外加劑和礦物摻合料混凝土性能及應(yīng)用分析

鄭 奮

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710600)

0 引言

混凝土材料由于其自身特性，屬于土木工程結(jié)構(gòu)的首選材料，其優(yōu)勢(shì)在于造價(jià)低以及應(yīng)用范圍廣等。近年來(lái)，隨著混凝土材料的用量越來(lái)越大，其問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，其結(jié)構(gòu)耐久程度并不如預(yù)期，加之我國(guó)地理?xiàng)l件和環(huán)境復(fù)雜，很多工程都會(huì)面臨這樣的情況。因此，混凝土耐久性的提升成為了行業(yè)熱門課題。

1 外加劑和摻合料對(duì)混凝土基本性能的影響

1.1 工作性能

眾所周知，工作性能是評(píng)價(jià)混凝土材料性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，尤其是在預(yù)拌混凝土大規(guī)模生產(chǎn)以及應(yīng)用的當(dāng)下。工作性能是高性能混凝土技術(shù)的主要要求之一，在技術(shù)人員研究相關(guān)細(xì)節(jié)的階段，一般是使用粉煤灰、礦渣粉以及硅灰，這三種摻合料單摻以及復(fù)摻會(huì)影響混凝土坍落度。在這樣的前提下，一些技術(shù)人員通過(guò)試驗(yàn)，檢測(cè)出減水劑對(duì)混凝土坍落度產(chǎn)生的影響。假設(shè)減水劑的摻和量和其對(duì)混凝土坍落度產(chǎn)生的影響呈現(xiàn)線性，并設(shè)定了系數(shù)，對(duì)礦物摻合料會(huì)對(duì)混凝土工作性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行判定。該系數(shù)為K=坍落度÷外加劑摻量(控制混凝土坍落度為180 mm)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 摻合料對(duì)混凝土工作性能的影響

混凝土材料是使用粗集料、細(xì)集料和凝膠材料等多種成分組成的混合物，成分十分復(fù)雜，且不同材料的粒徑、體積質(zhì)量等在混凝土中的比例不盡相同，在使用階段需要技術(shù)人員加強(qiáng)控制。

1.2 力學(xué)性能

單摻粉煤灰時(shí)，其水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度有明顯下降；單摻硅灰時(shí)強(qiáng)度變化不是很大；粉煤灰與硅灰復(fù)合配制水泥膠砂可以提高水泥膠砂的流動(dòng)性及后期強(qiáng)度遞增率，試驗(yàn)粉煤灰與硅灰的最佳配比分別為75%和25%，按最佳配比取代50%水泥制備水泥膠砂的性能優(yōu)于基準(zhǔn)水泥膠砂，其早期強(qiáng)度有所下降，而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率明顯高于基準(zhǔn)水泥膠砂。通過(guò)試驗(yàn)研究，建議配制粉煤灰與硅灰復(fù)合綜合料進(jìn)行混凝土改性時(shí)，最佳水膠比為0.60，取代量為40%，最佳砂率為39%。

2 外加劑和礦物摻合料對(duì)混凝土耐久性和孔結(jié)構(gòu)的影響

2.1 滲水性能

混凝土的抗?jié)B性受到的影響因素比較多，其中主要包含混凝土水灰比、水泥品質(zhì)、摻合料種類及摻量等。本文重點(diǎn)分析影響比較明顯的因素，首先是水灰比，這項(xiàng)因素是對(duì)混凝土抗?jié)B性產(chǎn)生影響最大的因素，混凝土內(nèi)的水灰比越高則抗?jié)B性越差，因此技術(shù)人員需要結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)這方面的參數(shù)進(jìn)行有效控制。

其次是集料的最大粒徑以及級(jí)配，這項(xiàng)因素主要會(huì)對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，若混凝土中含有大量的片狀以及條狀骨料，就會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致抗?jié)B性降低。

最后是摻合料種類，使用摻合料能夠改善混凝土的細(xì)度，但不同摻合料的改善效果差異比較大，技術(shù)人員在應(yīng)用階段應(yīng)提高掌握程度。

2.2 透氣性能

實(shí)際上，粉煤灰以及礦渣在單摻和復(fù)摻的情況下，對(duì)混凝土本身抗液體滲透性以及抗氣透性方面的影響差異比較大。產(chǎn)生此種情況的關(guān)鍵原因是粉煤灰本身屬于第二類礦物摻合料，而火山灰的效應(yīng)發(fā)揮作用又是在后期階段，但礦渣本身就具有一定的水硬性和比較高的活性指數(shù)，因此能夠在混凝土當(dāng)中較早地展現(xiàn)出其在透氣性能改善方面的效果。

2.3 抗氯離子性能

礦物摻合料能夠改善混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)以及水化物的組成方式。且低堿度的C-S-H凝膠也會(huì)促使混凝土結(jié)構(gòu)更加緊密，最終降低混凝土孔隙率，達(dá)到改變混凝土級(jí)配的效果。

2.4 抗鹽酸性能

當(dāng)下我國(guó)并沒(méi)有公認(rèn)有效的混凝土硫酸鹽腐蝕測(cè)試方式以及相應(yīng)的評(píng)價(jià)方式。因此若通過(guò)試驗(yàn)獲得結(jié)果，最佳選擇就是檢測(cè)混凝土當(dāng)中砂漿的膨脹變化情況，這樣不僅能夠掌握破壞趨勢(shì)，還能分析出受到腐蝕的程度。

2.5 孔結(jié)構(gòu)

硅灰能夠?qū)炷恋奈⒖捉Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生比較有效的細(xì)化作用。需要注意的是，硅灰主要由1 μm以下不均勻的球形顆粒組成，與混凝土中其他有效成分發(fā)生反應(yīng)之后，能夠產(chǎn)生凝膠對(duì)空隙進(jìn)行填充，這樣促使混凝土砂漿當(dāng)中的微孔更加密實(shí)。

3 外加劑和礦物摻合料混凝土的應(yīng)用

3.1 工程概況

某隧道工程全長(zhǎng)3 879.394 m，經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部分介質(zhì)和水質(zhì)分析，確認(rèn)使用混凝土結(jié)構(gòu)施工，部分介質(zhì)水質(zhì)的分析結(jié)果如表2所示。

表2 某工程施工現(xiàn)場(chǎng)部分介質(zhì)水質(zhì)分析結(jié)果

3.2 技術(shù)指標(biāo)

該工程的主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 某隧道工程主要技術(shù)指標(biāo)

3.3 主要原料和性能

該工程中使用的主要材料就是水泥、粗細(xì)骨料以及粉煤灰三種。其中水泥材料選擇32.5級(jí)水泥，其抗壓強(qiáng)度是3 d能夠達(dá)到24.1 MPa，28 d則能夠達(dá)到41.9 MPa。細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)為2.6，含泥量和密度分別是1.4%和2.70 g/cm3。粗骨料的含泥量為0.8%，壓碎值以及密度分別是10.0%和2.69 g/cm3。粉煤灰需水量比為99%，細(xì)度為18.4%。

3.4 配合比設(shè)計(jì)

技術(shù)人員在進(jìn)行各種材料的配合比設(shè)計(jì)工作階段，先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用現(xiàn)場(chǎng)取樣的混凝土進(jìn)行了配置，最終的結(jié)果顯示，在配合比相同的情況下，原材料波動(dòng)以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件的變化都會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生影響。因此在設(shè)計(jì)階段，技術(shù)人員除了保障滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之外，還結(jié)合了施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土性能以及情況的特殊性進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為混凝土耐久性提供了相對(duì)穩(wěn)定的保障。

4 結(jié)語(yǔ)

粉煤灰能夠顯著改善混凝土拌合物的實(shí)際工作性能，在混凝土中按照標(biāo)準(zhǔn)比例添加粉煤灰能夠有效提升材料耐久性。為保障混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工效果，技術(shù)人員可以在同等條件下做好外加劑和礦物摻合料的實(shí)際比例控制，將兩者的優(yōu)勢(shì)全面發(fā)揮出來(lái)，這樣就能夠在優(yōu)化混凝土性能的同時(shí)，避免用力過(guò)猛而產(chǎn)生反作用。