大摻量礦物摻合料對混凝土抗壓強度的影響

郝傳文，李德朋，張春榮

（中國建筑第七工程局有限公司北方公司，沈陽 110044）

礦物摻合料在混凝土中的使用比較廣泛，礦物摻合料既能替代水泥，又能利用工業廢渣，被譽為混凝土的“第六組分”［1］。目前，國內外使用較多的礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅灰。

抗壓強度是混凝土最基本的物理力學性能，混凝土其他各項性能的研究也是在混凝土抗壓強度的基礎上進行的。目前，國內外對單摻混凝土及復摻混凝土抗壓強度進行了大量研究，但對大摻量礦物摻合料混凝土性能進行系統研究的還不多。該文對摻加粉煤灰、礦粉等大摻量礦物摻合料混凝土的抗壓強度進行了試驗研究，主要研究礦物摻合料的摻量對不同齡期的混凝土抗壓強度的影響，為礦物摻合料混凝土在實際工程中應用提供科學依據。

1 試 驗

1.1 原材料

水泥：沈陽冀東水泥廠生產的42.5級普通硅酸鹽水泥；

礦粉：遼寧鐵嶺產礦粉；

粉煤灰：遼電Ⅰ級粉煤灰；

減水劑：萘系減水劑；

水：沈陽地區自來水。

1.2 方法

采用粉煤灰、礦粉單摻，礦粉與粉煤灰總摻量為50%的復合變摻量的方法，試樣成型為100mm×100mm×100mm 的立方體，脫模后置于標準養護室中養護至規定齡期。依據GBT 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》，用數顯萬能試驗機對試樣進行抗壓強度測試。混凝土配合比為膠凝材料∶水∶石∶砂＝1∶0.38∶2.73∶1.82，萘系減水劑用量為0.9%。礦粉與粉煤灰摻量及其混凝土抗壓強度見表1。

表1 礦粉與粉煤灰摻量及其混凝土抗壓強度

2 結果與分析

2.1 礦粉摻量對混凝土抗壓強度的影響

礦粉摻量為0、30%、40%、50%、60%時，在標準條件下養護3d、7d、28d，對礦粉混凝土進行了抗壓強度測試，結果見圖1。

從圖1中可以看出，混凝土的抗壓強度隨礦粉摻量的增加而降低，而且隨著礦粉摻量的增加，混凝土抗壓強度降低效果更明顯；礦粉摻量為50%時，混凝土3d抗壓強度降低率為46.1%，28d抗壓強度降低率為23.6%，混凝土后期的抗壓強度降低速率減慢。這主要是因為礦粉的火山灰活性小于水泥，所以摻加礦粉的混凝土的早期抗壓強度降低明顯，但礦粉中含有大量的活性SiO2和Al2O3，有較高的潛在活性，能與水泥熟料水化產物Ca（OH）2發生二次水化反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣［2］，這樣就增加了水化產物的總量，提高了混凝土的密實度，從而提高了混凝土后期的抗壓強度，但礦粉的摻量較大，不足以彌足混凝土強度的損失。

2.2 粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響

粉煤灰摻量為0、30%、40%、50%、60%時，在標準條件下養護3d、7d、28d，對粉煤灰混凝土進行了抗壓強度測試，結果見圖2。

從圖2中可以看出，混凝土的抗壓強度隨粉煤灰摻量的增加而降低，而且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土抗壓強度降低效果更明顯；粉煤灰摻量為50%時，混凝土3d抗壓強度降低率為46.1%，28d抗壓強度降低率為28.6%，混凝土后期的抗壓強度降低減慢。這主要由于粉煤灰不具有獨立的水硬性，因此在早齡期混凝土抗壓強度較低。由于粉煤灰具有火山灰活性效應，其玻璃體微珠表層活性的SiO2及Al2O3通過與水泥水化產物Ca（OH）2發生化學反應，生成品質較好的低堿性水化產物，而水化產物能有效的填充水泥顆粒間的孔隙，同時粉煤灰中富含大量的玻璃微珠，能使水泥顆粒解絮擴散，從而產生減水、潤滑、改善混凝土的密實性［3］，因此粉煤灰混凝土后期的抗壓強度有較大提高。但粉煤灰的摻量較大，粉煤灰的活性不如水泥，不足以彌足混凝土強度的損失。

2.3 礦粉與粉煤灰復合變摻量對混凝土抗壓強度的影響

礦粉＋粉煤灰的摻量為0、40%＋10%、30%＋20%、20%＋30%、10%＋40%時，在標準條件下養護3d、7d、28d，對礦粉和粉煤灰復摻混凝土進行了抗壓強度測試，結果見圖3。

從圖3中可以看出，復摻礦粉和粉煤灰的混凝土的抗壓強度均低于基準混凝土抗壓強度；復摻混凝土的早期抗壓強度降低較大，后期抗壓強度損失較小。礦粉和粉煤灰摻量分別為30%和20%時，混凝土3d 抗壓強度降低率為37%，28d抗壓強度降低率為15.9%，混凝土抗壓強度降低最小。這是因為：首先同時摻入粉煤灰和礦渣，一方面填充了水泥水化和硬化過程中殘留的孔隙，另一方面，復合摻料中的細微顆粒均勻分散到水泥漿體中會成為大量水化產物的核心，隨著水化過程的進展，這些細微顆粒及其水化產物填充了水泥石的孔隙，從而改善了水泥漿體的孔結構，使混凝土的抗壓強度升高［4］；其次，礦粉本身具有一定的水硬性，同時水泥、礦粉、粉煤灰組成的三元體系的級配得到優化，使硬化漿體的孔隙率降低，從而提高了該組混凝土的后期強度［5］。

3 結論

a.當礦粉摻量在30%～60%時，混凝土的抗壓強度隨礦粉摻量的增加而降低，混凝土28d抗壓強度降低較小。

b.當粉煤灰摻量在30%～60%時，混凝土的抗壓強度隨粉煤灰摻量的增加而降低，混凝土28d抗壓強度降低較小。

c.礦粉與粉煤灰總摻量為50%時，混凝土28d抗壓強度與基準混凝土28d抗壓強度相比降低較小，可見兩者復摻能夠互為補充、互為促進，對混凝土抗壓強度貢獻更多作用；當礦渣和粉煤灰的摻量分別為30%和20%時，對混凝土強度貢獻作用最佳。

［1］Joao A.Rossignolo，Marcos V C Agnesini.Mechanical Properties of Polymer－modified Lightweight Aggregate Concrete［J］.Cement and Concrete Research，2002，32：329－334.

［2］王新杰，馬 星.礦物摻合料對混凝土杭壓強度的影響［J］.粉煤灰綜合利用，2009（6）：36－37.

［3］王偉奇，徐麗萍，魏學文.粉煤灰摻合料對混凝土力學性能的影響［J］.黑龍江水利科技，2006，（3）：24－25.

［4］張林春，張愛蓮，鄧宏衛.礦物摻合料對粉煤灰陶粒混凝土抗壓強度的影響［J］.混凝土，2010（6）：83－85.

［5］楊榮俊，楊玉啟.礦渣和粉煤灰細摻料復配對配制高性能混凝土的影響［A］.第二屆高性能混凝土學術研討會論文集［C］.濰坊：中國硅酸鹽協會，1999：70－76.