粉煤灰及礦粉的性能及應(yīng)用

周玉兵

摘要：本文論述了粉煤灰、礦粉及二者復(fù)合使用對(duì)混凝土工作性能和耐久性能的影響，以及在商品混凝土中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；礦粉；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674―3024（2016）07―06―02

前言

為了減少水泥用量，降低環(huán)境污染，利用廢物，改善混凝土性能，粉煤灰及礦粉在商品混凝土中的應(yīng)用在全國(guó)各地快速發(fā)展起來(lái)。

1粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

1.1粉煤灰對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

（1）粉煤灰能夠改善混凝土和易性。

（2）改善混凝土的泵送性能，通過(guò)加入粉煤灰可以實(shí)現(xiàn)混凝土長(zhǎng)距離泵送。

（3）由于粉煤灰混凝土的水泥用量較少，延長(zhǎng)了凝結(jié)時(shí)間。

（4）粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高。

1.2粉煤灰對(duì)混凝土耐久性的影響

（1）降低混凝土水化熱。

（2）提高混凝土抗?jié)B性能。

（3）抗碳化能力：只要加強(qiáng)混凝土表面養(yǎng)護(hù)，充分發(fā)揮粉煤灰的活性效應(yīng)，提高混凝土的密實(shí)度，粉煤灰混凝土的抗碳化能力基本上可以達(dá)到基準(zhǔn)混凝土的水平。

（4）抗凍融能力：按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混凝土抗凍試驗(yàn)，粉煤灰混凝土的抗凍能力會(huì)出現(xiàn)低于基準(zhǔn)混凝土的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因往往是試驗(yàn)時(shí)混凝土的齡期不足，粉煤灰沒(méi)有充分發(fā)揮作用，如果試驗(yàn)齡期推遲到60d甚至90d，其抗凍能力將顯著提高。

（5）混凝土收縮：粉煤灰對(duì)混凝土的收縮影響不大。

2礦粉對(duì)混凝土性能的影響

2.1礦粉對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

（1）礦粉能夠改善混凝土和易性。

（2）拌合物粘聚性增加，不易分層離析，可泵性好。

（3）延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，坍落度損失小，有利于夏季施工。

（4）礦粉比表面積在430m2/kg～520m2/kg之間，摻量在30%～40%范圍，增強(qiáng)效應(yīng)表現(xiàn)得最為顯著。

2.2礦粉對(duì)混凝土耐久性的影響

（1）混凝土水化熱：摻加礦粉，可降低漿體水化熱，單摻量小于50%時(shí)，水化熱降低不明顯。當(dāng)達(dá)到70%摻量時(shí)，3d和7d水化熱分別降低約36%和29%。

（2）抗?jié)B性能：混凝土密實(shí)性提高，從而大幅提高混凝土的抗?jié)B性能。

（3）抗碳化能力：在達(dá)到相同強(qiáng)度的條件下?lián)降V粉混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土具有相同的抗碳化作用能力。

（4）抗凍融能力：摻加礦粉，對(duì)混凝土的抗凍融性能有一定的改善作用，隨混凝土標(biāo)號(hào)的不同提高的幅度在25～50次范圍。

（5）混凝土收縮：與基準(zhǔn)混凝土相比，收縮值均無(wú)明顯變化。

3礦粉與粉煤灰的復(fù)合使用對(duì)混凝土性能的影響

3.1礦粉與粉煤灰的復(fù)合使用對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

（1）礦粉和粉煤灰復(fù)配配制混凝土，可以充分發(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，和易性好，粘聚性好，泌水也得到了改善，同時(shí)混凝土成本可顯著降低。

（2）粉煤灰等量取代水泥時(shí)，28天強(qiáng)度基本上都比空白混凝土強(qiáng)度低，而礦粉在合適的摻量下會(huì)使混凝土28天強(qiáng)度稍有提高。因此，二者復(fù)合使用還可兼顧混凝土早期強(qiáng)度與后期強(qiáng)度。

3.2礦粉與粉煤灰的復(fù)合使用對(duì)混凝土耐久性的影響

（1）降低混凝土水化熱：對(duì)要求嚴(yán)格控溫的大體積混凝土，礦粉和粉煤灰復(fù)配是理想的礦物摻合料組合，降低了混凝土的水化熱，可以有效減少混凝土早期溫縮裂縫的出現(xiàn)。

（2）混凝土抗?jié)B性能：混凝土中摻加礦粉和粉煤灰復(fù)配，發(fā)揮摻合料的微集料效應(yīng)和二次水化反應(yīng)，可以使混凝土孔徑細(xì)化，連通孔減少，混凝土密實(shí)度提高，從而大幅度提高混凝土的抗?jié)B性能。

（3）保證了抗碳化能力。

（4）保證了抗凍融能力。

（5）混凝土抗裂性能：礦粉與粉煤灰復(fù)摻改善抗裂性效果優(yōu)于礦粉單摻。

4粉煤灰、礦粉及二者復(fù)合使用存在的問(wèn)題

4.1粉煤灰應(yīng)用中存在的問(wèn)題

不同等級(jí)粉煤灰應(yīng)用中存在的問(wèn)題：Ⅰ級(jí)粉煤灰產(chǎn)量低、價(jià)格高，可降低混凝土粘度，但配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)霈F(xiàn)粘度不足；Ⅱ級(jí)粉煤灰一般采用超量法取代水泥，總膠凝材料量大，影響混凝土的抗裂性能，坍落度損失增加，早期強(qiáng)度低，影響施工進(jìn)度；Ⅲ級(jí)粉煤灰大幅度提高混凝土用水量，降低混凝土強(qiáng)度，易出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量。

4.2礦粉使用中存在的問(wèn)題

礦粉的質(zhì)量要嚴(yán)格控制，特別是礦粉的細(xì)度。因?yàn)榈V粉是否能夠充分發(fā)揮活性，很大程度上取決于它的細(xì)度。一旦其細(xì)度大幅度降低，會(huì)給混凝土帶來(lái)諸多問(wèn)題，如：粘聚性下降出現(xiàn)離析和泌水；凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)；早期強(qiáng)度降低，甚至28d強(qiáng)度也會(huì)不同程度降低等。

4.3粉煤灰與礦渣粉復(fù)合使用存在的問(wèn)題

盡管粉煤灰與礦渣粉復(fù)合使用能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但不是隨便復(fù)合就能夠達(dá)到應(yīng)有的目的。為了更好地發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)選擇合適的復(fù)合方式和復(fù)合比例。

避免利益驅(qū)動(dòng)下盲目提高摻量，過(guò)大的摻量會(huì)明顯延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，不利于施工。對(duì)豎向結(jié)構(gòu)，摻量過(guò)高會(huì)使混凝土長(zhǎng)期處于塑性狀態(tài)，使混凝土發(fā)生較大沉降收縮，造成沿鋼筋的環(huán)形裂縫。雙摻粉煤灰和礦渣粉的混凝土對(duì)養(yǎng)護(hù)條件要求比一般不摻摻合料的混凝土更為苛刻。

5粉煤灰與礦粉復(fù)摻在混凝土中的應(yīng)用

5.1原材料

（1）水泥：P. O 42.5，28天抗壓強(qiáng)度50.3MPa

（2）粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰

（3）砂：Ⅱ類(lèi)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7

（4）石：粒徑為5～31.5 mm 的碎石

（5）外加劑：高效泵送劑，摻量1.3%

（6礦粉：S95級(jí)，其主要性能如下表

5.2試驗(yàn)方案

配合比設(shè)計(jì)參照J(rèn)GJ55-2011并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行；拌合物坍落度及和易性觀察根據(jù)GB/T50080-2002進(jìn)行；抗壓強(qiáng)度測(cè)定根據(jù)GB/T50081-2002進(jìn)行；耐久性測(cè)定根據(jù)GB/T50082-2009進(jìn)行。

本試驗(yàn)水膠比取0.50；粉煤灰按15%的固定摻量，采用外摻法；礦粉等量取代水泥，取代值分別為0%、20%、25%、30%、 35%、40%、50% ；

本試驗(yàn)中，我們采用固定膠凝材料量，根據(jù)水膠比選用不同用水量，砂率初步選為40%。

試件成型工藝流程如下：

（1）準(zhǔn)備材料：各種原材料

（2）確定配比、稱(chēng)量：按照計(jì)算好的配比用天平稱(chēng)量好各成分的重量

（3）攪拌：采用機(jī)械攪拌

（4）成型：采用一平方米強(qiáng)制式振動(dòng)臺(tái)振實(shí)

（5）養(yǎng)護(hù)：拆模前用塑料保鮮膜覆蓋，以保證含水率，外用灑水養(yǎng)護(hù)；達(dá)到拆模強(qiáng)度，拆模后浸水養(yǎng)護(hù)（14天）

（6）破型：采用NYJ2000 型壓力機(jī)測(cè)定本試樣的抗壓強(qiáng)度

5.3試驗(yàn)

在水膠比同為0.5的條件下，對(duì)各礦粉摻量不同的新拌混凝土進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，表一為新拌混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失的試驗(yàn)結(jié)果。

由上表可以看出，在相同水膠比下，隨著礦粉摻量的加大，混凝土拌合物的坍落度也略有增加。但至摻量為30%后，礦粉的摻量增加，混凝土的粘聚性也增加，坍落度反而有所回落?；炷涟韬衔锏慕?jīng)時(shí)損失隨著礦粉的增加有所減小，1小時(shí)幾乎無(wú)損失。

表二為混凝土7天、28天、60天的抗壓強(qiáng)度值

由此表可以看出，早期強(qiáng)度隨著礦粉摻量的增加而下降，后期強(qiáng)度在礦粉摻量30%以下時(shí)，幾乎無(wú)明顯影響。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于商品混凝土攪拌站而言，礦粉的出現(xiàn)改變以往僅以粉煤灰為主要摻合料的局面，給配制混凝土帶來(lái)了很大的方便。同時(shí)，粉煤灰與礦粉的復(fù)摻，既可以克服僅摻粉煤灰時(shí)取代水泥量有限的弱點(diǎn)，進(jìn)一步降低水泥用量，還可以改善混凝土耐久性，同時(shí)節(jié)約能源，改善環(huán)境。因此，我們應(yīng)在加大研究力度的同時(shí)，積極推廣應(yīng)用，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使粉煤灰與礦粉可以最大程度上得以利用。