粉煤灰和礦粉對(duì)混凝土性能和強(qiáng)度的影響研究

摘 要：粉煤灰和礦粉是混凝土中主要的摻合料，拌和混凝土?xí)r摻加一定量的活性礦物摻合料可以改善混凝土性能。將粉煤灰、礦粉在C35混凝土中單摻或雙摻，并分別設(shè)置若干組不同摻量的粉煤灰、礦粉的混凝土試驗(yàn)。通過觀察混凝土和易性及不同齡期的混凝土強(qiáng)度變化，比較了粉煤灰、礦粉單摻時(shí)混凝土各項(xiàng)性能的差異。通過復(fù)合摻入粉煤灰和礦粉，調(diào)節(jié)兩者之間的摻加比例，充分發(fā)揮兩者之間的綜合功能。

關(guān)鍵詞：混凝土；粉煤灰；礦粉；和易性；強(qiáng)度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.060

0 引言

隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，礦物摻合料作為混凝土基本材料組分已經(jīng)越來越普遍。礦粉和粉煤灰均為火山灰質(zhì)活性摻合料，且均為工業(yè)廢渣收集加工而成，成本低于水泥。它們中含有較多的活性SiO2、活性Al2O3，能與Ca（OH）2在常溫下起化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。這些成分有助于混合料的硬化，增加強(qiáng)度。此外，粉煤灰和礦粉中存在大量球形玻璃狀顆粒，這些顆粒是拌和物和易性得以改善的主要原因。同時(shí)粉煤灰、礦粉的粒度比水泥顆粒的小，能夠填充于水泥顆粒的空隙，構(gòu)成最密堆積 ，有利于強(qiáng)度的發(fā)展[1]。在混凝土中摻入一定量的活性礦物摻合料取代部分水泥，充分利用粉煤灰的“三大效應(yīng)”和礦粉良好的填充效應(yīng)及活性?？善鸬焦?jié)約成本、改善環(huán)境、改善混凝土工作性能、提高抗壓強(qiáng)度和耐久性能。

1 原材料

1.1 水泥

采用臨沂沂東中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5級(jí)水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為28%，28d抗壓強(qiáng)度為47.8MPa。

1.2 粉煤灰

采用華能日照電廠的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰，45μm方孔篩篩余為8.5%，需水量比為95%，表觀密度為2.15g/cm3。

1.3 礦粉

采用日照普泰礦粉有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉，比表面積為450m2/kg，28d活性指數(shù)為98%。

1.4 砂和碎石

采用沂河河砂，細(xì)度模數(shù)為2.4的Ⅱ區(qū)中砂，含泥量為1.9%，泥塊含量為0.5%；采用5-31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量為0.5%，泥塊含量為0.4%，壓碎值指標(biāo)5.4%，針片狀顆粒含量為5.0%。

1.5 高效減水劑

采用臨沂市高強(qiáng)建材有限公司生產(chǎn)的GQ-201型高效減水劑，摻量為2.0%，減水率為20.0%。

1.6 水

水為本地自來水。

2 混凝土配合比及性能試驗(yàn)

試驗(yàn)選用水膠比為0.44的C35等級(jí)混凝土配合比，C35基準(zhǔn)混凝土配合比見表1。

實(shí)測(cè)C35基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度和工作性能見表2。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由表（3）可知，混凝土中單獨(dú)摻入粉煤灰后，其和易性得到明顯改善[2]，且1h坍落度損失較小，隨著粉煤灰摻量增加，混凝土坍落度變大，且坍落度損失越來越小，同時(shí)混凝土早期強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而降低[3]。如當(dāng)粉煤灰摻量為35%時(shí)，混凝土3d抗壓強(qiáng)度降低率為28.7%，7d抗壓強(qiáng)度降低率為21.1%。而摻加粉煤灰的混凝土后期強(qiáng)度上升較快，60d強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土差距較小，當(dāng)粉煤灰摻量為25%時(shí)，其60d強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)，后期混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)速度快于基準(zhǔn)混凝土。

混凝土中單獨(dú)摻入礦粉后，混凝土工作性得到一定改善。但1h坍落度損失相對(duì)于摻加粉煤灰時(shí)較大[4]。隨著礦粉摻量增加，混凝土坍落度變大，當(dāng)?shù)V粉摻量在25%時(shí)和易性最佳。同時(shí)混凝土早期強(qiáng)度隨礦粉摻量的增加幾乎線性下降。摻加礦粉的混凝土早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度較高，60d抗壓強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土，且后期混凝土增長(zhǎng)速度快于單摻粉煤灰時(shí)的混凝土，60d抗壓強(qiáng)度在礦粉摻量為25%時(shí)最高。

對(duì)比以上表中的各組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)兩種摻合料在混凝土中的作用是不同的，礦粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)優(yōu)于粉煤灰，粉煤灰能夠顯著提高混

凝土的和易性，但強(qiáng)度增長(zhǎng)較礦粉相對(duì)緩慢。從強(qiáng)度、和易性綜合方面考慮對(duì)混凝土實(shí)行粉煤灰和礦粉雙摻。雙摻時(shí)混凝土和易性得到了改善，且后期強(qiáng)度顯著增加，且在粉煤灰摻量為20%，礦粉摻量為15%時(shí)混凝土60d強(qiáng)度最高，強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土。

4 結(jié)論

（1）混凝土中摻加一定比例的摻合料可改善混凝土的和易性，超過一定比例后混凝土和易性效果降低。其中粉煤灰改善混凝土和易性效果優(yōu)于礦粉。

（2）單摻粉煤灰或礦粉時(shí)，早期強(qiáng)度較低，但后期強(qiáng)度高，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。且在中后期摻加礦粉的混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)速度快于摻加粉煤灰的混凝土。

（3）使用粉煤灰和礦粉雙摻的混凝土能結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)。混凝土和易性效果優(yōu)于單摻礦粉的混凝土，且抗壓強(qiáng)度高于單摻粉煤灰的混凝土，粉煤灰和礦粉雙摻技術(shù)使混凝土兩項(xiàng)重要的指標(biāo)都得到了合理的改善[5]。其中粉煤灰摻量為20%，礦粉摻量為15%時(shí)混凝土和易性和強(qiáng)度均達(dá)到了最優(yōu)。在工程建設(shè)中建議參考上述比例配制混凝土。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯云芬.膠凝材料[M].北京：中國電力出版社，2012：128-136.

[2]覃維祖.粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用，2000，14

（03）：1-7.

[3]劉振川.粉煤灰含量對(duì)水泥混凝土強(qiáng)度的影響研究[J].江西建材，2017（14）：3-4.

[4]劉娟紅.大摻量礦物摻合料混凝土強(qiáng)度與耐久性能研究[J].粉煤灰綜合利用，2011（04）：12-15.

[5]王靜靜，武斌，劉高凱.大摻量礦物摻合料對(duì)混凝土性能的影響[J].粉煤灰，2015（03）：39-42.

作者簡(jiǎn)介：姜偉（1989-），男，本科，助理工程師，研究方向：無機(jī)非金屬材料工程。