大掺量矿物掺合料对混凝土抗压强度的影响

郝传文，李德朋，张春荣

（中国建筑第七工程局有限公司北方公司，沈阳 110044）

矿物掺合料在混凝土中的使用比较广泛，矿物掺合料既能替代水泥，又能利用工业废渣，被誉为混凝土的“第六组分”［1］。目前，国内外使用较多的矿物掺合料有粉煤灰、矿粉和硅灰。

抗压强度是混凝土最基本的物理力学性能，混凝土其他各项性能的研究也是在混凝土抗压强度的基础上进行的。目前，国内外对单掺混凝土及复掺混凝土抗压强度进行了大量研究，但对大掺量矿物掺合料混凝土性能进行系统研究的还不多。该文对掺加粉煤灰、矿粉等大掺量矿物掺合料混凝土的抗压强度进行了试验研究，主要研究矿物掺合料的掺量对不同龄期的混凝土抗压强度的影响，为矿物掺合料混凝土在实际工程中应用提供科学依据。

1 试 验

1.1 原材料

水泥：沈阳冀东水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥；

矿粉：辽宁铁岭产矿粉；

粉煤灰：辽电Ⅰ级粉煤灰；

减水剂：萘系减水剂；

水：沈阳地区自来水。

1.2 方法

采用粉煤灰、矿粉单掺，矿粉与粉煤灰总掺量为50%的复合变掺量的方法，试样成型为100mm×100mm×100mm 的立方体，脱模后置于标准养护室中养护至规定龄期。依据GBT 50107—2010《混凝土强度检验评定标准》，用数显万能试验机对试样进行抗压强度测试。混凝土配合比为胶凝材料∶水∶石∶砂＝1∶0.38∶2.73∶1.82，萘系减水剂用量为0.9%。矿粉与粉煤灰掺量及其混凝土抗压强度见表1。

表1 矿粉与粉煤灰掺量及其混凝土抗压强度

2 结果与分析

2.1 矿粉掺量对混凝土抗压强度的影响

矿粉掺量为0、30%、40%、50%、60%时，在标准条件下养护3d、7d、28d，对矿粉混凝土进行了抗压强度测试，结果见图1。

从图1中可以看出，混凝土的抗压强度随矿粉掺量的增加而降低，而且随着矿粉掺量的增加，混凝土抗压强度降低效果更明显；矿粉掺量为50%时，混凝土3d抗压强度降低率为46.1%，28d抗压强度降低率为23.6%，混凝土后期的抗压强度降低速率减慢。这主要是因为矿粉的火山灰活性小于水泥，所以掺加矿粉的混凝土的早期抗压强度降低明显，但矿粉中含有大量的活性SiO2和Al2O3，有较高的潜在活性，能与水泥熟料水化产物Ca（OH）2发生二次水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙［2］，这样就增加了水化产物的总量，提高了混凝土的密实度，从而提高了混凝土后期的抗压强度，但矿粉的掺量较大，不足以弥足混凝土强度的损失。

2.2 粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响

粉煤灰掺量为0、30%、40%、50%、60%时，在标准条件下养护3d、7d、28d，对粉煤灰混凝土进行了抗压强度测试，结果见图2。

从图2中可以看出，混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低，而且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土抗压强度降低效果更明显；粉煤灰掺量为50%时，混凝土3d抗压强度降低率为46.1%，28d抗压强度降低率为28.6%，混凝土后期的抗压强度降低减慢。这主要由于粉煤灰不具有独立的水硬性，因此在早龄期混凝土抗压强度较低。由于粉煤灰具有火山灰活性效应，其玻璃体微珠表层活性的SiO2及Al2O3通过与水泥水化产物Ca（OH）2发生化学反应，生成品质较好的低碱性水化产物，而水化产物能有效的填充水泥颗粒间的孔隙，同时粉煤灰中富含大量的玻璃微珠，能使水泥颗粒解絮扩散，从而产生减水、润滑、改善混凝土的密实性［3］，因此粉煤灰混凝土后期的抗压强度有较大提高。但粉煤灰的掺量较大，粉煤灰的活性不如水泥，不足以弥足混凝土强度的损失。

2.3 矿粉与粉煤灰复合变掺量对混凝土抗压强度的影响

矿粉＋粉煤灰的掺量为0、40%＋10%、30%＋20%、20%＋30%、10%＋40%时，在标准条件下养护3d、7d、28d，对矿粉和粉煤灰复掺混凝土进行了抗压强度测试，结果见图3。

从图3中可以看出，复掺矿粉和粉煤灰的混凝土的抗压强度均低于基准混凝土抗压强度；复掺混凝土的早期抗压强度降低较大，后期抗压强度损失较小。矿粉和粉煤灰掺量分别为30%和20%时，混凝土3d 抗压强度降低率为37%，28d抗压强度降低率为15.9%，混凝土抗压强度降低最小。这是因为：首先同时掺入粉煤灰和矿渣，一方面填充了水泥水化和硬化过程中残留的孔隙，另一方面，复合掺料中的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中会成为大量水化产物的核心，随着水化过程的进展，这些细微颗粒及其水化产物填充了水泥石的孔隙，从而改善了水泥浆体的孔结构，使混凝土的抗压强度升高［4］；其次，矿粉本身具有一定的水硬性，同时水泥、矿粉、粉煤灰组成的三元体系的级配得到优化，使硬化浆体的孔隙率降低，从而提高了该组混凝土的后期强度［5］。

3 结论

a.当矿粉掺量在30%～60%时，混凝土的抗压强度随矿粉掺量的增加而降低，混凝土28d抗压强度降低较小。

b.当粉煤灰掺量在30%～60%时，混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低，混凝土28d抗压强度降低较小。

c.矿粉与粉煤灰总掺量为50%时，混凝土28d抗压强度与基准混凝土28d抗压强度相比降低较小，可见两者复掺能够互为补充、互为促进，对混凝土抗压强度贡献更多作用；当矿渣和粉煤灰的掺量分别为30%和20%时，对混凝土强度贡献作用最佳。

［1］Joao A.Rossignolo，Marcos V C Agnesini.Mechanical Properties of Polymer－modified Lightweight Aggregate Concrete［J］.Cement and Concrete Research，2002，32：329－334.

［2］王新杰，马 星.矿物掺合料对混凝土杭压强度的影响［J］.粉煤灰综合利用，2009（6）：36－37.

［3］王伟奇，徐丽萍，魏学文.粉煤灰掺合料对混凝土力学性能的影响［J］.黑龙江水利科技，2006，（3）：24－25.

［4］张林春，张爱莲，邓宏卫.矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的影响［J］.混凝土，2010（6）：83－85.

［5］杨荣俊，杨玉启.矿渣和粉煤灰细掺料复配对配制高性能混凝土的影响［A］.第二届高性能混凝土学术研讨会论文集［C］.潍坊：中国硅酸盐协会，1999：70－76.