礦物摻和料對機制砂高強高性能混凝土影響的研究

于新榮李從波詹鎮峰寧成晉（佛山市鴻獅混凝土有限公司；廣州大學土木工程學院）

礦物摻和料對機制砂高強高性能混凝土影響的研究

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（1佛山市鴻獅混凝土有限公司；2廣州大學土木工程學院）

本文研究了礦物摻和料對機制砂高強高性能混凝土坍落度、擴展度、倒流時間和抗壓強度等性能的影響。結果表明：當復摻礦粉和粉煤灰，礦粉占膠凝材料的9.7%，粉煤灰占膠凝材料的9.1%時，機制砂混凝土工作性能最佳，坍落度和擴展度分別為225mm和575mm，倒流時間降低到8s，，且強度滿足要求，可以解決低石粉含量高強機制砂混凝土工作性和泵送性不能滿足高性能混凝土的問題。

機制砂；高強高性能混凝土；摻和料

1　引言

隨著我國經濟建設和基礎建設的飛速發展，以及我國對環境保護的重視，現有的天然砂資源已經不能滿足工程實際的需要，機制砂在工程中的應用逐年增大。機制砂則是經過除土處理，由機械破碎、篩分制成的粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業廢渣顆粒，且不包括軟質、風化的顆粒，由專門的制砂機生產，多數呈灰白色或黑色，一般含有10%～15%左右的石粉 （粒徑小于75um的巖石顆粒），粒形多呈三角體或方矩體，表面粗糙［1］。機制砂有級配差，細度模數大，表面粗糙有棱角、含有石粉等特點。機制砂的特性對于混凝土的工作性和力學性能有重要影響。礦物摻和料是配制高強高性能混凝土的重要材料，對礦物摻和料對機制砂高強高性能混凝土影響的研究，對配制機制砂高強高性能混凝土有重要的意義。

2　原材料

2.1 水泥

試驗用的水泥來自珠江水泥廠的P.O.42.5R水泥。

2.2 機制砂

機制砂來自廣東省梅州市茅山采石場生產的機制砂。石粉含量為3.5%；試驗測得機制砂的表觀密度為2670kg/m3，松散堆積密度為1620kg/m3，空隙率為35%，MB值為1.3。

2.3 碎石

試驗用的碎石為5～25mm的連續級配碎石。

2.4 礦物摻和料

⑴礦粉：試驗用的礦粉的主要性能如表1所示：

表1　礦粉主要化學成分和性能

⑵粉煤灰：試驗用的粉煤灰的主要性能如表2所示：

表2　粉煤灰性能檢測結果

⑶聚羧酸高性能減水劑：廣州西卡公司生產的粉劑。

3　試驗方案及配合比

⑴混凝土配合比參數為：水膠比為0.30，砂率為37%，減水劑為0.2%，高性能機制砂混凝土配合比為：膠結料：機制砂：碎石：水：減水劑=517：648：1103：155：1.034（單位：kg/m3）。膠結料為水泥、粉煤灰和礦粉。試驗時膠結料保持總量，按設計確定水泥、粉煤灰和礦粉的質量。

⑵混凝性能試驗

混凝土拌合后，測試混凝土拌合物的坍落度、擴展度等混凝土拌合物性能。澆模，并且在標準養護條件后，待到達齡期后進行抗壓強度測試。

4　試驗結果與分析

為配制價格低廉的高強高性能機制砂混凝土，本文研究了單摻不同礦粉、粉煤灰及混合礦粉和粉煤灰作摻和料的機制砂混凝土的工作性能以及強度影響規律，試驗結果如表3和圖1至圖4所示：

從表3和圖1中可以看出，在粉煤灰用量為零，單摻礦粉時，隨著礦粉從0增加到97kg時，混凝土的坍落度和擴展度呈增加的趨勢，坍落度從180mm增加到220mm，擴展度從490mm增加到580mm，工作性能越來越好。隨著礦粉的增加，混凝土的倒流時間從8s增加到15s，混凝土泵送性能較沒有摻加礦粉時有所下降。從圖2中可以看出，隨著礦粉的增加，機制砂混凝土的7d和28d抗壓強度都有所下降，但變化幅度不大，7d和28d強度分別維持70MPa和84MPa左右，均滿足C60高強高性能混凝土對強度要求。

表3　礦物摻和料對機制砂混凝土工作性和強度的影響

圖1　單摻礦粉的機制砂混凝土工作性能

圖2　單摻礦粉的機制砂混凝土強度

從表3和圖3中可以看出，在礦粉用量為零，粉煤灰摻量從0增加到60kg時，即單摻粉煤灰時，混凝土的坍落度和擴展度呈增加趨勢，坍落度從180mm增加到215mm，擴展度從490mm增加到570mm，均滿足高性能混凝土的要求。然而，當粉煤灰摻量增加到60kg時，混凝土出現泌水現象，混凝土流動性下降，混凝土拌和物倒流時間為12s，泵送性能也稍微變差。從圖4中可以看出，單摻粉煤灰時，機制砂混凝土強度，7d強度變化不是很大，維持70MPa左右，28d強度相對于沒有摻加粉煤灰時降低了3.7MPa，均滿足C60高強高性能混凝土對強度的要求。

圖3　單摻粉煤灰的機制砂混凝土工作性能

圖4　單摻粉煤灰的機制砂混凝土強度

當混合礦粉和粉煤灰，分別為50kg和47kg加入混凝土當中，混凝土坍落度和擴展度好，分別為225mm和575mm，混凝土的倒流時間減低到8s，泵送性能及工作性能均很好，強度滿足要求。主要是因為混合礦粉和粉煤灰后，使得體系中的各粒徑的顆粒級配更加合理，并且礦物摻合料產生的微集料填充效應，可以降低了粉體材料的空隙，改善其流動度，從而起到了對混凝土和易性的改善作用。同時，在混凝土中混合礦粉和粉煤灰作摻和料時，可以產生復合交互效應。在水化過程中可以相互激發產生復合膠凝效應，在復合膠凝體系中，水泥熟料最先進行水化，生成CSH和CH，其中的CH和水泥中的石膏可對礦粉、粉煤灰的水化起激發作用。且因礦粉水化活性、表面能較粉煤灰大，故其反應速度快，可以幫助 CSH凝膠的增加，且礦粉析出的Ca2+對粉煤灰顆粒周圍的CSH凝的形成起促進作用，由于粉煤灰顆粒中的鋁、硅相的溶解，能夠使得水化液相中的鋁、硅濃度增加且能增加礦粉的水化過程。因此，混合礦粉和粉煤灰作摻和料，使得混凝土形成更加密實的結構，起到改善機制砂混凝土的力學強度的作用。

綜上所述，通過礦物摻和料對機制砂混凝土工作性和強度影響的研究，發現礦粉和粉煤灰復摻技術，可以解決低石粉含量高強機制砂混凝土工作性差的問題。即當混合礦粉和粉煤灰分別為50kg和47kg（礦粉占膠凝材料的9.7%，粉煤灰占膠凝材料的9.1%）加入混凝土當中，此時機制砂混凝土工作性能最佳，坍落度和擴展度分別為225mm和575mm，混凝土的倒流時間降低到8s，泵送性能很好，且強度滿足要求。由于礦粉和粉煤灰價格低廉，礦粉和粉煤灰復摻技術經濟可行。

5　結語

⑴單摻礦粉時，混凝土的坍落度和擴展度分別可達到220mm和580mm，工作性能好，但是倒流時間為15s，機制砂混凝土的泵送性能一般；單摻粉煤灰時，混凝土的坍落度和擴展度分別可達到215mm和570mm，倒流時間12s，機制砂混凝土泵送性能一般，但當粉煤灰用量超過60kg（超過膠凝用量11.6%）時，混凝土開始出現泌水現象。

⑵礦粉和粉煤灰復摻技術，可以解決低石粉含量高強機制砂混凝土工作性和泵送性不能滿足高性能混凝土的問題。即當混合礦粉和粉煤灰分別為50kg和47kg（礦粉占膠凝材料的9.7%，粉煤灰占膠凝材料的9.1%）加入混凝土當中，此時機制砂混凝土工作性能最佳，坍落度和擴展度分別為225mm和575mm，混凝土的倒流時間降低到8s，泵送性能很好，且強度滿足要求。由于礦粉和粉煤灰價格低廉，礦粉和粉煤灰復摻技術經濟可行。

［1］陳家垅.人工砂一新型建筑用砂 ［J］.新型建筑材料，2002 （6）：31-33.