礦物摻合料對輕骨料混凝土力學(xué)性能的影響綜述

桂習(xí)云

摘 要：本文在輕骨料混凝土摻合料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，主要針對粉煤灰、礦渣、硅灰三種礦物摻合料對輕骨料混凝土的工作性能和力學(xué)性能的影響做出總結(jié)，并從微觀的角度簡要分析其影響機(jī)理。

關(guān)鍵詞：輕骨料混凝土;礦物摻合料;影響機(jī)理

隨著現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)日益朝著高聳、大跨、重載的方向發(fā)展，以及建造各種新型特種結(jié)構(gòu)需求的增加，推進(jìn)了輕質(zhì)混凝土的發(fā)展。輕集料混凝土是一種發(fā)展較早，用量較大的新型混凝土，輕骨料混凝土由于其組成特性，相較于普通混凝土，其具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐久性能、抗震性能較好的優(yōu)點(diǎn)。輕質(zhì)混凝土的諸多優(yōu)點(diǎn)使之可以應(yīng)用于超高層建筑、橋梁工程、大跨的土木建筑工程以及特殊工程海洋平臺(tái)等工程。但輕質(zhì)混凝土也存在有脆性很大，拉壓比較小，造價(jià)較高等缺點(diǎn)。礦物摻合料是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢料，通過摻加粉煤灰、硅灰、礦渣等礦物摻合料或人工合成材料能有效降低輕質(zhì)混凝土的生產(chǎn)成本，且摻合料對提高輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度、緩解輕集料上浮現(xiàn)象可以起到積極的作用。

1 常見的輕骨料混凝土礦物摻合料

1.1 粉煤灰

粉煤灰是指在發(fā)電廠、鍋爐房等工業(yè)產(chǎn)區(qū)的煤燃燒后的煙氣中收集下來的工業(yè)廢料，其主要組成成分為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等氧化物。

1.2 礦渣

礦渣是指在高爐煉鐵的過程中產(chǎn)生的這種副產(chǎn)品。其主要成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3 等氧化物還有部分硫化物。除CaO、SiO2這兩種物質(zhì)含量不同，礦渣和水泥的化學(xué)成分基本相同。

1.3 硅灰

硅灰是鐵合金在冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅（金屬硅）時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)粉質(zhì)材料。其主要化學(xué)成分為：SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、NaO。其具有獨(dú)特的細(xì)度，有比表面積大、活性很高的特點(diǎn)。

2 不同摻合料對輕骨料混凝土性能的影響

2.1 單摻時(shí)的影響

姜小虎[2]通過測試三種礦物摻合料單摻時(shí)不同摻量對輕集料混凝土不同齡期的強(qiáng)度影響值和工作性能，研究了摻量對輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度性能影響。單摻粉煤灰時(shí)，輕集料混凝土的強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加而降低，部分達(dá)不到其基準(zhǔn)強(qiáng)度。雖然粉煤灰的摻加能有效地改善輕集料混凝土的工作性能，但對提高其強(qiáng)度不能起到積極的作用。單摻礦渣微粉30%～40%時(shí)，其28d、56d強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)強(qiáng)度，說明摻加礦渣微粉可以有效地提高輕集料混凝土的后期強(qiáng)度。在單摻微硅粉時(shí)，其強(qiáng)度隨著微硅粉的摻量的增加有非常顯著的提高，但是其坍落度和擴(kuò)展度隨著硅粉的增加而減小，在摻量為10%時(shí)能較好地滿足其工作性和強(qiáng)度的要求。

結(jié)合輕質(zhì)混凝土的工作性能和強(qiáng)度，單摻粉煤灰雖然對混凝土的工作性能有改善，但是存在輕集料易上浮，保水性差等缺點(diǎn)，強(qiáng)度也難以保證達(dá)到要求。單摻硅灰時(shí)對混凝土強(qiáng)度有較大的提升，但是拌合物的坍落度和擴(kuò)展度有大的下降，而單摻礦渣時(shí)對混凝土的工作性能和強(qiáng)度都有非常大的改善，所以綜合考慮，單摻情況下礦渣是最優(yōu)的選擇。

2.2 復(fù)摻時(shí)的影響

潘洪源[1]測試了粉煤灰、硅灰、礦渣三種礦物摻合料單摻和復(fù)摻條件下的輕骨料混凝土的7d、28d抗壓強(qiáng)度和工作性能，研究發(fā)現(xiàn)，從工作性的角度來看，三者復(fù)合摻加和兩兩復(fù)合摻加（粉煤灰和礦渣組別以及硅灰和礦渣組別）均能獲得流動(dòng)性較好且無泌水和輕集料上浮的勻質(zhì)混凝土拌合物。其中礦渣與粉煤灰復(fù)合摻加時(shí)對改善坍落度和擴(kuò)展度效果最好。在強(qiáng)度方面，三者復(fù)合摻加時(shí)7d和28d強(qiáng)度均最大，與單摻硅灰摻量達(dá)到15%時(shí)增強(qiáng)效果相近，其次是礦渣和硅灰的復(fù)合，最差的是粉煤灰與硅灰的復(fù)合。

結(jié)合混凝土的流變性能、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)效益，礦渣與粉煤灰復(fù)合摻加時(shí)對混凝土改善效果最佳，其次是礦渣、粉煤灰和硅灰三者同時(shí)復(fù)合摻加。

3 礦物摻合料對輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度影響機(jī)理

微觀角度下，粉煤灰微粒呈表面光滑的球狀，由于粉煤灰的這種特性，在拌合物的這種類似“滾珠”的作用可以提高混凝土的工作性能。但是由于粉煤灰的活性較低，與水泥水化后產(chǎn)物的之間的火山灰反應(yīng)在常溫下反應(yīng)緩慢，其生成的凝膠產(chǎn)物達(dá)不到填充孔隙的效果，所以使混凝土早期強(qiáng)度較低。而礦渣微粉有非常出色的“潛在活性”，在最佳摻量的條件下，水泥的水化反應(yīng)激發(fā)礦渣粉的活性使其繼續(xù)與水泥石發(fā)生二次水化反應(yīng)，改善混凝土界面區(qū)的粘結(jié)強(qiáng)度，可以使混凝土有更高的強(qiáng)度。納米二氧化硅具有獨(dú)特的細(xì)度，其主要由直徑為0.1μm的細(xì)球狀微粒組成，可以與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生火山灰反應(yīng)生成水化硅酸鈣膠體，填充混凝土微觀下的小孔隙使其結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高混凝土的強(qiáng)度。

4 結(jié)語

輕骨料混凝土目前應(yīng)用較為廣泛，特別是在要求混凝土自重輕、高強(qiáng)的一些特殊工程上。礦物摻合料大多來源于工業(yè)副產(chǎn)物，而且能夠有效的提升混凝土的性能并降低其造價(jià)成本，所以研究礦物摻合料對輕骨料混凝土性能的影響是非常有必要的。除礦物摻合料之外，鋼纖維和一些合成材料類似聚丙烯纖維、聚乙烯纖維等材料也可以用作摻合料來提升輕骨料混凝土的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘洪源，陳兵.礦物摻合料對輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土性能的影響[J].混凝土，2005，（11）：52-55.

[2]姜小虎.礦物摻合料對結(jié)構(gòu)輕集料混凝土強(qiáng)度的影響[J].山西建筑，2008（19）：162-163.