礦物質摻和料對高性能混凝土的影響

魯越 遙馳

摘 要：本文主要從礦渣粉的礦物組成出發，通過多種配合比設計，研究并分析了礦物質摻和料對高性能混凝土的影響。包括高性能混凝土的力學性能及電阻率等。

關鍵詞：礦物質摻和料；高性能混凝土；影響

1 引言

經研究發現，礦物質摻合料的使用能夠顯著提高混凝土的抗滲性，尤其是在較長齡期的情況下。具體表現在使用單摻粉煤灰、磨細礦渣粉以及兩者復摻配合比的混凝土在較長齡期時擁有極低的電通量數值，較高的電阻率數值。

2 礦渣粉的礦物組成

礦渣粉的礦物組成是以無定形的玻璃體結構為主，含有少量的晶體礦物。其中我國的礦渣粉中玻璃體的的含量一般在85%以上。在礦渣粉中晶體礦物是鈣黃長石、鈣長石、硅酸二鈣，硅酸一鈣和硫化物等。其中硅酸二鈣在冷卻速度較快的時候是以β型為主，但是當冷卻速度較慢的時候則以γ型為主。β型硅酸二鈣具有很強的膠凝性，而γ型硅酸二鈣幾乎沒有膠凝性。因此，這種晶型的轉換不僅引起礦渣粉的粉化，也使得礦渣粉的活性降低。礦渣粉中的二氧化硅通常與堿性氧化物形成硅酸鹽礦物。在堿性礦渣粉中，由于堿性氧化物較為充足，所以主要形成硅酸二鈣。在酸性礦渣粉中，由于堿性氧化物含量不充足，所以主要形成硅酸一鈣，過剩的二氧化硅則是以無定形的二氧化硅形態存在。

3 礦物質摻和料對高性能混凝土的影響

3.1 磨細礦渣對C60混凝土力學性能的影響

C60高性能混凝土選擇0.30和0.33兩種水膠比，以分析不同水膠比條件下性能的差異。磨細高爐礦渣仍采用相對小摻量的情況，兩種水膠比的摻量均為10% ，20%和30%，摻有磨細礦渣的高性能混凝土砂率控制在0.41。

由圖1可以看出，水膠比對不同礦渣摻量的混凝土強度影響非常明顯，同樣是0.30水膠比的混凝土強度在各齡期都高于0.33水膠比的。與摻入粉煤灰不同的是，無論在28d齡期還是90d齡期，摻入不同摻量礦渣的各配合比的C60混凝土的強度普遍高于基準混凝土，說明礦渣微粉對混凝土強度的貢獻很大，在早期就能較好地參與到水泥石體系當中發揮自身的活性，起到增強作用。對于0.33水膠比的C60混凝土，在28d齡期時基準混凝土的強度最低，其值為68.6 MPa，隨著混凝土組分中礦渣摻量的逐漸增加，強度在28 d齡期呈遞增趨勢，其中摻有30%礦渣的強度達到72.1 MPa，較基準混凝土增高了5.1。在90d齡期時，三個摻有磨細礦渣的復摻組分的抗壓強度值相差不大，其中摻有20%礦渣的配合比強度最高，為73MPa。可以看出，在0.33水膠比條件下，礦渣可以等量取代水泥量一直到30% 。

對于0.30水膠比的C60混凝土，發現其28d的強度已經達到很高的水平，各個配合比在28d的抗壓強度值甚至超過了0.33水膠比的90d強度。這可能是因為0.30水膠比的C60混凝土含水量極低，摻入磨細礦渣后其微細顆粒的密實填充效應在早期占據強度的主導地位，其更加緊密堆積的結構使其在早期就能擁有非常高的強度值。而0.33水膠比的混凝土由于其水泥石結構中水分明顯多于前者，礦物細摻料的顆粒填充作用已經不能起到對強度的主導地位，而是需要綜合其自身活性的發揮相互疊加。從圖中可以看出在28d齡期的情況下基準混凝土的抗壓強度值最低，為75.8 MPa，摻有20%磨細礦渣的混凝土28d強度最高，已經超過基準混凝土達到78.9MPa，較基準混凝土增加了4.09%。在90d齡期時，基準混凝土的抗壓強度值與摻有10%磨細礦渣的配合比組分的強度接近，但明顯低于另外兩組摻有磨細礦渣的混凝土。其中摻有20%礦渣混凝土的90d強度最高達到83.3MPa。可以看出對于0.30水膠比時礦渣等量取代水泥在20%時可以獲得最理想的增強效果。相同水膠比的高強混凝土摻入礦渣以后強度明顯高于摻入粉煤灰的情況，這可能歸因于磨細礦渣摻合料在水泥石結構中的微細顆粒填充和其自身的火山灰活性能夠更好的相互疊加，二者的綜合作用致使礦渣在早期就能發揮很好的強度貢獻值，后期強度仍然持續增長。

3.2 磨細礦渣對C60混凝土電阻率的影響

本文試驗對摻有磨細高爐礦渣粉的C60混凝土仍然選取0.30和0.33兩種水膠比，測試評價其90d齡期電阻率。

由圖2可以看出，在90d齡期的情況下，各個配合比的C60混凝土在水膠比為0.30的電阻率都要高于水膠比為0.33的電阻率值，正好吻合了電通量測試結果所得出的低水膠比混凝土擁有較低的電通量數值。兩種水膠比的C60混凝土隨著其中礦渣摻量的逐漸增加，其90d電阻率數值也逐漸增大，趨勢大致相同。水膠比為0.30時，基準混凝土的電阻率數值最低，為2644Ω·m，礦渣摻量繼續升高到30%時的電阻率最高，其數值為3945Ω·m，較基準混凝土增加了49.21 %。水膠比為0.33時，摻有不同摻量礦渣混凝土的電阻率較基準混凝土幾乎呈直線上升趨勢，其中摻有30%礦渣粉的混凝土電阻率最高，為3441Ω·m，較基準混凝土的2135Ω·m提高了61.17%。說明了礦渣的摻入極大地改善了混凝土各齡期的電阻率，從而使混凝土擁有更高的抗滲性能。

4 結語

綜上，磨細礦渣的使用可以顯著提高混凝土的抗壓強度，并且在較早齡期的時候就能表現出來。摻有磨細礦渣的C60混凝土強度普遍高于摻有粉煤灰的混凝土，其中0.30水膠比的摻有20%礦渣的配合比在90d抗壓強度最高，達到83.3MPa。對于水膠比較大的C30混凝土，28d齡期表現為摻入礦渣后混凝土的強度逐漸下降，而混凝土56d齡期的強度則強力反彈，其中摻有30%礦渣的配合比強度最高為55.43 MPa。

參考文獻：

[1] 胡紅梅，馬保國.礦物摻合料對混凝土耐久性的影響及其作用機理[J].福建建材，2011（1）：21～30.

[2] 秦鴻根，潘鋼華，孫偉.摻粉煤灰高性能混凝土耐久性研究[J].混凝土與水泥制品，2005（5）：11～13.