摻粉煤灰、礦渣混凝土的性能及配制方法研究

劉建亮

（江西恒大聲學(xué)技術(shù)工程有限公司， 江西 南昌 330000）

1 摻粉煤灰、礦渣的混凝土特性

1.1 粉煤灰的特性

粉煤灰是火電廠鍋爐燃燒以后，在處理煙氣時(shí)捕捉下來(lái)的細(xì)粉，粉煤灰主要由氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈦等構(gòu)成。粉煤灰的顏色是判斷粉煤灰含碳量的重要參考指標(biāo)，粉煤灰的顏色越深，則粉煤灰的顆粒越細(xì)、含碳量越高。粉煤灰顆粒為多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，粉煤灰具有很強(qiáng)的吸附性和吸水性。這些顆粒分布在混凝土泥漿內(nèi)部，減少水泥顆粒之間的阻隔，從而增加水泥顆粒的黏聚力，讓水分更容易滲透到內(nèi)部，減少混凝土混合料的空隙率，提高混凝土的致密性能。

1.2 礦渣的特性

礦渣是高爐煉鐵熔融物冷萃后得到的副產(chǎn)品，主要成分有氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁。礦渣的主要成分根生產(chǎn)原料和冷卻方式有關(guān)，如果在高爐煉鐵過(guò)程中，熔融礦渣冷卻后，沒(méi)有形成玻璃體結(jié)構(gòu)的稱為水淬渣。玻璃態(tài)的礦渣含有二氧化硅和氧化鋁，并和礦渣中的氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鈣，并生成硅酸鈣。產(chǎn)生的礦渣越細(xì)，則礦渣活性越好，如果摻入到混凝土中，氧化硅和氫氧化鈣在常溫下活性比較低，可以降低混凝土中的水泥水熱化反應(yīng)，促使水泥水化過(guò)程中生成更多的C-S-H 凝膠，讓氫氧化鈣的靜粒變小，降低水泥泥漿的孔隙率，提高集料界面的黏結(jié)力。

2 摻粉煤灰、礦渣混凝土的配比試驗(yàn)

2.1 原材料準(zhǔn)備

將粉煤灰、礦渣同時(shí)摻入到混凝土材料中，可以充分利用粉煤灰和礦渣之間的耦合性，也就是充分發(fā)揮細(xì)粉煤灰的玻璃球狀效應(yīng)和礦渣之間的吸附性作用，從而配置出高性能的混凝土材料。C30 硅酸鹽水泥在建筑工程應(yīng)用比較廣泛，本文選擇C30 普通的硅酸鹽水泥作為試驗(yàn)對(duì)象，混凝土由砂石、水泥、粉煤灰、水、黏土等材料混合而成，其中水泥使用C32.5 的普通硅酸鹽水泥，水泥的總量占整個(gè)混凝土材料質(zhì)量的10%～15%，細(xì)度膜數(shù)為7.8%，初凝時(shí)間為320min；粉煤灰來(lái)自某熱電廠的II 級(jí)粉煤灰，礦渣來(lái)自某高爐煉鐵廠，在使用前需要將礦渣處理，磨成細(xì)粉末。水為干凈的自來(lái)水，砂石骨料選擇干凈的鵝卵石和花崗巖，鵝卵石的比重為2.62%，花崗石的比重為2.67%。黏土為高嶺石、蒙脫石等礦物質(zhì)混合而成，黏土的比重為2.75%，塑性為24.1%。砂石骨料分為細(xì)骨料和粗骨料，粗骨料的級(jí)配為10mm～25mm，細(xì)骨料的級(jí)配為5mm～10mm。

2.2 混凝土的配比

混凝土的設(shè)計(jì)的水膠比為0.48，混凝土的坍落度為200±10mm，砂石粗骨料為760kg·cm-3，碎石骨料為1100kg·cm-3?；炷僚浔劝凑詹惶砑臃勖夯液偷V渣；混凝土分別添加15%、20%、25%的含量，不摻入礦渣配置；混凝土不添加粉煤灰，分別摻入15%、20%、25%、30%的含量；混凝土分別添加17.5%、12.5%、7.5%的粉煤灰和7.5%、12.5%、17.5%的礦渣配置，并分別制作相應(yīng)的編號(hào)。

2.3 制作混凝土試件

根據(jù)上述混凝土配比要求制備混凝土試件，混凝土試件抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)格為100×100×100 (mm)。將所有混凝土材料進(jìn)行攪拌、振搗、放入模型，成型以后放入到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)24h 以后脫膜，試件脫膜以后放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)3h、7h、28h 以及60h 以后，測(cè)試混凝土的強(qiáng)度。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

混凝土試件養(yǎng)護(hù)3h、7h、28h 以及60h 進(jìn)行抗壓測(cè)試，得到測(cè)試結(jié)果如表1。

表1 混凝土試件不同齡期的抗壓強(qiáng)度

單摻入粉煤灰、礦渣對(duì)混凝土的性能的影響，摻入II級(jí)粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度，隨著混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不斷提高。但是養(yǎng)護(hù)3d 后的混凝土強(qiáng)度隨著粉煤灰添加量增加反而下降，直到養(yǎng)護(hù)7h 以后，才能達(dá)到不添加編號(hào)1 的強(qiáng)度。添加粉煤灰的混凝土試件養(yǎng)護(hù)28h 以后的抗壓強(qiáng)度和不添加粉煤灰和礦渣的混凝土強(qiáng)度相同，說(shuō)明粉煤灰的活性在混凝土28h 以后，達(dá)到一定程度。摻入II 級(jí)粉煤灰28h～60h 的混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)率大于不添加粉煤灰、礦渣的混凝土高。

摻入礦渣的混凝土抗壓強(qiáng)度在混凝土試件養(yǎng)護(hù)3h 之內(nèi)，隨著礦渣含量的增加抗壓強(qiáng)度不斷下降，混凝土的性能和摻入II 級(jí)粉煤灰的性能基本一致。摻入礦渣混凝養(yǎng)護(hù)7 小時(shí)以后，強(qiáng)度超過(guò)了編號(hào)1 的強(qiáng)度，表明礦渣在混凝土硬化過(guò)程中發(fā)生水泥水化現(xiàn)象。摻入礦渣的混凝土強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)28h 以后，抗壓強(qiáng)度超過(guò)了編號(hào)1、2、3、4、5 的強(qiáng)度，說(shuō)明礦渣的活性高于粉煤灰。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，摻入粉煤灰、礦渣的混凝土抗壓強(qiáng)能高于不同養(yǎng)護(hù)齡期摻入II 粉煤灰和礦渣的混凝土，這是由于同時(shí)添加兩種礦物質(zhì)，可以充分發(fā)揮粉煤灰和礦渣的優(yōu)勢(shì)，提高混凝土的強(qiáng)度。