礦物摻合料對(duì)高性能混凝土力學(xué)性能和耐久性的影響分析

趙韶華

(山西省澤州縣道路運(yùn)輸管理所，山西 晉城 048000)

礦物摻合料對(duì)高性能混凝土力學(xué)性能和耐久性的影響分析

趙韶華

(山西省澤州縣道路運(yùn)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(duì)其力學(xué)性能和耐久性的影響。分析了不同養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度、抗折強(qiáng)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(guī)律。

礦物摻合料；高性能混凝土；力學(xué)性能

目前，最常用的人造材料就是混凝土，每年我國(guó)混凝土的使用數(shù)量高達(dá)20億t，由于混凝土的平均強(qiáng)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(zhì)的質(zhì)量、有效減小了混凝土硬化后的孔隙率。質(zhì)量好的礦物摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到20%以上。由于礦物摻合料對(duì)提高混凝土的力學(xué)性能和耐久性具有很重要的作用，故需要對(duì)膨脹劑、粉煤灰以及礦渣等進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)分析。

1 礦物摻合料對(duì)高性能混凝土的影響

在對(duì)混凝土進(jìn)行配制時(shí)，需要在其中加入礦物細(xì)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(xì)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(qiáng)度。如今常用的礦物細(xì)摻料為礦渣，下文是礦渣在高性能混凝土力學(xué)性能和耐久性中的影響。

在實(shí)驗(yàn)中混凝土的配比參數(shù)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(shè)計(jì)了多個(gè)配合比。具體見(jiàn)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(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。同樣，用上述混凝土制成150×150×150的樣品，在28 d之后對(duì)其劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將礦渣加入到制備的混凝土中的時(shí)候，會(huì)使得早期齡期的混凝土的抗壓強(qiáng)度減少，尤其是在3 d這個(gè)齡期的時(shí)候，混凝土的抗壓強(qiáng)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(chǎn)物不多。但是當(dāng)齡期大于28 d之后，摻入了礦渣的混凝土的強(qiáng)度得到了明顯的提升。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，隨著礦渣摻量的不斷增加，高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度不斷下降。

為分析水膠比的不同對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)中混凝土試樣的礦渣的含量是相同的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試樣C4中的膠凝含量不高，需要的水量也不多，因此在開(kāi)始的時(shí)候需要的水分比較多，目的是加強(qiáng)混凝土第一次水化，提高混凝土的強(qiáng)度，但是在之后的齡期中，其在提高混凝土的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)將會(huì)變得不明顯。

本文還分析礦渣摻入量對(duì)混凝土性能參數(shù)劈裂抗拉強(qiáng)度的影響，在混凝土加入了礦渣之后，在各個(gè)齡期的混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度都有所提高。齡期為7 d與28 d的時(shí)候，礦渣摻量是20%的混凝土的劈拉強(qiáng)度提高，而7 d齡期的劈拉強(qiáng)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(jié)構(gòu)的緊密性，大孔隙就會(huì)有所減少，更多的孔隙中的規(guī)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(gè)方面進(jìn)行了研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)V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(shí)候，各個(gè)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(dāng)齡期達(dá)到21 d之后，混凝土的干燥收縮率基本不變，這也就說(shuō)明水膠比對(duì)高性能混凝土的影響主要集中在早期。

毛細(xì)管壓力是使得混凝土具有干燥收縮能力。在對(duì)混凝土進(jìn)行干燥的過(guò)程中，混凝土中的毛細(xì)管孔隙的含水量會(huì)明顯減少，毛細(xì)管發(fā)生變形會(huì)隨之變形，毛細(xì)管張力提高，混凝土在體積上產(chǎn)生收縮。摻入礦渣超細(xì)粒子的填充效應(yīng)降低了混凝土的孔隙率和毛細(xì)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(xì)管張力會(huì)隨之提高，混凝土體積收縮增大，導(dǎo)致產(chǎn)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(méi)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(shí)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?jié)B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(duì)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(duì)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(duì)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(jiàn)表2。

表2 混凝土的各種配合比

通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)比Y與Y0的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在摻入粉煤灰值后，早期混凝土強(qiáng)度會(huì)有所下降，Y和Y0在21 d齡期的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度得到了明顯快速提升。當(dāng)粉煤灰摻量一定的時(shí)候，,礦渣摻量在不同比例的條件下，早期的混凝土強(qiáng)度隨著礦渣摻量的增加強(qiáng)度減少，但是在礦渣含量高的混凝土抗壓強(qiáng)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(qiáng)度達(dá)到最大值，表明粉煤灰和礦渣復(fù)合摻入時(shí),在摻入礦渣的數(shù)量比較大的時(shí)候，可以使得混凝土的抗壓強(qiáng)度增加。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水膠比對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響比較大，在水膠比較大的時(shí)候，粉煤灰會(huì)造成高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的降低，在混凝土的制備中摻雜礦渣會(huì)使得其力學(xué)性能中的抗壓強(qiáng)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(xué)性能中的抗壓強(qiáng)度會(huì)得到顯著的減少。在水膠比較低的時(shí)候，復(fù)合摻料具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。具體見(jiàn)圖1。

圖1 不同配合比下的抗壓強(qiáng)度情況

將粉煤灰和礦渣混合摻合之后，劈裂強(qiáng)度會(huì)有所提高，但是提高程度不是十分明顯。在水膠比較小的時(shí)候，隨著礦渣含量的增加，混凝土力學(xué)性能劈裂強(qiáng)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(duì)比較大的時(shí)候，混凝土的彈性模量會(huì)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(huì)提高混凝土的彈性模量，然而摻合料比例的不同對(duì)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(duì)高性能混凝圖耐久性能的影響。比較Y和Y0發(fā)現(xiàn)，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(duì)干燥收縮率的影響越來(lái)越明顯。

初始潮濕養(yǎng)護(hù)在7 d的齡期之后，混凝土干縮率是遠(yuǎn)低于第3個(gè)齡期的混凝土。在28 d時(shí)，潮濕養(yǎng)護(hù)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(shuō)維持長(zhǎng)時(shí)間的潮濕養(yǎng)護(hù)，會(huì)有效降低混凝土的干燥收縮率。

3 結(jié) 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?xí)?duì)高性能混凝土的力學(xué)性能和耐久性具有比較明顯的影響。通過(guò)多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同配比下的混合材料，對(duì)高性能混凝土的耐久性與力學(xué)性能的影響不一定都是提高作用，只有以恰當(dāng)?shù)谋壤龑?duì)混合材料進(jìn)行摻合，才能有效提高混凝土的性能，使得摻合的材料發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，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(zhì)量控制技術(shù)[D]．安徽建筑大學(xué)，2015．

[2] 張金．水泥類型和砂對(duì)高性能混凝土的性能影響及開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)分析[D]．浙江大學(xué)，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(jī)理研究[D]．東南大學(xué)，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

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1008-3383(2017)02-0013-03