礦物摻合料對水工混凝土性能的影響研究

董麗秋

(阜蒙縣水利事務服務中心，遼寧 阜新蒙古族自治縣 123100)

0 引 言

混凝土作為一種人造材料，在各種結(jié)構(gòu)工程等建筑領域的應用非常廣泛[1-2]。水工結(jié)構(gòu)施工要十分重視混凝土的工作性能，如保水性、黏聚性、流動性，還要考慮其耐水性和力學性能[3]。顯然，混凝土的成型質(zhì)量在一定程度上取決于拌合物的工作性能，如流動性過大會對混凝土硬化成型及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成影響[4]。所以，為實現(xiàn)物理力學性能的良好混凝土必須具備較好的工作性能，在制備過程中要合理使用外加劑和各種摻合料。我國擁有豐富的工業(yè)廢棄物資源(礦粉、硅粉、粉煤灰)，如何對其資源化利用和轉(zhuǎn)化逐漸成為工程材料研究應用的熱點問題[5]。因此，文章通過室內(nèi)試驗法，研究了不同摻量及摻加方式情況下硅粉、礦粉、粉煤灰等礦物摻合料對水工混凝土性能的影響，在此基礎上揭示其變化規(guī)律，可為提高水工結(jié)構(gòu)耐久性和質(zhì)量提供借鑒。

1 研究方法

1.1 原材料性能

試驗所用水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢驗水泥各項指標均符合規(guī)范設計要求，能夠用于試驗研究；粗細骨料選用級配合理粒徑5-30mm的機制碎石和河沙，各項性能均符合規(guī)范要求；以礦粉、硅粉和粉煤灰為摻合料，其中礦粉主要是改善混凝土性能、減少用水量和降低水化熱，型號為S75級；硅粉的比表面積為22 000m2/kg，粉煤灰為Ⅱ級，試驗用膨潤土的膨脹倍數(shù)為9.0，拌合水為自來水，并摻入適量的FDN-1 Ⅱ型高效減水劑。

1.2 配合比設計

根據(jù)現(xiàn)有工程實例和相關研究成果，合理設計水工混凝土基準配合比如表1。然后考慮具體要求和實際情況優(yōu)化調(diào)整有關參數(shù)，即按照和易性、凝固時間等實際情況調(diào)整用水量和膠凝材料用量。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整確定最終用量：減水劑0.8kg/m3、粗細骨料均為750kg/m3、膨潤土80kg/m3、用水量320kg/m3、砂率60%、水膠比0.35。

表1 基準配合比設計

研究表明，摻合料的摻和比例不宜超過50%，摻合料摻量過高會影響混凝土的耐久性和力學性能，達不到性能改善的目的。因此，本試驗按照0%、15%、30%的比例用礦粉、硅粉、粉煤灰摻合料等量替代水泥，以三摻和兩兩混摻的方式進行試驗。

1.3 試驗方法

目前，工程中較為常用的兩種測試混凝土工作性能的方法是坍落度法和維勃稠度法[6-7]，結(jié)合實際情況和試驗目的擬利用坍落度法測量拌合物性能，試驗過程中嚴格執(zhí)行《水工混凝土試驗規(guī)程》，所用到的設備有鐵板、鋼尺、小鏟、搗棒和坍落度筒。試驗開始之前應先濕潤坍落度筒壁，然后將多余水分擦干并放置于濕潤后的鋼板上，將拌制好的混凝土倒入已固定好的坍落度筒內(nèi)至2/3高處，用搗棒振搗密室后繼續(xù)裝填充滿；垂直提起坍落度筒，靜置10s后測量混凝土坍落度即為圓柱體的下降高度；完全鋪開后，調(diào)整角度測量混凝土鋪開的最小和最大半徑，取兩者的平均值即為擴展度。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

根據(jù)以上試驗方法和設計方案測試混凝土擴展度、坍落度，整理統(tǒng)計相關試驗數(shù)據(jù)如表2。

表2 試驗檢測結(jié)果

由表2可知，不同配合比的混凝土擴展度、坍落度試驗結(jié)果存在較大差異，表明混凝土工作性能受摻合料摻加方式和摻量的影響較大。

2.2 不同摻量的影響

為了進一步探討混凝土工作性能受礦物摻合料摻量的影響，整理分析不同摻量下混凝土的擴展度、坍落度變化曲線如圖1。從圖1可以看出，雙摻硅粉和粉煤灰時，隨摻量的增加混凝土擴展度、坍落度均表現(xiàn)出增大趨勢；在其它摻和方式下，隨摻量的增加混凝土擴展度、坍落度均表現(xiàn)出減小趨勢，其中雙摻礦粉和粉煤灰的減小幅度最小，雙摻礦粉和硅粉的減小幅度較大[8]。深入分析，硅粉和礦粉都能在一定程度上減弱混凝土的流動性，二者的綜合作用致使混凝土擴展度、坍落度減小幅度更加明顯。然而，摻量從0%增加至15%時的減小幅度明顯>從15%增加至30%是，究其原因可能是硅粉、礦粉的填充效應隨產(chǎn)量的增大趨于弱化，所以礦粉和硅粉摻量明顯增大后可以發(fā)揮一定的微粒潤滑作用，對于硅粉、礦粉減弱混凝土流動性具有抵消作用。

2.3 不同摻加方式的影響

為進一步探討混凝土擴展度、坍落度受不同摻和方式的影響，對比分析礦物摻和料不同摻加方式下的擴展度、坍落度如圖2。從圖2可以看出，摻量為15%情況下，混凝土擴展度、坍落度受不同摻加方式的影響存在一定差異，其中雙摻硅粉和粉煤灰的擴展度、坍落度表現(xiàn)出增加的變化趨勢，其它摻加方式下均表現(xiàn)出減小的變化趨勢；摻量為30%情況下，混凝土擴展度、坍落度受不同摻加方式的影響也表現(xiàn)出相似的變化趨勢，即雙摻硅粉和粉煤灰的擴展度、坍落度也表現(xiàn)出增加的變化趨勢，其它摻加方式下均表現(xiàn)出減小的變化趨勢[9]。

a.擴展度變化 b.塌落度變化

綜上分析，雙摻硅粉和粉煤灰時能夠明顯增大混凝土的擴展度、坍落度，相同條件下能夠使擴展度和坍落度達到最大；雙摻礦粉和硅粉時可以明顯減少混凝土的擴展度、坍落度，相同條件下能夠使擴展度、坍落度達到最小。深入分析可知，礦粉和硅粉都具有減弱混凝土流動性的作用，兩者的疊加作用使得混凝土擴展度、坍落度減小幅度更大；雙摻硅粉和粉煤灰時，硅粉降低混凝土擴展度和坍落度的作用明顯小于粉煤灰的增大作用，所以混凝土擴展度、坍落度總體呈現(xiàn)出增大趨勢[10-13]。

3 結(jié) 論

采取室內(nèi)試驗的方式，研究了不同摻量和摻加方式情況下硅粉、礦粉、粉煤灰三種摻合料的混凝土工作性能，主要得出以下結(jié)論：

1)雙摻硅粉和粉煤灰情況下，隨摻量的增加混凝土擴展度和坍落度呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢；隨摻量的增加三摻、礦粉與硅粉雙摻、礦粉與粉煤灰雙摻條件下，混凝土擴展度和坍落度均表現(xiàn)出減小趨勢，其中雙摻礦粉和粉煤灰情況下的減小幅度較小，雙摻礦粉和硅粉情況下的減小幅度較大。

2)混凝土擴展度、坍落度受不同摻加方式的影響存在一定差異，即硅粉和粉煤灰雙摻的混凝土擴展度、坍落度表現(xiàn)出增大趨勢，其它摻加方式表現(xiàn)出減小變化趨勢，并且礦粉和硅粉雙摻時混凝土的擴展度、坍落度最小。