矿物掺合料对混凝土新拌及力学性能影响分析

矿物掺合料对混凝土新拌及力学性能影响分析

聂雅梅

中铁一局集团建筑安装工程有限公司 陕西省西安市 710000

摘要：针对混凝土性能问题，从矿物掺合料作用机理、试验方法和结果等方面进行分析。通过运用实践表明：在混凝土中掺入一定量矿物掺合料，可有效提高混凝土性能，减小混凝土孔隙的比，提高混凝土强度。

关键词：矿物掺合料、混凝土、力学性能、影响

现阶段，混凝土是建筑工程的主要结构材料。据不完全统计，我国每年至少使用20亿立方混凝土，由于一般混凝土其耐久性差，施工技术水平不均衡，使得混凝土强度低，耐久性混凝土在建筑工程中使用有局限性，由于建筑构筑物自重大，后期维修成本高。而矿物掺合料的使用，能减少水泥用量，改善混凝土的耐久性和工作性能。同时，还能减少掺合料对环境的排放污染，具有良好的环保性和经济性。针对目前新拌混凝土中经常使用的三种矿物掺合料为材料，通过对比试验来研究，矿物掺合料对混凝土耐久性和工作性能的影响。

1、矿物掺合料概述

矿物掺合料是一种辅助胶凝材料，在混凝土配制时加入适量的，可以有效改善塑性新拌混凝土性能的无机细粉矿物。

常用的包括：粉煤灰、沸石粉、矿渣粉等，它和外加剂掺与不掺有所不同，具体表现为：①水化作用不同：不掺外加剂与水泥水化作用；掺合料与水泥水化，对水化产物有一定作用；②掺量不同：外加剂的掺入量小于水泥质量5%；掺合量的掺入量大于水泥用量5%；③硅酸盐熟料不同：在水泥生产中，外加剂不参与；掺合量可替代部分硅酸盐熟料，增加水泥生产量。改善水泥性能的稳定性。

2、原材料试验

2.1原材料

水泥：P.O42.5级，试验得：28d抗折强度8.9MPa，抗压强度48.3MPa，比表面积3148kg/m³。

水：自来（生活）水。

粉煤灰：F类II级，试验得：细度14.6%，28d活性指数76.8%，比表面积2235kg/m³。

矿粉：S95级，试验得：密度2.9g/cm³，28d活性指数97.0%，比表面积400～450m2/kg，流动比104%。

聚羧酸减水剂：试验得：减水率26%，固含量15%。

粗骨料：试验得：5-16mm；16-31.5mm连续级配碎石；细骨料：试验得：河砂，细度模数2.8。

沸石粉：试验得：表观密度2700kg/m³，比表面积475m²/kg。

2.2配合比

粉煤灰、矿粉、沸石粉使用等量替代水泥的方式掺入混凝土，掺量分别为10%、20%、30%、40%、50%，配合比见下表1。减水剂掺量根据混凝土坍落度调整使用。

表1 掺合料配合比试验（对比）参数（kg/ m³）

2.3试验方法和仪器

2.3.1本试验主要检测掺矿物料与不掺矿物料混凝土的抗压强度、抗冻性能等技术要求。试验操作参照对应《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。

经时混凝土塌落度损失测定:在配合比试配过程中，测定初始（出机时）混凝土坍落度；当初始混凝土坍落度检测完成后，立即将混凝土装入适合测定要求塑料桶内，桶口覆盖塑料膜（避免水分蒸发）。1h后对混凝土坍落度再次进行复测，根据本次测定的混凝土塌落度测定值，进行这两次混凝土塌落度，经过1小时候后计算塌落度损失大小。

2.3.2测定混凝土抗冻性及电通量用试验仪器：混凝土快速冻融试验机、混凝土氯离子电通量测定仪。

3、混凝土抗冻性及电通量试验及结果分析

3.1新拌混凝土性能

新拌混凝土性能包括：坍落度、粘聚性、保水性、流动性。坍落度损失等，用来综合反映新拌制混凝土的工作性能。通过试验控制混凝土坍落度满足要求，减少混凝土泌水、坍落度损失等。由于矿物掺合料的颗粒表面织构、比表面积不同，给混凝土性能产生的影响也不同。现以坍落度损失为代表，分析不同矿物掺合料经过试验检测来验证对混凝土的影响。

试验多次的配比验证显示：在混凝土掺入矿物掺合料后，60min的坍落度变化明显。掺入粉煤灰后，坍落度明显低于J0组；随着掺入量的增加，坍落度的降低幅度越来越明显；而掺入矿粉、沸石粉后，坍落度也有一定的损失，但损失比较小，其中沸石粉的损失最小，（提示：在混凝土中掺入沸石粉能增加混凝土的保水性。）通过试验对比表明，粉煤灰具有保持坍落度的作用，将其掺入混凝土中能增强流动性，这和本试验结论存在差异。

粉煤灰孔隙率、比表面积均比较高，随着掺入量的增加，为保证混凝土正常工作流动性，通常会掺入减水剂，因为其有保水、减水成分，能提高拌合物的坍落度损失功能。工程施工中，很多材料的需水量比较大，结合本试验结果，对于粉煤灰、沸石粉等材料，可酌情增加减水剂用量，从而改善拌合物的坍落度保持能力和流动性，避免用水量过大影响混凝土强度。

3.2抗冻性能和抗氯离子渗透性能

第一，抗冻性能试验：使用快冻法进行抗冻性能试验，为防止含气量差异带来的影响，取含气量2.5%±0.2，每冻融循环25次，测定1次冻弹性模量和冻融循环质量损失率。

试验结果显示，J0组的抗冻性能最佳，抗冻等级F200；在保持其他因素不变的基础上，单独掺入矿粉、粉煤灰或沸石粉，随着掺入量的不断增加，拌合物的抗冻性能逐渐降低，当掺入量达40.0%时，拌合物可承受75次冻融循环，判定：抗冻等级F50。

分析C10-C40组冻融循环结果发现，当矿物掺合料掺入量为40%时，第50次、第75次的抗冻等级都是F50。混凝土拌合物经由冻融循环处理后，试件基本良好，个别表现为水泥浆剥蚀，冻融循环质量损失率在50.0%以下。

第二，抗氯离子渗透性能。保持矿物掺合料掺入总量不变，改变矿粉、粉煤灰、沸石粉的占比，检测混凝土拌合物的抗氯离子渗透性能。

结果显示：矿物掺合料掺入总量为40%时，随着粉煤灰占比的增加，电通量逐步减少，当三者比例为3：1：1时，28d电通量为641.6C。当粉煤灰掺入量占比100%时，电通量增大，和上述电通量相比，28d电通量提124%。这是因为混凝土拌合物中的矿物掺合料占比不同，使得胶凝材料出现叠加级配效应；但矿物掺合料比例为3：1：1时，胶凝材料的级配最优，浆体密实度最佳，从而使混凝土拌合物的电通量最小。此时，抗氯离子渗透性能最优。

3.3掺矿物掺合料抗压强度的对比分析

经过混凝土拌合物抗压强度试验得知：随着粉煤灰、沸石粉掺入量的逐步增加，当超过40%后，抗压强度逐渐降低。

其中，掺入量从10.0%增至30.0%时，强度增加；从40%增至50%时，无降低。说明：用沸石粉、粉煤灰替代等量水泥，会降低混凝土抗压强度，矿物掺合料取代量越大，抗压强度降低越明显。

矿粉掺入后，抗压强度也发生变化，即：3d龄期时，抗压强度降低；7d、28d龄期时，抗压强度提高，并且矿粉掺入量越多，抗压强度越高。究其原因：矿粉火山灰活性高，内含玻璃体能溶解生成C-S-H凝胶，使得混凝土强度得到提升。

4、结语

综上所述，在混凝土中掺入一定量矿物掺合料，能有效改善混凝土的工作性能。本文通过试验研究，得出以下结论：

1. 石粉孔隙率高，能在维持混凝土坍落度的同时，减少减水剂的用量；

2. 矿物掺合料掺入量大于40%时，混凝土抗冻等级为F50；矿粉掺入量为20%时，混凝土抗氯离子渗透性能最好；

3. 粉煤灰、沸石粉掺量超过40%后降低混凝土抗压强度，矿粉则提高混凝土抗压强度。

参考文献：

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