比例的水泥后對膠砂試塊早期、標準、后期抗折強度和抗壓強度的影響。粉煤灰—礦粉復合摻合料的膠砂試塊配合比如表 3，膠砂試塊 7d 和 28d 抗折強度和抗壓強度對比如圖 1～4。

從圖 1～4 可以看出，粉煤灰—礦粉摻合料取代不同比例的水泥后對膠砂試塊隨著齡期的增加，抗折強度和抗壓強度逐漸增大，這是因為礦物摻合料的優勢逐漸顯露出來，使得膠砂整體更加密實，促進了試塊后期強度的提升。膠凝材料不變，隨著粉煤灰摻量的增大，礦粉摻量的減少，抗折強度降低，抗壓強度先增后減的趨勢（除粉煤灰—礦粉摻量 40%）。粉煤灰與礦粉摻量復合摻量時，粉煤灰摻量 20%～30% 時，膠砂試塊強度有最大變化；粉煤灰—礦粉摻量復合摻合料取代量為45%～50% 時，比純水泥膠砂試塊強度提高了，28d 強度更明顯，因此有利于后期選擇最佳摻料配比。

表3 膠砂試塊試驗配合比及性能

圖1 復合摻合料摻量 55% 膠砂強度圖

2.2 粉煤灰—礦粉復合摻合料混凝土強度對比

粉煤灰—礦粉膠砂試驗表明粉煤灰摻量 20%～ 30%時，摻合料的激發，表現出來的膠砂強度差異較好，有利于混凝土粉煤灰復合摻料的優選。粉煤灰—礦粉復合摻合料的混凝土配合比如表 4，混凝土的抗壓強度結果見圖 5、圖 6。

圖2 復合摻合料摻量 50% 膠砂強度圖

從表 4 和圖 5、6 可以看出，隨著混凝土強度等級增加，粉煤灰—礦粉復合摻合料混凝土的 7d 和 28d 抗壓強度成規律性提高；在混凝土強度等級相同時，粉煤灰—礦粉摻量 50%（其中粉煤灰摻量 20%，礦粉摻量30%），7d 和 28d 強度顯著高于粉煤灰—礦粉其它摻量。這是因為：（1）粉煤灰—礦粉復合摻合料的微觀形貌決定的，尤其粉煤灰具有球形形態，表面光滑，球形顆粒可以起到滾珠作用減少顆粒間的摩擦；（2）當加入摻合料時，膠凝材料發生變化，改變了粉料體系的微粒級配，形成了孔隙填充上的互補，促進了混凝土水化進程，從而使混凝土強度提高。

圖3 復合摻合料摻量 45% 膠砂強度圖

圖4 復合摻合料摻量 40% 膠砂強度圖

表4 復合摻合料混凝土配合比及強度結果

2.3 混凝土抗氯離子滲透試驗（電通量法）

對粉煤灰—礦粉復合摻合料混凝土的試驗，當摻量合適時，會激發混凝土早期強度，一般來說礦物摻合料使混凝土的后期強度增長，因此探究摻合料對混凝土的耐久性有無負面影響，做抗氯離子滲透試驗測試混凝土耐久性。試件直徑為 100mm、高度 50mm 的圓柱體，試件養護到齡期 28d。粉煤灰—礦粉復合摻合料的混凝土配合比如表 5，混凝土不同齡期抗氯離子滲透電通量結果如圖 7 所示。

從圖 7 可知，C40 混凝土隨著齡期的增大，抗氯離子滲透電通量逐漸降低，當齡期≥28d，混凝土抗氯離子滲透電通量逐漸平緩；混凝土摻合料取代率影響混凝土抵抗氯離子滲透影響，當粉煤灰—礦粉取代率為 50%時，效果最好。摻合料的使用可以改善混凝土的耐久性能。

圖5 不同混凝土強度等級 7d 強度變化

圖6 不同混凝土強度等級 28d 強度變化

表5 復合摻合料混凝土配合比及抗氯離子性能結果

圖7 混凝土不同齡期抗氯離子滲透電通量

3 結論

以粉煤灰—礦粉復合摻合料，通過膠砂、混凝土試配和抗氯離子滲透電通量法的試驗，復合摻合料對混凝土強度和耐久有影響，結論如下：

（1）粉煤灰與礦粉摻量復合摻量膠砂試驗時，粉煤灰最佳摻量是 20%～30%，粉煤灰—礦粉摻量復合摻合料取代量為 45%～50%。

（2）粉煤灰—礦粉復合摻合料混凝土只要復合摻合料配比合適，后期強度可有顯著的提高，復合摻合料最佳的摻量是 50%（其中粉煤灰 20%，礦粉 30%）。

（3）混凝土的齡期 28d 抗氯離子滲透趨于穩定，隨著粉煤灰—礦粉復合摻合料的增加混凝土的抗氯離子滲透能力有明顯的改善。