掺不同混合材对水泥混凝土及外加剂性能影响的探讨

高延金 徐元勋

摘要：随着单掺或复掺（粉煤灰＋矿粉）混合材掺量的增大，水泥及混凝土的凝结时间延长，细磨矿粉比粉煤灰和易性、与外加剂适应性都较好。水泥与混凝土的早期强度都不同程度的下降，矿渣对水泥的强度影响较小，掺粉煤灰对水泥强度影响较大。

关键词：水泥；矿粉；粉煤灰；混凝土；外加剂

中图分类号：TV331文献标识码： A

0前言

针对使用量较大的粉煤灰、矿渣等混合材不同掺量对水泥、混凝土性能影响以及与外加价的适应性进行了试验研究，对优化水泥混合材配比、改善水泥及混凝土性能提供参考。我们对矿粉单掺、粉煤灰单掺、矿粉、粉煤灰复掺试验以及与外加剂适应性等试验，并进行了分析总结如下。

1.试验用材料与试验方法、仪器

1.1试验材料

1.1.1水泥：PI 52.5硅酸盐水泥，试验小磨制备比表面积362m2/kg

1.1.2 混合材

1.1.2.1矿粉：小磨制备比表面积413m2/kg

1.1.2.2 粉煤灰：小磨制备比表面积451m2/kg

1.1.3 外加剂：七星岩高效减水剂FDN

1.1.4 砂：细度模数2.8

1.1.5石子：5～31.5连续级配

1.2配制试验水泥样品

在PI型硅酸盐水泥中掺入不同种类、不同配比的混合材（见下表）

编号 单掺试验 编号 复掺试验

PI% 矿渣% 粉煤灰% PI% 矿渣% 粉煤灰%

P 100 0 0 KF-1 50 40 10

K-1 90 10 0 KF-2 50 35 15

K-2 85 15 0 KF-3 50 30 20

K-3 80 20 0 KF-4 50 25 25

K-4 75 25 0 KF-5 50 20 30

K-5 70 30 0 KF-6 50 15 35

K-6 65 35 0 复掺外加剂试验

K-7 60 40 0 编号 PI% 矿渣% 粉煤灰% 外加剂%

K-8 55 45 0 KF/-1 50 40 10 0.8

K-9 50 50 0 KF/-2 50 35 15 0.8

F-1 90 0 10 KF/-3 50 30 20 0.7

F-2 85 0 15 KF/-4 50 25 25 0.7

F-3 80 0 20 KF/-5 50 20 30 0.7

F-4 75 0 25 KF/-6 50 15 35 0.7

F-5 70 0 30 / / / / /

F-6 65 0 35 / / / / /

F-6/ 65 0 35（未粉磨） / / / / /

1.3 试验方法、仪器

1.3.1水泥标准稠度用水量、凝结时间的测定按现行GB1346进行。水泥胶砂试体试验按现行GB17671（ISO法）进行。

1.3.1试验用仪器设备：Ф500mm×500mm标准试验磨、净浆搅拌机、胶砂搅拌机、振实台、抗折试验机、水泥抗压试验机等。

2.水泥胶砂试验

2.1试验数据见下表

项目

编号 初凝

h：min 终凝

h：min 标稠用

水量% 安定性 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa) R3～R28增长值(MPa) R3/R28

（%） 抗压强度比（%）

3d 28d 3d 28d R/3/R3(%) R/28/R28(%)

PI 2：24 3：27 24.0 合格 5.7 8.9 31.4 53.5 22.1 59 100 100

K-1 2：34 3：29 25.2 合格 6.1 8.3 30.3 50.6 20.3 60 96 95

K-3 2：58 4：00 25.6 合格 5.5 7.4 27.1 47.9 20.8 57 86 90

K-5 2：43 3：39 25.0 合格 5.5 7.8 25.0 48.4 23.4 52 80 90

F-1 2：31 3：27 26.4 合格 5.2 8.1 26.9 47.8 20.9 56 86 89

F-3 2：46 3：43 27.0 合格 5.2 8.5 25.5 47.0 21.5 54 81 88

F-5 3：34 4：44 28.4 合格 4.2 6.9 19.8 39.1 19.3 51 63 73

KF-1 3：30 4：36 25.8 合格 3.3 7.2 15.4 39.3 23.9 39 49 73

KF-2 3：33 4：46 26.4 合格 3.5 7.7 16.2 36.8 20.6 44 52 69

KF-3 3：26 4：37 26.6 合格 3.5 7.6 16.0 36.4 20.4 44 51 68

KF-4 3：56 4：05 26.8 合格 3.4 7.4 15.4 34.4 19.0 45 49 64

KF-5 4：05 5：30 27.4 合格 3.4 6.7 14.7 34.9 20.2 42 47 65

注：R3～R28增长值：3d～28d抗压强度增长值；

R3/R28：3d抗压强度与28d抗压强度比值；

R/3/R3：试验样品3d抗压强度与基准样品3d抗压强度比值；

R/28/R28：试验样品3d抗压强度与基准样品3d抗压强度比值。

2.2水泥胶砂试验情况分析

2.2.1凝结时间

从上表可以看出：掺入矿粉水泥的初凝、终凝时间较基准样延长约30min；掺入粉煤灰水泥的初凝、终凝时间较基准样延长约70min；复掺水泥的初凝、终凝时间较基准样延长约90～120min。

由此可得出：一般情况下随着混合材掺量的增大，水泥的初凝、终凝时间相对延长。

2.2.2需水量

水泥中在加入矿粉后与基准样品比较，水泥的需水量基本持平；加入粉煤灰后随着粉煤灰掺量的增大需水量而增加；在复掺试验中水泥的需水量也是随煤灰掺量的增大而增加。

由此可得出：磨细矿粉掺量的增加对需水量影响不大。磨细粉煤灰及复掺时对水泥的需水量都是随煤灰掺量的增大而增加。

2.2.3强度

与基准样品比较，加入矿渣、粉煤灰等混合材后水泥的3d、28d强度都不同程度的下降。在单掺试验中，掺矿粉对水泥的强度影响较小；掺粉煤灰对水泥强度影响较大，随着混合材掺量的增大，水泥的3d、28d强度越低，但后期增进率高。

3混凝土试验

3.1混凝土试验用配合比

3.1.1单掺及复掺混合材试验配合比

胶凝材料 砂 碎石 水

372 677 1204 197

1 1.82 3.23 0.53

3.1.2外加剂试验配合比

编号 胶凝材料 砂 碎石 水 外加剂%

KF/-1 372 677 1204 153 0.8

1 1.82 3.23 0.41

KF/-2 372 677 1204 153 0.8

1 1.82 3.23 0.41

KF/-3 372 677 1204 153 0.7

1 1.82 3.23 0.41

KF/-4 372 677 1204 153 0.7

1 1.82 3.23 0.41

KF/-5 372 677 1204 153 0.7

1 1.82 3.23 0.41

KF/-6 372 677 1204 153 0.7

1 1.82 3.23 0.41

3.2试验情况及分析

3.2.1试验数据（见附表）

3.2.2.1坍落度分析

从试验数据可知：

a 加入矿粉的混凝土拌合物较粉煤灰和易性好，坍落度随着掺量的增加而增大，而秘水性差；

b 掺入粉煤灰混凝土拌合较矿粉和易性差，随着掺量的增加而增大，当加入粉煤灰后则混凝土拌合物需水量增加，而保水性好。

c F-6较其它掺粉煤灰的混凝土拌合物坍落度高，F-6掺粉煤灰未经过细磨，未破坏粉煤灰的珠状颗粒，表面较光滑，在各种集料之间起着滚珠作用，润滑集料表面，从而改善水泥浆体的流动性。

d 加入矿粉与外加剂适应性较粉煤灰混凝土拌合物性能好些。

3.2.2.2强度分析

a矿粉单掺

掺矿粉的样品3d、7d抗压强度与基准样品的抗压强度相比持平或略有下降，总的趋势是随着矿粉的掺量增大而下降，但是K-1～K-7的28d强度与基准样品强度比较持平或略有增长。K-5编号样品与基准样品抗压强度比3d为79%，28d达到104%。

b粉煤灰单掺

掺粉煤灰的样品3d、7d抗压强度与基准样品3d、7d抗压强度相比较，都有不同程度降低，总的趋势是随着粉煤灰的掺量增大而降低。当粉煤灰掺量在25%以内时其28d强度与基准样品比较略低或持平。

c掺合料复掺

随矿粉掺量的减少、粉煤灰掺量的增大，混凝土的3d、7d强度呈下降趋势，28d抗压强度可以基本持平。

4 结束语

4.1单掺矿粉、粉煤灰及其复掺随着掺量的增加对水泥、混凝土的拌和物性能有不同程度的影响，细磨矿粉比粉煤灰的需水量小、和易性好、与外加剂的适应性好，但泌水大。

4.2单掺矿粉、粉煤灰及复其掺随着掺量的增加对水泥、混凝土的力学性能都有影响，在混凝土中加入适量矿粉对其早期强度有所降低，但对后期强度有一定的贡献。加入粉煤灰对其早期强度降低较大，后期强度增进率低于矿粉。在复掺时还可适量增加粉煤灰的掺量，对混凝土28d抗压强度降低但影响不很大。

4.3矿粉、粉煤灰二者复掺使用兼顾混凝土早期强度与后期强度，混凝土的早期强度呈下降趋势，后期抗压强度基本持平。

5 参考文献

5.1 冯乃谦等《新实用混凝土大全》，科学出版社。

5.2 隋同波、文寨军、王晶《水泥品种与性能》，化学工业出版社。

5.3JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》。

附表 混凝土试验数据

编号 坍落度

（mm） 泌水

(%) 抗压强度MPa 3～28d抗压强度增长值(MPa) 7～28d抗压强度增长值(MPa) R3抗压强度

增长率% R7抗压强度

增长率% 抗压强度比（%）

3d 7d 28d R/3/R3 R/7/R7 R/28/R28

PI 75 无 26.6 33.4 38.4 11.8 5 69 87 100 100 100

K-1 78 1.2 25.0 30.2 38.6 13.6 8.4 65 78 94 90 101

K-2 83 1.25 25.1 32.1 37.7 12.6 5.6 67 85 94 96 98

K-3 90 1.3 24.2 32.0 39.2 15 7.2 62 82 91 96 102

K-4 95 1.5 23.3 30.5 38.8 15.5 8.3 60 79 88 91 101

K-5 98 1.8 21.1 30.7 40.1 19 9.4 53 77 79 92 104

K-6 100 1.8 21.7 28.8 38.4 16.7 9.6 57 75 82 86 100

K-7 102 2.0 19.6 27.6 37.1 17.5 9.5 53 74 74 83 97

K-8 105 1.8 18.7 26.9 36.0 17.3 9.1 52 75 70 81 94

K-9 118 1.9 18.3 26.1 33.9 15.6 7.8 54 77 69 78 88

F-1 65 2.5 22.4 26.4 34.5 12.1 8.1 65 77 84 79 90

F-2 75 1.9 23.8 29.2 37.7 13.9 8.5 63 77 89 87 98

F-3 60 1.4 22.3 27.2 37.4 15.1 10.2 60 73 84 81 97

F-4 40 0.93 23.8 28.6 38.7 14.9 10.1 61 74 89 86 101

F-5 50 2.0 19.7 24.5 35.6 15.9 11.1 55 69 74 73 93

F-6 55 1.25 17.4 21.6 33.9 16.5 12.3 51 64 65 65 88

F-6/ 80 2.4 16. 21.0 30.8 14.8 9.8 52 68 60 63 80

KF-1 80 无 15.9 21.8 30.1 14.2 8.3 53 72 60 65 78

KF-2 80 无 16.2 21.4 31.2 15 9.8 52 69 61 64 81

KF-3 80 无 15.1 19.9 29.5 14.4 9.6 51 67 57 60 77

KF-4 80 2.1 14.1 19.8 29.3 15.2 9.5 48 68 53 59 76

KF-5 80 3.6 13.7 18.6 29.5 15.8 10.9 46 63 52 56 77

KF-6 85 3.8 13.6 18.3 29.0 15.4 10.7 47 63 51 55 76

KF/-1 170 — 25.8 32.8 40.8 15 8 63 80 97 98 106

KF/-2 150 — 34.7 42.8 53.2 18.5 10.4 65 80 130 128 139

KF/-3 140 — 31.0 39.0 52.9 21.9 13.9 59 74 117 117 138

KF/-4 135 — 28.2 35.8 45.8 17.6 10 62 78 106 107 119

KF/-5 125 — 27.4 34.7 46.1 18.7 11.4 59 75 103 104 120

KF/-6 120 — 26.9 34.6 45.4 18.5 10.8 59 76 101 104 118