復(fù)合摻合料對(duì)混凝土抗凍性和抗?jié)B性的影響

李 軍

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng)550000）

利用粉煤灰、礦渣粉等工業(yè)廢棄物代替部分水泥作為活性礦物摻合料使用，不但可以節(jié)約混凝土成本，降低大體積混凝土的水化熱；還可以改善新拌混凝土的和易性，優(yōu)化混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高混凝土的長(zhǎng)期耐久性能。因此，礦物摻合料已成為當(dāng)今混凝土配合比設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的組成部分［1－2］。但在許多工程建設(shè)領(lǐng)域當(dāng)中，特別是道路、橋梁水泥混凝土工程的施工人員對(duì)礦物摻合料的認(rèn)識(shí)仍有誤區(qū)，按照普通水泥混凝土的水化硬化發(fā)展規(guī)律來(lái)衡量摻加礦物摻合料的混凝土，認(rèn)為粉煤灰等摻合料會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，耐磨性、抗碳化性差，勢(shì)必會(huì)對(duì)混凝土的抗凍性、抗?jié)B性等耐久性能產(chǎn)生不利影響，因此，幾乎很少摻入活性礦物摻合料，嚴(yán)重影響了礦物摻合料的推廣應(yīng)用［3－5］。

基于上述原因，本文系統(tǒng)研究目前應(yīng)用廣泛、應(yīng)用量大的粉煤灰和磨細(xì)礦渣粉作為礦物摻合料，研究礦物摻合料種類及摻量對(duì)混凝土抗凍、抗?jié)B耐久性能的影響規(guī)律，為在高耐久性混凝土結(jié)構(gòu)工程中推廣應(yīng)用礦物摻合料提供數(shù)據(jù)支持。

1 原材料及配合比

試驗(yàn)采用貴陽(yáng)地產(chǎn)P·O42．5普通硅酸鹽水泥，技術(shù)指標(biāo)見表1；礦物摻合料采用II級(jí)粉煤灰和S95級(jí)礦渣粉，主要性能指標(biāo)分別見表2、表3；細(xì)集料采用天然河沙，為中砂，細(xì)度模數(shù)2．80；粗集料采用5～20mm連續(xù)級(jí)配碎石；外加劑采用SJ－2型引氣劑以及聚羧酸系高效減水劑，減水率25%?；鶞?zhǔn)混凝土配合比見表4。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

表3 礦渣粉技術(shù)指標(biāo)

表4 混凝土配合比

2 結(jié)果與分析

2．1 礦物摻合料對(duì)混凝土抗凍性的影響

采用粉煤灰、礦渣粉作為礦物摻合料等質(zhì)量取代水泥配制混凝土，取代量分別為15%、25%和35%，成型100mm×100mm×400mm混凝土試件，采用快速凍融的試驗(yàn)方法測(cè)試混凝土的抗凍性能，為了提高抗凍融性，各組混凝土中均采用了相同摻量引氣劑，使得新拌混凝土的含氣量達(dá)到5．1%，保證基準(zhǔn)混凝土的抗凍性達(dá)到F350等級(jí)，在此基礎(chǔ)上研究摻合料的類型與用量對(duì)混凝土抗凍性的影響。

不同粉煤灰、礦渣粉摻量混凝土的抗凍性試驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 粉煤灰對(duì)混凝土抗凍性的影響

圖2 礦渣粉摻量對(duì)混凝土抗凍性的影響

由圖1可以看出：當(dāng)II級(jí)粉煤灰摻量不超過25%時(shí)，摻粉煤灰混凝土的抗凍性與基準(zhǔn)混凝土基本相當(dāng)，在經(jīng)歷350次凍融循環(huán)后，混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量均未出現(xiàn)明顯降低，屬于高抗凍等級(jí)的混凝土。當(dāng)粉煤灰摻量為35%時(shí)，經(jīng)過200次凍融循環(huán)后相對(duì)動(dòng)彈性模量開始有所下降，在350次凍融循環(huán)時(shí)其相對(duì)動(dòng)彈性模量仍可達(dá)到85%，仍然滿足F350要求。由此可知，II級(jí)粉煤灰在含氣量為5．1%時(shí)，摻用量控制在膠凝材料總質(zhì)量35%以內(nèi)時(shí)，可以配制出滿足F350要求的高抗凍性混凝土。

由圖2可知，礦渣粉對(duì)混凝土抗凍性的影響規(guī)律與粉煤灰類似，礦渣粉摻量25%以內(nèi)的混凝土抗凍性與基準(zhǔn)混凝土沒有明顯區(qū)別，礦渣粉摻量為35%時(shí)混凝土抗凍性有所降低，但也可以達(dá)到F350。

粉煤灰和礦渣粉同樣是礦物摻合料，但各自有著不同的效應(yīng)特點(diǎn)。粉煤灰的微集料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)較為明顯，可以改善混凝土早期的工作性和混凝土的密實(shí)度，但其火山灰性能略差，礦渣粉的物理性能稍差，但活化效應(yīng)較好，將二者復(fù)合摻入混凝土中，能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。因此，按照前期試驗(yàn)得出的復(fù)合比例，將粉煤灰和礦渣粉按4∶6的比例混合，總摻量分別為水泥用量的0%、15%、25%和35%，復(fù)合摻合料混凝土的抗凍性試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 復(fù)合摻合料摻量對(duì)混凝土抗凍性的影響

由圖3可見，復(fù)合礦物摻合料對(duì)混凝土的抗凍性影響規(guī)律同單摻粉煤灰或單摻礦渣粉類似，但是其抗凍性略優(yōu)于單摻礦物摻合料混凝土，特別是高摻量時(shí)（摻量為35%），混凝土經(jīng)過350次凍融后相對(duì)動(dòng)彈性模量仍接近90%，表現(xiàn)出良好的抗凍性。

2．2 礦物摻合料對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響

不同粉煤灰摻量、礦渣粉摻量和摻加復(fù)合摻合料混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)結(jié)果見圖4—圖6。

圖4 粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗Cl－滲透性的影響

圖5 礦渣粉摻量對(duì)混凝土Cl－擴(kuò)散系數(shù)影響

圖6 復(fù)合礦物摻合料對(duì)混凝土Cl－擴(kuò)散系數(shù)的影響

由圖4可見，摻粉煤灰混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)高于基準(zhǔn)混凝土，且隨著粉煤灰摻量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大幅度降低，90d齡期時(shí)各組混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)接近。

可見，在混凝土中適當(dāng)摻加粉煤灰，不但不會(huì)引起混凝土抗?jié)B耐久性的損失，而且還可能會(huì)對(duì)混凝土的長(zhǎng)期耐久性有所貢獻(xiàn)。原因是粉煤灰與水泥相比，盡管其水化速度慢，在混凝土的早期水化中可能其水化程度較低，但是粉煤灰的水化可以依靠水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2來(lái)激發(fā)，在水泥石水化基本上已經(jīng)結(jié)束的時(shí)候，粉煤灰還有將近80%沒有水化，粉煤灰和水泥這種在水化時(shí)間上的延時(shí)效應(yīng)，正好彌補(bǔ)了混凝土中水泥石水化基本結(jié)束之后造成后期性能增長(zhǎng)較少的缺點(diǎn)。所以在混凝土中摻加適量的粉煤灰，對(duì)混凝土長(zhǎng)期耐久性的增長(zhǎng)有利。

摻礦渣粉混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)均低于基準(zhǔn)混凝土，尤其是56d齡期以前，摻礦渣粉混凝土抗?jié)B性明顯優(yōu)于基準(zhǔn)混凝土，56d齡期后，摻礦渣粉混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)或略差。這主要是因?yàn)榈V渣粉的比表面積大，顆粒細(xì)小，其微集料效應(yīng)顯著，填充了混凝土的孔隙，提高了混凝土的密實(shí)程度，因此，抗?jié)B性提高。

從圖6可知，礦渣粉和粉煤灰的復(fù)合摻加對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能有明顯的積極作用。復(fù)合摻合料摻量為15%時(shí)，對(duì)混凝土的滲透性能的改善效果最為明顯，當(dāng)摻量超過15%時(shí)，隨著復(fù)合礦物摻合料摻量的增加，混凝土抗氯離子滲透性能降低。

3 結(jié) 論

（1）摻入不超過25%的粉煤灰、礦渣粉復(fù)合礦物摻合料時(shí)，混凝土的抗凍性與基準(zhǔn)混凝土接近，當(dāng)摻合料摻量超過35%時(shí)，混凝土抗凍性有所降低，但仍可以達(dá)到F350以上。

（2）56d前，隨粉煤灰摻量的增加，混凝土抗氯離子滲透性降低，摻礦渣粉混凝土則剛好相反；90d齡期時(shí)，摻加不同摻量粉煤灰或礦渣粉混凝土的抗氯離子滲透性均與基準(zhǔn)混凝土接近；復(fù)合礦物摻合料摻量為15%時(shí)，混凝土抗氯離子滲透性能最優(yōu)。

［1］班瑾，韓明珍，張晶磊，等．含氣量對(duì)粉煤灰混凝土抗凍性能影響的研究［J］．水資源與水工程學(xué)報(bào)，2014，25（1）：137－139．

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［3］夏佩芬，王培銘，李平江，等．混合材料與水泥漿體間界面的形貌特征［J］．硅酸鹽學(xué)報(bào)，1997（6）：114－118．

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