粉煤灰和礦粉對(duì)水泥膠砂自收縮的影響研究

彭博

摘要：粉煤灰和礦粉對(duì)水泥膠砂自收縮會(huì)產(chǎn)生極大的影響，在一般情況下，隨著水化齡期的不斷延長(zhǎng)，會(huì)促使水泥膠砂的自收縮能力不斷而增大，在早期階段自收縮的發(fā)展速度較快，呈現(xiàn)出急劇發(fā)展趨勢(shì)，粉煤灰促使水泥膠砂的自收縮能力下降，并且會(huì)隨著粉煤灰摻量的不斷增大，水泥膠砂的自收縮能力隨之而減少。本文對(duì)粉煤灰和礦粉原材料及試驗(yàn)方法進(jìn)行分析，探究粉煤灰和礦粉對(duì)水泥膠砂自收縮的影響。

關(guān)鍵詞：粉煤灰;礦粉;水泥膠砂;自收縮

前言：礦物摻合料在實(shí)際的應(yīng)用過程中可取代水泥來使用，對(duì)減少水泥石早期裂縫及延緩水泥石的自收縮增長(zhǎng)具有重要作用，使混凝土的耐久性得以大大提升。有相關(guān)的人員通過研究提出，粉煤灰及礦粉對(duì)混凝土自收縮會(huì)產(chǎn)生極大的影響，通過在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，會(huì)隨著粉煤灰摻量的增加而不斷減小。在混凝土自收縮中粉煤灰及礦粉所產(chǎn)生的影響規(guī)律不一，本文將粉煤灰和礦粉對(duì)水泥膠砂自收縮的影響作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

一、粉煤灰和礦粉原材料及試驗(yàn)方法

（一）粉煤灰和礦粉原材料

在本次實(shí)驗(yàn)原材料的選取中，使用的水泥為海螺牌P·O52.5水泥，水泥的密度為3.15g/cm3，抗壓強(qiáng)度為58.8MPa。使用的粉煤灰為I級(jí)粉煤灰，密度為2.78g/cm3，表面積為472m2/kg。使用的礦粉，密度為2.95g/cm3，表面積為420m2/kg。使用的砂以河砂為主，砂子的密度為2.63g/cm3，細(xì)度為2.56，屬于中砂，級(jí)配合格，最大粒徑一般為2.36mm。使用的水以自來水為主。在制砂時(shí)，礦粉及粉煤灰一般是采用單摻及雙摻方式來實(shí)現(xiàn)，將水膠比控制在0.3，將膠砂比控制在1：0.5[1]。

（二）粉煤灰和礦粉試驗(yàn)方法

在本次試驗(yàn)中所做的模具，使用的原材料一般為透明的有機(jī)玻璃，為了確保在自收縮測(cè)試期間，在模具內(nèi)水泥膠砂不會(huì)遭受到外力的約束而出現(xiàn)自由脹縮變形情況，需要將硅油均勻的涂抹在有機(jī)玻璃管內(nèi)壁上，將其放置在溫度為（20±3）℃，濕度為（60±5）%的環(huán)境下，在已經(jīng)涂抹硅油的有機(jī)玻璃模具中倒入拌制好的水泥膠砂，并在距離模具10mm的水泥膠砂中將銅制測(cè)頭埋入進(jìn)去，在對(duì)模具兩端進(jìn)行密封處理時(shí)主要是使用熔化的石蠟，在試驗(yàn)臺(tái)的指定位置處平放已經(jīng)制作好的試模，為了避免出現(xiàn)泌水情況，需要將試模每隔5min按照順時(shí)針方向?qū)ζ溥M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，試模在制作期間，還需要對(duì)水泥膠砂的初凝時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，在自制的架子底板上平放試模，并對(duì)千分表的高度進(jìn)行調(diào)整，使用膠水將試模固定在測(cè)試裝置的底板墊塊上，對(duì)不同水化齡期的千分表讀數(shù)進(jìn)行測(cè)讀，讀數(shù)的結(jié)果即為水化齡期試件的長(zhǎng)度[2]。

二、粉煤灰和礦粉對(duì)水泥膠砂自收縮的影響

（一）粉煤灰的影響

粉煤灰對(duì)水泥膠砂自收縮會(huì)產(chǎn)生較大的影響，一般情況下會(huì)隨著水化齡期的不斷延長(zhǎng)，促使水泥膠砂的自收縮能力隨之而增大，通常在早期階段自收縮會(huì)呈現(xiàn)出急劇發(fā)展趨勢(shì)。在相同的水化齡期間，由于粉煤灰摻量的增加，導(dǎo)致水泥膠砂的自收縮能力隨之而下降。例如，在水化時(shí)間為1h時(shí)，純水泥膠砂的自收縮通常為206.6×10-6，粉煤灰的摻量一般為10%。而20%的水泥膠砂（F10，F(xiàn)20）相較于純水泥膠砂自收縮能力的下降幅度分別為21.1%和29.5%。一般在密閉的環(huán)境中，極易降低摻粉煤灰水泥膠砂的自收縮能力，引發(fā)該種情況的產(chǎn)生與粉煤灰參與水化反應(yīng)的速度及程度低于水泥有直接關(guān)系，火山灰反應(yīng)活性一般要到90d以后才能夠得到充分的發(fā)揮，大大降低了粉煤灰的火山灰反應(yīng)速度。同時(shí)，還由于粉煤灰顆粒會(huì)抑制化學(xué)減縮，降低了摻粉煤灰水泥膠砂的自收縮能力。

（二）礦粉的影響

礦粉會(huì)對(duì)水泥膠砂的自收縮產(chǎn)生較大的影響，通常在早期階段水泥膠砂的自收縮能力較大，通過摻入礦粉，促使水泥膠砂0-5d自收縮能力大大降低，并且還會(huì)隨著礦粉含量的不斷增加，導(dǎo)致水泥膠砂的自收縮能力隨之而減小。在水化早期階段，若水泥砂膠中摻入了礦粉，相較于穿水泥膠砂水化的程度大大降低。之所以會(huì)出現(xiàn)該種情況，是因?yàn)榈V粉在等量取代水泥后，進(jìn)而導(dǎo)致水泥數(shù)量隨之而降低，若水膠比較低，會(huì)增加水/水泥的比例，有效的改善了自干燥作用而引發(fā)的自收縮效應(yīng)的產(chǎn)生，隨著礦粉摻量的增加而呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。若水泥膠砂的水化高于8天時(shí)，相較于純水泥膠砂摻10%和20%的礦粉水泥膠砂的自收縮能力較大。在水化的時(shí)間為21天時(shí)，相較于純水泥膠砂，摻10%、20%礦粉水泥膠砂的自收縮度增加幅度分別為11.1%和6.6%，以上研究結(jié)果表明，在礦粉作用下，促使水泥膠砂后期的自收縮性能大大降低。礦粉自身具有活性，通過將礦粉摻入進(jìn)來后，受水化反應(yīng)作用影響，礦粉的化學(xué)減縮相較于水泥較高，化學(xué)減縮的增大，加速了自干燥速度，濕度下降速度明顯加快，自收縮的增長(zhǎng)速度較快，因此可知摻礦粉水泥膠砂相較于純水泥膠砂的自收縮增長(zhǎng)速度較快[3]。

（三）粉煤灰和礦粉雙摻影響

在對(duì)粉煤灰和礦粉雙摻影響進(jìn)行探究時(shí)，以摻20%摻合料的水泥膠砂作為主要研究對(duì)象，一般在水化的早期階段，自收縮最大的水泥膠砂為單摻20%粉煤灰，自收縮最小的為單摻20%礦粉水泥膠砂，自收縮居中為雙摻10%粉煤灰和10%礦粉的水泥膠砂。若三者的水化時(shí)間為24h，自收縮效果會(huì)較為接近，并且還會(huì)隨著水化齡期的不斷延長(zhǎng)，增加各配比水泥膠砂的自收縮能力。通常在2天后，單摻20%礦粉的水泥膠砂的自收縮能力一般會(huì)大于雙摻10%粉煤灰和10%礦粉的水泥膠砂。在水化21天后，雙摻10%粉煤灰和10%礦粉的水泥膠砂的自收縮為686×10-6，相較于單摻20%礦粉的水泥膠砂和CO下降幅度為12.2%和6.4%。以往的相關(guān)研究結(jié)果顯示，通常在24h以內(nèi)礦粉活性的發(fā)揮較小，相較于礦粉粉煤灰的微集料效應(yīng)更大，增加了水泥水化產(chǎn)物，因自干燥效應(yīng)及化學(xué)減縮而引發(fā)的自收縮較大。通常在水化24h后，礦粉自身的活性能夠充分的發(fā)揮出來，促使水泥漿體的化學(xué)減縮隨之而增大，在礦粉的作用下，使水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)得以細(xì)化，凝膠孔比率明顯提升，而毛細(xì)孔的比率會(huì)隨之而下降，增大了毛細(xì)管的負(fù)壓及水泥膠砂自收縮能力。粉煤灰火山灰之所以會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)，受水泥水化析出的氫氧化鈣激發(fā)而形成，速度及反應(yīng)活性均明顯降低，由于所摻入的比例較高，促使反應(yīng)活性隨之而降低，增加了后期水泥石彈性的模量。因此，在粉煤灰火山灰反應(yīng)的影響下，會(huì)引發(fā)自干燥效應(yīng)及化學(xué)減縮效應(yīng)的產(chǎn)生，促使自收縮能力明顯降低[4]。

結(jié)論：隨著水化齡期的延長(zhǎng)，促使水泥膠砂的自收縮能力不斷增大，早期自收縮發(fā)展呈現(xiàn)出急劇發(fā)展趨勢(shì)。粉煤灰促使水泥膠砂的自收縮能力隨之而降低，并且會(huì)隨著粉煤灰摻量的增加，水泥膠砂的自收縮能力隨之而減小。隨著礦粉摻量的不斷增大，水泥膠砂的自收縮能力也會(huì)隨之而降低。在降低水泥膠砂自收縮能力上，礦粉的貢獻(xiàn)率較大，促使摻礦粉水泥膠砂后期的自收縮性能得以改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫 強(qiáng). 粉煤灰、磨細(xì)礦粉對(duì)水泥膠砂性能影響的試驗(yàn)研究[J]. 建筑工程技[2]術(shù)與設(shè)計(jì)， 2017， （10）：5530-5531.

陳旭， 李紹純， 孟書靈，等. 復(fù)合礦物摻合料對(duì)水泥膠砂性能和強(qiáng)度的影響研究[J]. 混凝土， 2018， 348（10）：107-110+119.

[3]鄭小青， 周澤友. 礦物摻和料與再生骨料對(duì)水泥強(qiáng)度和收縮性能的影響[J]. 硅酸鹽通報(bào)， 2017， 36（1）：191-196.

[4]周智明. 礦粉和粉煤灰雙摻對(duì)混凝土成本影響研究[J]. 混凝土世界， 2018， （8）：74-77.