淺談礦粉與粉煤灰雙摻在高性能混凝土配制中的應(yīng)用

李澤君

（安 徽 省 水利部淮河水利委員會科學(xué)研究院 合肥 230088）

l前言

自從1824年Aspdin發(fā)明波特蘭水泥以來，混凝土已經(jīng)有180多年的發(fā)展歷史。尤其是鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)程形成后，混凝土得到了越來越廣泛的應(yīng)用。1972年，世界水泥產(chǎn)量開始超過鋼產(chǎn)量，混凝土隨之成為最大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料。

在我國，雖有人把混凝土簡化成“砼”字，意思是“人工石”，也就是人造石材，但是普通混凝土并沒有天然石材那樣耐久，常常由于外界劣化因子的作用或內(nèi)部病變而產(chǎn)生劣化、開裂，甚至破壞、失效。隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展，人們越來越需要這樣一種混凝土——在施工過程中具有良好的工作性，以保證施工密實性；硬化后，能具有較高的力學(xué)性能和耐久性。于是，具備這些性能的高性能混凝土成為混凝土發(fā)展的必然。

2 配制高性能混凝土的思考

經(jīng)大量工程經(jīng)驗的積累，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)混凝土水泥用量過大，和易性一般，粘聚性和保水性都不太理想。尤其是大體積混凝土工程澆筑完成后，傳統(tǒng)混凝土因水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，但由于混凝土體積大，造成混凝土內(nèi)部熱量不易散發(fā)到表面，造成混凝土膨脹不均勻，形成溫度裂縫。摻入粉煤灰可以減少水泥用量，降低水泥水化熱，使混凝土因溫度變化形成的變形減小從而減少熱膨脹裂縫。

但單摻粉煤灰會降低混凝土早期強度。為了彌補這一缺陷，可復(fù)合摻入活性較高的礦粉，通過提高其火山灰效應(yīng)，增加體系中微粒間的化學(xué)反應(yīng)，提高其早期強度。粉煤灰和礦粉復(fù)摻，不僅是簡單的混合，而是有意識地使兩種混合材取長補短，在強度上產(chǎn)生一定的互補作用，體現(xiàn)出單摻所不具備的優(yōu)勢，彌補單摻粉煤灰混凝土早期強度低的缺陷。

雙摻后可以有效地提高混凝土各項性能，如和易性、粘聚性、可泵性降低混凝土坍落度損失，減小混凝土內(nèi)部早期干燥收縮，使硬化后的混凝土結(jié)構(gòu)更密實，混凝土早期和后期強度都能得到提高，抗?jié)B、抗凍及耐化學(xué)腐蝕能力會更有顯著的改善，產(chǎn)生的疊加作用更加明顯。

基于以上考慮，決定采用礦粉和粉煤灰雙摻來配制高性能混凝土。

3 混凝土試驗主要原材料

（1）水泥：采用長豐海螺產(chǎn)強度等級為P·O42.5的水泥，安定性合格，其他主要性能指標(biāo)見表1。

（2）砂：采用霍山產(chǎn)河砂,其主要性能見表2。

（3）石子：采用散兵產(chǎn)的碎石，其主要性能見表3。

（4）粉煤灰：采用淮南平圩產(chǎn)F類Ⅰ級粉煤灰，其主要性能見表4。

（5）礦粉:合肥清雅產(chǎn)S95級礦粉。

（6）外加劑:徐州市超力建筑材料有限公司，CNF-1A緩凝高效減水劑，外摻1.8%。

（7）水:采用潔凈的自來水。

4 試驗計劃

4.1配合比設(shè)計

為了比較粉煤灰單摻及粉煤灰和礦粉雙摻對混凝土力學(xué)性能及耐久性的影響，試驗中按設(shè)計強度C55、C50分別設(shè)計了2組混凝土配合比。具體情況列于表5。

4.2試驗方案

表1 水泥的主要物理性能

表2 砂的主要性能

表3 石子的主要性能

表4 粉煤灰主要性能

表5 混凝土配合比

表6 各混凝土配合比的抗壓強度

表7 混凝土電通量的試驗結(jié)果

（1）抗壓強度試驗

抗壓強度試驗用以評定粉煤灰和礦粉摻量對混凝土力學(xué)性能的影響。遵照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，分別在標(biāo)養(yǎng)7d、28d、60d齡期時進(jìn)行測試。

（2）混凝土的氯離子滲透性檢測

混凝土抵抗氯離子滲透的能力與混凝土配合比、原材料、施工質(zhì)量密切相關(guān)，能夠比較全面地反應(yīng)混凝土的抗?jié)B性。美國的ASTMC1202—91也認(rèn)為侵蝕性粒子的擴(kuò)散系數(shù)是用來評價混凝土，尤其是低水灰比混凝土耐久性的重要參數(shù)之一。因此本次試驗中將氯離子滲透性能作為混凝土耐久性檢驗的一個指標(biāo)。

5 試驗結(jié)果及分析

5.1粉煤灰和礦粉雙摻對混凝土力學(xué)性能的影響

由表6混凝土抗壓強度結(jié)果可知，雙摻粉煤灰和礦粉的各齡期強度都高于同齡期的單摻粉煤灰的強度。設(shè)計強度為C55的配合比中摻了粉煤灰和礦粉的2號試件，其7d齡期抗壓強度平均值比同齡期的單摻粉煤灰的1號試件抗壓強度平均值提高了1.5MPa，28d值提高了4.6MPa，60d值提高了3.9MPa；另一組C50的配比中，4號試件比3號試件 7d、28d、60d 分別提高了 1.3MPa、4.4MPa、3.4MPa。

從理論上講這是由于礦物摻合料中含有大量無定形態(tài)的SiO2、AL203，粉煤灰和礦粉的共同摻入能改善水泥石中膠凝物質(zhì)的組成，生成強度更高、穩(wěn)定性更好的低堿度水化硅酸鈣，提高水泥石與骨料界面的致密性，有效地提高混凝土的強度。其次，礦粉中含有大量的硅鋁玻璃體，具有較高的自由焓，反應(yīng)活性高，可以持續(xù)地與Ca（0H）2發(fā)生二次反應(yīng)，使混凝土的結(jié)構(gòu)變得相當(dāng)致密，凝膠體的數(shù)量得以大大增加，從而提高了混凝土的抗壓強度。

5.2粉煤灰和礦粉雙摻對混凝土氯離子滲透性的影響

本次試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082-2009）》中提出的方法進(jìn)行。通過對規(guī)定時間內(nèi)通過混凝土的電通量高低的測定，來評價混凝土原材料和配合比對混凝土抗?jié)B透性的影響，間接評價混凝土的密實性?；炷岭娡康臏y試結(jié)果見表7。

由表7中混凝土電通量的試驗結(jié)果可以看出，2號、4號配比的電通量分別低于1號、3號配比的電通量，說明雙摻粉煤灰和礦粉確實提高了混凝土的抗氯離子滲透能力。

6 幾點體會

（1）粉煤灰高強混凝土雖然具有較高的后期強度，但早期強度發(fā)育較慢。

（2）在共同摻入粉煤灰和礦粉的情況下，可以有效保證混凝土的早期強度。利用粉煤灰和礦粉的綜合效應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)致密，抗壓強度得以提高。

（3）對不同強度等級的混凝土進(jìn)行氯離子滲透性檢測，共同摻入粉煤灰和礦粉的混凝土，其電通量均低于單摻粉煤灰的混凝土，說明雙摻粉煤灰和礦粉提高了混凝土的抗氯離子滲透能力。

（4）粉煤灰和礦粉均是工業(yè)廢料，通過雙摻配制高性能混凝土是一件變廢為寶、利國利民的好事，具有極高的應(yīng)用及推廣價值。

[1]沈旦申，冒鎮(zhèn)惡.粉煤灰優(yōu)質(zhì)混凝土[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1992.

[2]于奎峰，韓玉海，姜福香，趙鐵軍.雙摻高性能混凝土配合比試驗研究[J].鐵道建筑，2009（5）：116—119.

[3]GB/T50082-2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn).