粉煤灰與礦渣粉雙摻對混凝土性能影響

2020-12-06 砼話

0引言

混凝土使用的膠凝材料已由「水泥」「水泥+粉煤灰」向「水泥+粉煤灰+粒化高爐礦渣粉（以下簡稱礦渣粉）」轉變，粉煤灰、礦渣粉在物理、化學性質方面具有較好的互補性，在水泥混凝土中同時摻入粉煤灰和礦渣粉，可充分利用水泥熟料、粉煤灰和礦渣粉的不同形態、不同粒徑大小、不同表面活性按一定比例進行搭配，充分發揮粉煤灰和礦渣粉的活性效應、形態效應、微集料效應，較之單摻粉煤灰或礦渣粉在改善混凝土和易性、體積穩定性、早期強度、後期強度、耐久性方面均有明顯的提高，並可提高摻合料取代水泥的比例，從而降低混凝土生產成本。本文主要研究了粉煤灰與礦渣粉以不同比例雙摻後對混凝土拌合物性能（初始坍落度、初始擴展度、和易性、1h坍落度）和硬化混凝土抗壓強度的影響，並對其經濟效益進行分析，得出粉煤灰與礦渣粉雙摻時性價比高的配比，對預拌混凝土的生產具有一定的指導作用。

1原材料和實驗方法

1.1原材料

（1）水泥：選用大田紅獅水泥有限公司生產的水泥，強度等級為P·O42.5R，其主要性能指標見表1。

（2）細集料：中砂，其細度模數為Mx=2.8，表觀密度2610kg/m3，含泥量為1.0%，泥塊含量為0.2%。

（3）粗集料：5～31.5mm連續粒級，表觀密度2620kg/m3，含泥量為0.2%，泥塊含量為0.0%。

（4）粉煤灰：選用福建新源粉煤灰開發有限公司生產的粉煤灰，經檢測該粉煤灰為F類Ⅱ級粉煤灰，細度45um篩篩餘為13.5%，需水量比為90%，強度活性指數為72%，燒失量為1.8%。

（5）礦渣粉：選用福建省三安環保資源有限公司生產的S95級礦渣粉，其密度為2.91g/cm3，比表面積為435m2/kg，28d活性指數為109%，流動度比為102%，燒失量為1.2%。

（6）外加劑：福建省建築科學研究院技術開發部生產的緩凝高效減水劑，其減水率為19%。

1.2實驗方法

新拌混凝土的初始坍落度H0、1h坍落度H60、初始擴展度L0等指標的測定按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GB/T50080進行。硬化混凝土立方體抗壓強度按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2002進行。

2混凝土配合比設計

膠凝材料總用量為400kg/m3，水膠比固定為0.39，砂率為40%，粉煤灰按10%、20%、30%、40%和礦渣粉按10%、20%、30%、40%雙摻（總摻量不大於60%）等量取代水泥，緩凝高效減水劑摻量為膠凝材料總用量的1.8%。根據水泥、粉煤灰、礦渣粉的不同摻量，本實驗具體的混凝土配合比及試驗結果見表2。

註：1、編號F***中各數值代表膠凝材料的質量比，如F811為80%的水泥，10%的粉煤灰，10%的礦渣粉。2、表中價格為每立方米混凝土膠凝材料的價格

3試驗結果與分析

3.1粉煤灰和礦渣粉雙摻對新拌混凝土和易性的影響

從表2中編號為F1000、F811、F712、F613、F514、F415及F1000、F721、F622、F523、F424試驗中可以看出，當粉煤灰摻量一定時，隨著礦渣粉摻量的增加，初始坍落度、1h坍落度、初始擴展度均變大，坍落度損失減小。這是因為礦渣粉經粉磨後的顆粒稜角大部分被磨圓，顆粒形態類似於卵石甚至接近於球體，從而增大混凝土的流動性，同時摻入的礦渣粉能減小新拌混凝土的屈服應力，也可在一定程度上改善混凝土的和易性。礦渣粉的比表面積較大，對水的吸附力強，混凝土拌合物的水分蒸發速度減緩，泌水量同時也會下降，因此改善了混凝土的粘聚性和保水性，減緩了混凝土的坍落度損失。

從表2中編號為F1000、F811、F721、F631、F541及F1000、F712、F622、F532、F442試驗中可以看出，當礦渣粉摻量一定時，隨著粉煤灰摻量的增加，初始坍落度、1h坍落度、初始擴展度均變大，因粉煤灰顆粒比水泥顆粒小且含有大量的球狀玻璃微珠，粉煤灰的摻入能有效降低混凝土的內聚力和粘滯係數，減小其運動阻力，對提高混凝土拌合物的流動性具有積極作用。

表2示出了不同粉煤灰和礦渣粉摻量混凝土拌合物性能的試驗結果，從表2中可知，隨著摻合料總摻量的增大，混凝土拌合物的初始坍落度、1h坍落度、初始擴展度均增大，且拌合物和易性良好，僅F433、F424兩組出現少量泌水，且當摻合料總摻量≥40%以上，混凝土拌合物的1h坍落度損失顯著減小，大部分損失在10~40mm之間。粉煤灰和礦渣粉雙摻之後能有效降低單方混凝土的用水量，改善混凝土拌合物的和易性，且總摻量越大效果越顯著，單從混凝土和易性方面考慮，摻合料的總摻量應≥40%，才能較好地體現粉煤灰和礦渣粉的雙摻效應。

3.2粉煤灰和礦渣粉雙摻對硬化混凝土抗壓強度的影響

3.2.1粉煤灰摻量一定時混凝土抗壓強度隨礦渣粉摻量的影響

圖1～圖4分別示出了粉煤灰摻量為10%、20%、30%、40%時混凝土抗壓強度隨礦渣粉摻量的變化曲線。由圖1～圖4可知混凝土的早期強度（3d、7d）均小於基準混凝土抗壓強度，並隨礦渣粉摻量的增加而下降，且摻合料總摻量越大強度下降幅度越大。當粉煤灰摻量為10%時，礦渣粉摻量≤30%時，混凝土的28d抗壓強度、60d抗壓強度均比基準混凝土高，且礦渣粉摻量為40%、50%時，混凝土的28d抗壓強度、60d抗壓強度下降幅度較小；當粉煤灰摻量為20%～40%時，混凝土的28d、60d抗壓強度均比基準組低，F721、F622、F631、F523、F532這五組的抗壓強度比基準組強度下降0.6%～5.5%，其餘組抗壓強度下降13%～21%。

3.2.2礦渣粉摻量一定時混凝土抗壓強度隨粉煤灰摻量的影響

圖5～圖8分別示出了礦渣粉摻量為10%、20%、30%、40%時混凝土抗壓強度隨粉煤灰摻量的變化曲線。由圖5～圖8可知混凝土的早期強度（3d、7d）均小於基準混凝土的抗壓強度，並隨著粉煤灰摻量的增加而下降。當礦渣粉摻量為10%時，僅F811這組的混凝土28d、60d抗壓強度比基準混凝土高；當礦渣粉摻量為20%時，僅F712這組的混凝土28d、60d抗壓強度比基準混凝土高，F622、F532這兩組混凝土的60d抗壓強度比基準組分別略低1.7%、5.0%；當礦渣粉摻量為30%時，僅F613這組的混凝土28d、60d抗壓強度比基準混凝土高；當礦渣粉摻量為40%時，混凝土抗壓強度均比基準混凝土低。

3.2.3摻合料摻量對混凝土抗壓強度的影響

圖9示出了不同摻合料摻量下抗壓強度隨摻合料摻量的變化曲線。

從圖9可知，混凝土的早期強度（3d、7d）隨著摻合料摻量的增加而逐漸降低，且摻合料摻量越大強度降低越多，混凝土後期抗壓強度中僅F811、F712、F613比基準組高，而F514、F415、F721、F622、F631、F531這六組的抗壓強度比基準組略低0.6%～5.5%，F424、F541、F433、F442這四組的抗壓強度比基準組低13%～21%。粉煤灰、礦渣的主要化學組成是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等，但礦渣粉與粉煤灰的活性不同，從原材料檢測結果可知，礦渣粉的28d活性指數（礦渣粉佔水泥質量的50%）為109%，粉煤灰的28d活性指數（粉煤灰佔水泥質量的30%）為72%，礦渣粉的活性指數優於粉煤灰，因此在粉煤灰摻量≤30%，礦渣粉摻量≤30%時各組混凝土的後期強度隨礦渣粉含量的增大而增大的。當摻合料總摻量為60%時，混凝土早期強度較低且後期強度增長有限，均比基準組低主要是因為摻合料取代水泥量較多，水泥水化析出的Ca(OH)2總量減少，不利於激發摻合料的活性。

4結論

通過研究分析，可得出以下結論：

（1）雙摻粉煤灰和礦渣粉能起到較好的減水效果，能有效改善混凝土的和易性，當摻合料總摻量60%以下時摻量越大效果越明顯。

（2）雙摻粉煤灰和礦渣粉的混凝土早期抗壓強度均小於基準配合比強度，當粉煤灰摻量為10%、礦渣粉摻量≤30%混凝土的後期強度均高於基準配合比強度；當粉煤灰摻量為20%～30%，礦渣粉摻量≤30%時混凝土的60d抗壓強度比基準配合比下降較小，但摻合料總摻量為60%時，強度下降較大。（來源：《福建建材》2017）

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