粉煤灰、礦渣粉的雙摻在高性能混凝土中的作用

李榮曉

摘要：粉煤灰、礦渣粉的雙摻可提高混凝土工作性能，提高混凝土抗?jié)B性能，降低水化熱和提高混凝土強(qiáng)度，使高性能混凝土在工程中發(fā)揮更用效的作用。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土粉煤灰礦渣粉雙摻原材料的作用

0引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)：在正常工作條件下，混凝土結(jié)構(gòu)從建成到拆除重建的周期平均為40～50年。設(shè)計(jì)年限遠(yuǎn)大于40～50年，但普通水泥混凝土結(jié)構(gòu)物容易表面開裂，受到鹽類腐蝕，凍融剝蝕等危害所以無法實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的使用壽命，公元128年Hadrin大帝時(shí)期建造的一座建筑物如古羅馬萬神殿、古羅馬圓形劇場(chǎng)、古羅馬加爾輸水道歷時(shí)100多年的波特蘭水泥混凝土建筑物等沿用至今，研究表明存在一種高耐久性的混凝土，這就是高性能混凝土。

1高性能混凝土基本概念

1.1什么是高性能混凝土高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能重點(diǎn)予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土在配置上的特點(diǎn)是采用低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。耐久性混凝土屬于高性能混凝土的范疇，國家對(duì)高性能混凝土沒有定義。一般認(rèn)為，高性能混凝土是高工作性、高耐久性。

1.2什么結(jié)構(gòu)物是高性能混凝土根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限級(jí)別見表1：

2為什么現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)不耐久

①水泥質(zhì)量一過細(xì)、水化過快(C3A)：②水泥用量一過多：③水灰比一過大；④混凝土早期強(qiáng)度一過高：⑤外加劑一過亂；⑥施工質(zhì)量一較差。

3如何實(shí)現(xiàn)混凝土的高性能化

①增加混凝土的密實(shí)性；②增加鋼筋的保護(hù)層厚度；③防止混凝土開裂：④改善粗骨料與水泥漿體間的薄弱界面和微結(jié)構(gòu)：⑤阻擋和延緩各種有害物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部。

4與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性能

4.1高性能混凝土具有一定的強(qiáng)度和高抗?jié)B能力，但不一定具有高強(qiáng)度，中、低強(qiáng)度亦可。

4.2高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物應(yīng)具有較高的流動(dòng)性，混凝土在成型過程中不分層、不離析，易充滿模型；泵送混凝土、自密實(shí)混凝土還具有良好的可泵性、自密實(shí)性能。

4.3高性能混凝土的使用壽命長(zhǎng)，對(duì)于一些特護(hù)工程的特殊部位，控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不是混凝土的強(qiáng)度，而是耐久性。能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。

4.4高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

5粉煤灰、礦渣粉的雙摻在高性能混凝土中的作用

5.1混凝土工作性能提高混凝土拌合物的和易性，流動(dòng)性提高，塌落度保持性較好?；炷链?、細(xì)骨料形成混凝土的骨架，其間有大量的空隙，這部分空隙在不使用摻和料時(shí)由水泥顆粒來填充，盡管水泥顆粒很小，但仍有空隙。在摻入礦渣粉和粉煤灰后，由于它們的粒徑與水泥顆粒粒徑形成粒徑梯度，顆粒之間相互填充，因此可以進(jìn)一步減少細(xì)集料顆粒間的空隙，使其更加密實(shí)，并且可以使得水泥顆粒間的水分得以釋放，形成自由水，提高混凝土的流動(dòng)性，這是礦渣粉和粉煤灰的微集料效應(yīng)。

另外粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)也使得混凝土的流動(dòng)性很好，粉煤灰的礦物組成是海綿玻璃體和鋁硅玻璃體微珠，這些球形玻璃體表面光滑，顆粒尺寸小，質(zhì)地致密，在新拌合物中起到一定的潤(rùn)滑作用；礦渣粉與水泥顆粒之間及礦渣粉與礦渣粉之間接觸點(diǎn)面積小，且礦渣粉的斥水作用使得對(duì)減水劑吸附作用也較弱，因此礦渣粉及粉煤灰的雙摻可提高混凝土的流動(dòng)性，和易性，減少塌落度損失。

5.2混凝土抗?jié)B性能的提高加入礦渣粉和粉煤灰后，其微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)使得混凝土的結(jié)構(gòu)更為致密，降低了孔隙率。由于礦渣粉的細(xì)度高于粉煤灰，復(fù)合摻加后使得材料顆粒間相互填充7L隙，使各組成材料緊密堆積，進(jìn)一步降低孔隙率，從而增加混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，改善混凝土的抗?jié)B性能。

5.3降低水化熱和提高混凝土強(qiáng)度摻入礦渣粉的混凝土的水化反應(yīng)依賴于水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的堿性物質(zhì)的激發(fā)，生成凝膠體的速度遠(yuǎn)低于純水泥混凝土，礦渣粉在水泥顆粒間起到分散劑的作用。而且粉煤灰在水泥水化初期不參與水化反應(yīng)，而是與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)₂進(jìn)行二次水化，滯后于水泥水化的過程，延緩了由于水化而產(chǎn)生的溫升。同時(shí)由于礦渣粉及粉煤灰的摻加替代了大量的水泥，進(jìn)一步降低了水化熱。在混凝土中加入礦渣粉和粉煤灰后，在混凝土內(nèi)部的堿性環(huán)境中，礦渣粉和粉煤灰吸收水泥水化時(shí)形成的Ca(OH)₂進(jìn)一步水化形成C-S-H凝膠，使界面區(qū)的Ca(OH)₂晶粒變小，改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體的空隙率明顯下降，強(qiáng)化了集料界面的粘結(jié)力，使得混凝土的物理力學(xué)性能大大提高。另外礦渣粉和粉煤灰的微集料效應(yīng)，使混凝土形成了微觀的自緊密結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的強(qiáng)度。

6耐久性的試驗(yàn)結(jié)果

6.1水膠比和電通量

隨齡期增加，電通量逐漸降低，早期影響顯著，后期減小。

同一齡期隨水膠比降低，電通量降低，

56d1000～2000庫侖(水膠比0.3～0.5)

56d小于1000庫侖(水膠比0.3～0.4)

6.2含氣量和電通量

砼中含氣量增加，電通量增加不大

當(dāng)電通量為1000庫侖時(shí)，對(duì)應(yīng)的含氣量為4％左右。

6.3含泥量和電通量

含泥量增加，電通量增加

當(dāng)含泥量為4％時(shí)，電通量接近1000庫侖，再大滿足不了要求。

6.4粉煤灰摻量和電通量

7d隨粉煤灰摻量增加，電通量增加

當(dāng)摻40％時(shí)，28d、56d電通量減少

當(dāng)摻大于40％時(shí)，28d、56d電通量增加

因此可看出40％是拐點(diǎn)。

6.5粉煤灰燒失量和電通量

燒失量增加，電通量增大，28d影響大，56d影響不明顯。

當(dāng)燒失量為1～9％時(shí)，56d電通量＜1000庫侖。

6.6外加劑摻量和電通量

當(dāng)摻量＜1％隨摻量增加，電通量在降低

當(dāng)摻量＞1％隨摻量增加，電通量在增加。

7工程實(shí)例

杭州灣大橋.海工混凝土粉煤灰取代水泥20—40％

三峽大壩混凝土：粉煤灰取代水泥10—40％

大小洋山深水港工程混凝土：礦渣粉—粉煤灰復(fù)合摻量65％

8結(jié)束語

高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)。高性能混凝土能不能經(jīng)受上百年的風(fēng)雨，需要?dú)v史的見證及考驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》.

[2]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》(CCES01—2004).

[3]《鐵路混凝土試驗(yàn)方法匯編》.