粉煤灰和礦粉對水泥膠砂自收縮的影響研究

彭博

摘要：粉煤灰和礦粉對水泥膠砂自收縮會產生極大的影響，在一般情況下，隨著水化齡期的不斷延長，會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展速度較快，呈現出急劇發展趨勢，粉煤灰促使水泥膠砂的自收縮能力下降，并且會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。本文對粉煤灰和礦粉原材料及試驗方法進行分析，探究粉煤灰和礦粉對水泥膠砂自收縮的影響。

關鍵詞：粉煤灰;礦粉;水泥膠砂;自收縮

前言：礦物摻合料在實際的應用過程中可取代水泥來使用，對減少水泥石早期裂縫及延緩水泥石的自收縮增長具有重要作用，使混凝土的耐久性得以大大提升。有相關的人員通過研究提出，粉煤灰及礦粉對混凝土自收縮會產生極大的影響，通過在混凝土中摻入優質的粉煤灰，會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生的影響規律不一，本文將粉煤灰和礦粉對水泥膠砂自收縮的影響作為重點研究內容。

一、粉煤灰和礦粉原材料及試驗方法

（一）粉煤灰和礦粉原材料

在本次實驗原材料的選取中，使用的水泥為海螺牌P·O52.5水泥，水泥的密度為3.15g/cm3，抗壓強度為58.8MPa。使用的粉煤灰為I級粉煤灰，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，細度為2.56，屬于中砂，級配合格，最大粒徑一般為2.36mm。使用的水以自來水為主。在制砂時，礦粉及粉煤灰一般是采用單摻及雙摻方式來實現，將水膠比控制在0.3，將膠砂比控制在1：0.5[1]。

（二）粉煤灰和礦粉試驗方法

在本次試驗中所做的模具，使用的原材料一般為透明的有機玻璃，為了確保在自收縮測試期間，在模具內水泥膠砂不會遭受到外力的約束而出現自由脹縮變形情況，需要將硅油均勻的涂抹在有機玻璃管內壁上，將其放置在溫度為（20±3）℃，濕度為（60±5）%的環境下，在已經涂抹硅油的有機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頭埋入進去，在對模具兩端進行密封處理時主要是使用熔化的石蠟，在試驗臺的指定位置處平放已經制作好的試模，為了避免出現泌水情況，需要將試模每隔5min按照順時針方向對其進行旋轉，試模在制作期間，還需要對水泥膠砂的初凝時間進行測試，在自制的架子底板上平放試模，并對千分表的高度進行調整，使用膠水將試模固定在測試裝置的底板墊塊上，對不同水化齡期的千分表讀數進行測讀，讀數的結果即為水化齡期試件的長度[2]。

二、粉煤灰和礦粉對水泥膠砂自收縮的影響

（一）粉煤灰的影響

粉煤灰對水泥膠砂自收縮會產生較大的影響，一般情況下會隨著水化齡期的不斷延長，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呈現出急劇發展趨勢。在相同的水化齡期間，由于粉煤灰摻量的增加，導致水泥膠砂的自收縮能力隨之而下降。例如，在水化時間為1h時，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，F20）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%。一般在密閉的環境中，極易降低摻粉煤灰水泥膠砂的自收縮能力，引發該種情況的產生與粉煤灰參與水化反應的速度及程度低于水泥有直接關系，火山灰反應活性一般要到90d以后才能夠得到充分的發揮，大大降低了粉煤灰的火山灰反應速度。同時，還由于粉煤灰顆粒會抑制化學減縮，降低了摻粉煤灰水泥膠砂的自收縮能力。

（二）礦粉的影響

礦粉會對水泥膠砂的自收縮產生較大的影響，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，并且還會隨著礦粉含量的不斷增加，導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。之所以會出現該種情況，是因為礦粉在等量取代水泥后，進而導致水泥數量隨之而降低，若水膠比較低，會增加水/水泥的比例，有效的改善了自干燥作用而引發的自收縮效應的產生，隨著礦粉摻量的增加而呈現出增加趨勢。若水泥膠砂的水化高于8天時，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。在水化的時間為21天時，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，通過將礦粉摻入進來后，受水化反應作用影響，礦粉的化學減縮相較于水泥較高，化學減縮的增大，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速度較快[3]。

（三）粉煤灰和礦粉雙摻影響

在對粉煤灰和礦粉雙摻影響進行探究時，以摻20%摻合料的水泥膠砂作為主要研究對象，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。若三者的水化時間為24h，自收縮效果會較為接近，并且還會隨著水化齡期的不斷延長，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%。以往的相關研究結果顯示，通常在24h以內礦粉活性的發揮較小，相較于礦粉粉煤灰的微集料效應更大，增加了水泥水化產物，因自干燥效應及化學減縮而引發的自收縮較大。通常在水化24h后，礦粉自身的活性能夠充分的發揮出來，促使水泥漿體的化學減縮隨之而增大，在礦粉的作用下，使水泥漿體的孔結構得以細化，凝膠孔比率明顯提升，而毛細孔的比率會隨之而下降，增大了毛細管的負壓及水泥膠砂自收縮能力。粉煤灰火山灰之所以會出現反應，受水泥水化析出的氫氧化鈣激發而形成，速度及反應活性均明顯降低，由于所摻入的比例較高，促使反應活性隨之而降低，增加了后期水泥石彈性的模量。因此，在粉煤灰火山灰反應的影響下，會引發自干燥效應及化學減縮效應的產生，促使自收縮能力明顯降低[4]。

結論：隨著水化齡期的延長，促使水泥膠砂的自收縮能力不斷增大，早期自收縮發展呈現出急劇發展趨勢。粉煤灰促使水泥膠砂的自收縮能力隨之而降低，并且會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隨之而降低。在降低水泥膠砂自收縮能力上，礦粉的貢獻率較大，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：

[1]孫 強. 粉煤灰、磨細礦粉對水泥膠砂性能影響的試驗研究[J]. 建筑工程技[2]術與設計， 2017， （10）：5530-5531.

陳旭， 李紹純， 孟書靈，等. 復合礦物摻合料對水泥膠砂性能和強度的影響研究[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水泥強度和收縮性能的影響[J]. 硅酸鹽通報， 2017， 36（1）：191-196.

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