粉煤灰及矿粉的性能及应用

周玉兵

摘要：本文论述了粉煤灰、矿粉及二者复合使用对混凝土工作性能和耐久性能的影响，以及在商品混凝土中的应用。

关键词：粉煤灰；矿粉；应用

中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：1674―3024（2016）07―06―02

前言

为了减少水泥用量，降低环境污染，利用废物，改善混凝土性能，粉煤灰及矿粉在商品混凝土中的应用在全国各地快速发展起来。

1粉煤灰对混凝土性能的影响

1.1粉煤灰对混凝土工作性能和力学性能的影响

（1）粉煤灰能够改善混凝土和易性。

（2）改善混凝土的泵送性能，通过加入粉煤灰可以实现混凝土长距离泵送。

（3）由于粉煤灰混凝土的水泥用量较少，延长了凝结时间。

（4）粉煤灰混凝土的早期强度低，后期强度高。

1.2粉煤灰对混凝土耐久性的影响

（1）降低混凝土水化热。

（2）提高混凝土抗渗性能。

（3）抗碳化能力：只要加强混凝土表面养护，充分发挥粉煤灰的活性效应，提高混凝土的密实度，粉煤灰混凝土的抗碳化能力基本上可以达到基准混凝土的水平。

（4）抗冻融能力：按照现有标准进行混凝土抗冻试验，粉煤灰混凝土的抗冻能力会出现低于基准混凝土的现象。出现这种现象的主要原因往往是试验时混凝土的龄期不足，粉煤灰没有充分发挥作用，如果试验龄期推迟到60d甚至90d，其抗冻能力将显著提高。

（5）混凝土收缩：粉煤灰对混凝土的收缩影响不大。

2矿粉对混凝土性能的影响

2.1矿粉对混凝土工作性能和力学性能的影响

（1）矿粉能够改善混凝土和易性。

（2）拌合物粘聚性增加，不易分层离析，可泵性好。

（3）延长凝结时间，坍落度损失小，有利于夏季施工。

（4）矿粉比表面积在430m2/kg～520m2/kg之间，掺量在30%～40%范围，增强效应表现得最为显著。

2.2矿粉对混凝土耐久性的影响

（1）混凝土水化热：掺加矿粉，可降低浆体水化热，单掺量小于50%时，水化热降低不明显。当达到70%掺量时，3d和7d水化热分别降低约36%和29%。

（2）抗渗性能：混凝土密实性提高，从而大幅提高混凝土的抗渗性能。

（3）抗碳化能力：在达到相同强度的条件下掺矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土具有相同的抗碳化作用能力。

（4）抗冻融能力：掺加矿粉，对混凝土的抗冻融性能有一定的改善作用，随混凝土标号的不同提高的幅度在25～50次范围。

（5）混凝土收缩：与基准混凝土相比，收缩值均无明显变化。

3矿粉与粉煤灰的复合使用对混凝土性能的影响

3.1矿粉与粉煤灰的复合使用对混凝土工作性能和力学性能的影响

（1）矿粉和粉煤灰复配配制混凝土，可以充分发挥二者的“优势互补效应”，使混凝土的坍落度增加，和易性好，粘聚性好，泌水也得到了改善，同时混凝土成本可显著降低。

（2）粉煤灰等量取代水泥时，28天强度基本上都比空白混凝土强度低，而矿粉在合适的掺量下会使混凝土28天强度稍有提高。因此，二者复合使用还可兼顾混凝土早期强度与后期强度。

3.2矿粉与粉煤灰的复合使用对混凝土耐久性的影响

（1）降低混凝土水化热：对要求严格控温的大体积混凝土，矿粉和粉煤灰复配是理想的矿物掺合料组合，降低了混凝土的水化热，可以有效减少混凝土早期温缩裂缝的出现。

（2）混凝土抗渗性能：混凝土中掺加矿粉和粉煤灰复配，发挥掺合料的微集料效应和二次水化反应，可以使混凝土孔径细化，连通孔减少，混凝土密实度提高，从而大幅度提高混凝土的抗渗性能。

（3）保证了抗碳化能力。

（4）保证了抗冻融能力。

（5）混凝土抗裂性能：矿粉与粉煤灰复掺改善抗裂性效果优于矿粉单掺。

4粉煤灰、矿粉及二者复合使用存在的问题

4.1粉煤灰应用中存在的问题

不同等级粉煤灰应用中存在的问题：Ⅰ级粉煤灰产量低、价格高，可降低混凝土粘度，但配制低强度等级混凝土会出现粘度不足；Ⅱ级粉煤灰一般采用超量法取代水泥，总胶凝材料量大，影响混凝土的抗裂性能，坍落度损失增加，早期强度低，影响施工进度；Ⅲ级粉煤灰大幅度提高混凝土用水量，降低混凝土强度，易出现离析泌水现象，严重影响外观质量。

4.2矿粉使用中存在的问题

矿粉的质量要严格控制，特别是矿粉的细度。因为矿粉是否能够充分发挥活性，很大程度上取决于它的细度。一旦其细度大幅度降低，会给混凝土带来诸多问题，如：粘聚性下降出现离析和泌水；凝结时间延长；早期强度降低，甚至28d强度也会不同程度降低等。

4.3粉煤灰与矿渣粉复合使用存在的问题

尽管粉煤灰与矿渣粉复合使用能够优势互补，但不是随便复合就能够达到应有的目的。为了更好地发挥二者各自的优势，应选择合适的复合方式和复合比例。

避免利益驱动下盲目提高掺量，过大的掺量会明显延长混凝土的凝结时间，不利于施工。对竖向结构，掺量过高会使混凝土长期处于塑性状态，使混凝土发生较大沉降收缩，造成沿钢筋的环形裂缝。双掺粉煤灰和矿渣粉的混凝土对养护条件要求比一般不掺掺合料的混凝土更为苛刻。

5粉煤灰与矿粉复掺在混凝土中的应用

5.1原材料

（1）水泥：P. O 42.5，28天抗压强度50.3MPa

（2）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰

（3）砂：Ⅱ类中砂，细度模数2.7

（4）石：粒径为5～31.5 mm 的碎石

（5）外加剂：高效泵送剂，掺量1.3%

（6矿粉：S95级，其主要性能如下表

5.2试验方案

配合比设计参照JGJ55-2011并结合经验进行；拌合物坍落度及和易性观察根据GB/T50080-2002进行；抗压强度测定根据GB/T50081-2002进行；耐久性测定根据GB/T50082-2009进行。

本试验水胶比取0.50；粉煤灰按15%的固定掺量，采用外掺法；矿粉等量取代水泥，取代值分别为0%、20%、25%、30%、 35%、40%、50% ；

本试验中，我们采用固定胶凝材料量，根据水胶比选用不同用水量，砂率初步选为40%。

试件成型工艺流程如下：

（1）准备材料：各种原材料

（2）确定配比、称量：按照计算好的配比用天平称量好各成分的重量

（3）搅拌：采用机械搅拌

（4）成型：采用一平方米强制式振动台振实

（5）养护：拆模前用塑料保鲜膜覆盖，以保证含水率，外用洒水养护；达到拆模强度，拆模后浸水养护（14天）

（6）破型：采用NYJ2000 型压力机测定本试样的抗压强度

5.3试验

在水胶比同为0.5的条件下，对各矿粉掺量不同的新拌混凝土进行坍落度试验，表一为新拌混凝土坍落度经时损失的试验结果。

由上表可以看出，在相同水胶比下，随着矿粉掺量的加大，混凝土拌合物的坍落度也略有增加。但至掺量为30%后，矿粉的掺量增加，混凝土的粘聚性也增加，坍落度反而有所回落。混凝土拌合物的经时损失随着矿粉的增加有所减小，1小时几乎无损失。

表二为混凝土7天、28天、60天的抗压强度值

由此表可以看出，早期强度随着矿粉掺量的增加而下降，后期强度在矿粉掺量30%以下时，几乎无明显影响。

6结语

综上所述，对于商品混凝土搅拌站而言，矿粉的出现改变以往仅以粉煤灰为主要掺合料的局面，给配制混凝土带来了很大的方便。同时，粉煤灰与矿粉的复掺，既可以克服仅掺粉煤灰时取代水泥量有限的弱点，进一步降低水泥用量，还可以改善混凝土耐久性，同时节约能源，改善环境。因此，我们应在加大研究力度的同时，积极推广应用，不断总结经验，取长补短，使粉煤灰与矿粉可以最大程度上得以利用。