摻和料對混凝土性能影響的試驗研究

喬偉華 陳燦燦

1鄭州邦威建材有限公司（450000） 2 洛陽市金鑒工程質量檢測中心有限公司（310012）

0 前言

摻和料可以改善混凝土工作性能，阻止混凝土溫升，增加后期強度，并可改善混凝土的內部結構，提高耐久性。 因此，摻和料在預拌混凝土生產中被廣泛應用。目前，國內工業化生產的摻和料種類有：礦渣微粉、粉煤灰、沸石微粉、硅灰等。 其中礦渣微粉和粉煤灰應用比較廣泛，國家也分別頒布了相應標準，但其對混凝土性能（施工和使用）貢獻不同，有各自的特點。摻和料應用較多的有礦渣微粉和粉煤灰單摻和雙摻（復合）兩種形式。這兩種摻和料替代水泥量根據原材料和混凝土強度等級的不同而變化，一般替代量在30%左右。 雙摻時，有以礦渣微粉或粉煤灰為主的配合比方式，在總摻量不變的情況下，礦渣微粉和粉煤灰的摻加比例不同，對不同比例混凝土性能影響關注較少。生產中注重摻和料對混凝土的施工性能和齡期強度指標影響，對耐久性方面關注較少。本試驗通過對不同比例摻和料的混凝土進行施工性能（坍落度、擴展度及表觀性能）和使用性能（齡期強度、干縮、碳化等耐久性）進行試驗，研究其對預拌混凝土性能的影響。

1 試驗原材料

原材料:水泥，焦作沁陽金隅 P·O42.5 水泥；礦渣微粉，山西立恒S95 級礦渣粉；粉煤灰，鄭州滎陽國電Ⅱ級粉煤灰；石子，鄭州賈峪碎石5~25 mm 連續級配，表觀密度2.73 g/cm3，堆積密度1.5 g/cm3；砂，采用魯山河砂，細度模數2.4，含泥量4.5%，含水量0%；減水劑，江蘇蘇博特聚羧酸高效減水劑；水，自來水。

試驗混凝土設計強度等級C40， 水膠比為0.44，坍落度220 mm，配合比來自企業生產。

2 試驗方案、檢測內容

2.1 試驗方案

采用渣微粉與粉煤灰作為混凝土摻和料，對生產用C40 混凝土進行摻和料總摻量30%的條件下， 試驗不同比例礦渣微粉與粉煤灰混凝土配合比有關性能變化，并與基準混凝土進行對比。 按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》、GB/T 50082—2009 《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》 檢測混凝土試樣的坍落度、 擴展度，7 d、28 d 齡期抗壓強度，28 d 齡期的抗碳化，1～28 d 齡期的收縮率等，分析不同比例摻和料對混凝土性能的影響。

2.1.1 摻和料比例

礦渣微粉與粉煤灰替代水泥量30%，兩種摻和料比例見表1。

表1 混凝土中水泥、摻和料比例

2.1.2 混凝土配合比

確定基準混凝土配合比，根據表1 混凝土摻和料的摻加比例，計算各種材料需要量，配合比見表2。

表2 試驗混凝土配合比kg/m3

2.2 試驗檢測內容

2.2.1 混凝土施工性能

表觀性能（泌水、離析、骨料包裹等）、初始與60 min 的坍落度、擴展度等。

2.2.2 使用性能

齡期（7 d、28 d）抗壓強度、抗碳化、收縮率等。

3 試驗結果及分析

3.1 試驗結果

混凝土試樣的施工性能（坍落度、擴展度及表觀性能）試驗結果見表3，使用性能（抗壓強度、碳化、收縮率）試驗結果見表4。

表3 試樣施工性能（坍落度、擴展度及表觀性能）一欄表

表4 試樣使用性能（抗壓強度、碳化、收縮率）一欄表

3.2 試驗結果分析

從表3、表4 可以看出，摻加摻和料的混凝土試樣的相關性能均符合C40 混凝土設計要求，但是不同摻和料及配合比對混凝土影響不同。

分析表3、表4 混凝土試驗的施工和使用性能指標，綜合性能復合摻和料（序號2～4）優于基準和單摻的混凝土試樣，摻和料比例不同對混凝土強度影響不同，隨礦渣微粉摻量減小，齡期強度呈降低趨勢。

3.2.1 施工性能

1）混凝土表觀性能。 從表3 可以看出，基準混凝土與序號1 的表觀性能一般，有少量泌水現象，這是由于基準混凝土沒有摻加摻和料，膠凝材料（水泥）的顆粒偏大原因.序號1 只摻加礦渣微粉，改善了膠凝材料的顆粒級配，從而使混凝土的表觀性能得到改善。 序號2～4 摻加復合摻和料，混凝土的表觀性能良好，因為粉煤灰替代部分礦渣微粉后進一步改善顆粒級配， 同時與粉煤灰球形顆粒形態有關。 試驗結果說明摻和料可以改善混凝土表觀性能，復合摻效果優于單摻。

2）坍落度、擴展度。 所有混凝土試樣的初始與60 min 坍落度和擴展度差別不大， 經時損失較小，只有基準樣擴展度稍低。

3.2.2 使用性能

3.2.2.1 齡期抗壓強度

從表4 可以看出，早期（7 d）抗壓強度，基準試樣最高，摻加摻和料試樣均低于基準試樣，這與兩種摻和料早期活性低相吻合。 單摻礦渣微粉試樣（序號1）略低于礦渣與粉煤灰按2∶1 復合的試樣（序號2），高于其他復合比例.隨粉煤灰比例的增加，早期強度逐漸降低，說明礦渣與粉煤灰復合具有疊加效應和合適比例。 后期（28 d）抗壓強度，變化趨勢與早期基本相同，但增加率較基準混凝土高。 這說明摻加摻和料混凝土強度發展規律與摻和料早期水化情況相符，礦渣微粉和粉煤灰齡期（28 d 前）水化較水泥熟料慢，隨著水化進行，強度增進逐漸加快，90 d 以后強度達到或超過基準混凝土。

3.2.2.2 干縮性

混凝土的干縮對其使用壽命影響很大，一般認為不摻加摻和料混凝土干縮大， 但從試驗結果看，單摻礦渣微粉的混凝土干縮略高于沒摻加摻和料混凝土。 復合摻和料混凝土干縮明顯減小，而且隨著粉煤灰摻加量的增加，干縮逐漸降低.這說明粉煤灰可以改善混凝土的干縮，對混凝土使用壽命非常有利。

3.2.2.3 碳化

不摻或單摻摻和料的混凝土28 d 齡期碳化程度高于復合摻和料混凝土，說明復合摻和料有利于改善混凝土的碳化。 在單摻試樣中，摻粉煤灰的試樣抗碳化能力較低，這與粉煤灰早期水化有一定關系。

4 結語

在混凝土中摻加30%的摻和料 （礦渣微粉、粉煤灰）替代水泥相關性能滿足施工設計要求，可以有效改善混凝土施工和使用性能，特別是減小混凝土的干縮。 二者復合摻加綜合效果優于單摻，生產中可以根據工程需要，選擇不同比例的復合摻和料配制混凝土。