大摻量摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度及使用性能的影響

周龍

摘 要：本文通過在混凝土中用較大摻量的粉煤灰、礦渣粉取代水泥后對(duì)其強(qiáng)度及使用性能的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明大摻量摻合料的使用會(huì)明顯改善混凝土的工作性能，水膠比較小時(shí)7天強(qiáng)度不會(huì)降低，反而略有提高。通過對(duì)膠凝材料的水化熱進(jìn)行檢測(cè)也支持以上結(jié)論。大摻量粉煤灰、礦渣粉等工業(yè)廢料在混凝土中應(yīng)用具有廣闊前景，可促進(jìn)節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：摻合料；礦粉；粉煤灰；抗壓強(qiáng)度；混凝土

中圖分類號(hào)：TU528.041

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2013）08-0142-02

1 前言

混凝土是當(dāng)前用量最大的建筑材料，一直以來給人們的印象都是重污染、高能耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國水泥產(chǎn)量達(dá)到21.84億噸，2012年商品混凝土總產(chǎn)量達(dá)到88817萬m3。因此提高混凝土中摻合料比例、降低水泥用量對(duì)節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義。追求節(jié)能減排和耐久性上升為混凝土技術(shù)追求的主要目標(biāo)[1]。

較低水膠比時(shí)，大摻量摻合料對(duì)混凝土的耐久性明顯改善已經(jīng)得到許多研究的證實(shí)，混凝土中摻入20%粉煤灰和30%礦渣粉對(duì)提高混凝土的抗氯離子滲透性有明顯效果[2，3]，礦物摻合料復(fù)元組合能降低早期（3d）強(qiáng)度及提高混凝土后期強(qiáng)度增進(jìn)率[4]。但在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，很多技術(shù)人員都認(rèn)為大摻量摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度是有較大影響的，這種觀念也限制了摻合料在混凝土中的大規(guī)模使用。針對(duì)大摻量摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度和使用性能的影響，進(jìn)行了一些研究，以期促進(jìn)大摻量摻合料混凝土的應(yīng)用。

2 實(shí)驗(yàn)原材料選用說明

目前應(yīng)用最廣泛的摻合料是?；郀t礦渣粉和粉煤灰。粒化高爐礦渣粉（以下簡(jiǎn)稱礦渣粉）一般分為S105、S95、S75三個(gè)等級(jí)，本實(shí)驗(yàn)采用其中產(chǎn)量及使用量最大的S95級(jí)礦渣粉。粉煤灰分為I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)，其中I級(jí)粉煤灰活性高，質(zhì)量好，對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響小，是可以真正實(shí)現(xiàn)大摻量的粉煤灰。但目前I級(jí)粉煤灰的供應(yīng)量小，實(shí)際應(yīng)用少，研究的指導(dǎo)意義較小，因此選用目前可大量供應(yīng)的II級(jí)粉煤灰。為了更好地研究大摻量摻合料對(duì)混凝土的工作性能的改善效果，進(jìn)一步擴(kuò)大低品質(zhì)原材料的應(yīng)用范圍，本實(shí)驗(yàn)采用細(xì)度模數(shù)較小、含泥量較高的砂和含泥量較高的卵石。

3 原材料檢測(cè)情況

骨料：細(xì)骨料選用湘江產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)2.3，含泥量1.8%，泥塊含量0.2%，堆積密度1540 kg/m3。粗骨料選用湘江產(chǎn)5mm～31.5mm連續(xù)級(jí)配卵石，含泥量0.8%，泥塊含量0.2%，堆積密度1670kg/m3，針片狀含量1%，壓碎值9%。

水泥：湖南雙峰海螺水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥（見表1）

摻合料：礦渣粉選用湖南泰基建材有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)?；郀t礦渣粉，比表面積425m2/kg，密度2.86g/cm3，流動(dòng)度比100%，7d活性指數(shù)83%，28d活性指數(shù)103%。粉煤灰選用益陽電廠的II級(jí)粉煤灰，細(xì)度18%，燒失量6.8%，需水量比97%，含水率1.0%。

減水劑：石家莊克羅曼建材有限公司生產(chǎn)的KLM-J聚羧酸高性能減水劑，減水率為26.8%。

4 試驗(yàn)方法

粉煤灰應(yīng)用已經(jīng)很成熟，但因其對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度及碳化速度影響較大，一般推薦摻量控制在20%以內(nèi)；礦渣粉具有較高的潛在活性，摻量范圍較大。采用礦渣粉、粉煤灰雙摻技術(shù)，兩種材料的火山灰效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)相互疊加，充分發(fā)揮二者的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效應(yīng)”，使混凝土的坍落度增加，和易性變好，粘聚性變好，泌水得到改善。在水化過程中，改變混凝土中水化產(chǎn)物的組成，可改善水泥石的界面結(jié)構(gòu)和截面區(qū)的性能，并提高后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)率。本實(shí)驗(yàn)采用礦渣粉30%，粉煤灰15%的摻量對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，該摻量也符合JGJ55《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中對(duì)復(fù)合摻合料最大摻量的規(guī)定。從C25至C50按正常配合比（16%礦渣粉，12%粉煤灰）及大摻量摻合料配合比（礦渣粉30%，粉煤灰15%）進(jìn)行試配，控制兩者的膠凝材料總量及砂石用量一致，減水劑摻量一致，通過調(diào)整混凝土的用水量，在保證每組混凝土的坍落度初始值為210mm±10mm的條件下，對(duì)比兩組配合比的性能。

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

大摻量摻合料配合比的實(shí)際水膠比都低于標(biāo)準(zhǔn)配合比，因?yàn)闊o論是粉煤灰還是礦渣粉，都具有一定的減水效果，提高摻量可適當(dāng)降低混凝土的用水量。

大摻量摻合料配合比混凝土的3d強(qiáng)度基本上都低于標(biāo)準(zhǔn)配合比的混凝土3d強(qiáng)度。因?yàn)閾胶狭先〈嘁鹚磻?yīng)速度下降，所以摻入較高摻合料的混凝土在水膠比接近的情況下，早期強(qiáng)度會(huì)有所偏低，但因摻合料的適當(dāng)減水效果，降低的幅度并不是很大，特別是C35、C40混凝土3d強(qiáng)度降低很少。

大摻量摻合料混凝土的7d強(qiáng)度，基本等同于標(biāo)準(zhǔn)配合比的混凝土，甚至在水膠比較小的情況下還有所提高，是因大摻量摻合料配合比中礦渣粉的用量較高，礦渣粉反應(yīng)速度較快，對(duì)混凝土7天強(qiáng)度影響較大所致。

水膠比低于0.45時(shí)，大摻量摻合料混凝土的28天強(qiáng)度反而高于標(biāo)準(zhǔn)配合比。該區(qū)間正是混凝土強(qiáng)度為C30以上等級(jí)的區(qū)間，也是應(yīng)用數(shù)量最多的混凝土的強(qiáng)度區(qū)間。因此大摻量摻合料混凝土的應(yīng)用前景和社會(huì)效益是十分明顯的。

所有強(qiáng)度等級(jí)的混凝土提高摻合料的摻量，混凝土的坍落度損失都明顯減小，工作性能明顯改善。隨著商品混凝土的推廣，混凝土運(yùn)輸時(shí)間加長(zhǎng)，施工時(shí)間也延長(zhǎng)。如何在越來越劣質(zhì)化的原材料條件下保證混凝土的良好工作性能是擺在混凝土技術(shù)人員面前的大難題。通過增加混凝土中摻合料的用量既可改善了混凝土的工作性能，又能保證混凝土的強(qiáng)度符合要求，還節(jié)約資源降低成本，可以說是一舉數(shù)得。值得注意的是，因礦物摻合料的性質(zhì)，滯后性水化，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)要求比較高。如果工程養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和濕度不夠，結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度相差較大。因此攪拌站在使用大摻量礦物摻合料配比時(shí)，必須和工地進(jìn)行很好的溝通，指導(dǎo)工地做好混凝土早期以及后期的養(yǎng)護(hù)工作[5]。

對(duì)膠凝材料水化熱分析的結(jié)果也支持以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論。采用美國TAM AIR型號(hào)微量熱儀進(jìn)行熱量跟蹤檢測(cè)，在水膠比為0.45，20℃恒定溫度下檢測(cè)以下不同組成膠凝材料的72h（3d）和168h（7d）水化放熱速率和總放熱量。（表2、表3）

對(duì)以上膠凝材料水化熱檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，摻入摻合料的膠凝材料3天水化速度都有不同程度的下降，峰值降低，但摻入較多礦渣粉的膠凝材料7d水化熱反而升高，說明礦渣粉在早期就參與水化反應(yīng)，也印證了上述實(shí)驗(yàn)中，大摻量摻合料混凝土的7d強(qiáng)度和28d強(qiáng)度在水膠比小于0.45時(shí)就基本無下降反而升高的現(xiàn)象。

6 結(jié)論

6.1在出機(jī)坍落度相近的情況下，提高混凝土中摻合料的比例，混凝土3d強(qiáng)度會(huì)略有下降；

6.2在礦渣粉摻量30%，粉煤灰摻量15%，出機(jī)坍落度相近且水膠比低于0.45的情況下，混凝土的7d、28d強(qiáng)度不會(huì)下降，甚至略有提高；

6.3采取粉煤灰、礦渣粉雙摻的方法，提高摻合料用量可顯著改善混凝土的工作性能，降低混凝土的坍落度損失。

6.4要降低膠凝材料的水化熱，宜采用大摻量的粉煤灰，使用礦渣粉降低水化熱的效果遠(yuǎn)不及粉煤灰好。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋少民，廉慧珍. 現(xiàn)代混凝土技術(shù)的哲學(xué)思考. 混凝土世界，2013，5，No.47，P32-38.

[2] 歐陽東，吳亭亭，黃華縣，傅浩，孔琳潔，易超. 雙摻海砂混凝土的性能研究. 混凝土，2012，9，No.275，P123-125.

[3] 盛之會(huì). 高速鐵路高性能混凝土抗氯離子滲透影響因素的探討. 混凝土，2012，5，No.271，P141-143.

[4] 周群，楊全忠，周堂貴，王章夫，鄭應(yīng)生.材料質(zhì)量與抗裂混凝土配合比設(shè)計(jì)和管理. 混凝土，2005，2，No.187，33-37.

[5] 李京紅.大摻量礦物摻合料在商品混凝土中的應(yīng)用.科技資訊，2006，NO.30，P36-37.