矿物质掺和料对高性能混凝土的影响

鲁越 遥驰

摘 要：本文主要从矿渣粉的矿物组成出发，通过多种配合比设计，研究并分析了矿物质掺和料对高性能混凝土的影响。包括高性能混凝土的力学性能及电阻率等。

关键词：矿物质掺和料；高性能混凝土；影响

1 引言

经研究发现，矿物质掺合料的使用能够显著提高混凝土的抗渗性，尤其是在较长龄期的情况下。具体表现在使用单掺粉煤灰、磨细矿渣粉以及两者复掺配合比的混凝土在较长龄期时拥有极低的电通量数值，较高的电阻率数值。

2 矿渣粉的矿物组成

矿渣粉的矿物组成是以无定形的玻璃体结构为主，含有少量的晶体矿物。其中我国的矿渣粉中玻璃体的的含量一般在85%以上。在矿渣粉中晶体矿物是钙黄长石、钙长石、硅酸二钙，硅酸一钙和硫化物等。其中硅酸二钙在冷却速度较快的时候是以β型为主，但是当冷却速度较慢的时候则以γ型为主。β型硅酸二钙具有很强的胶凝性，而γ型硅酸二钙几乎没有胶凝性。因此，这种晶型的转换不仅引起矿渣粉的粉化，也使得矿渣粉的活性降低。矿渣粉中的二氧化硅通常与碱性氧化物形成硅酸盐矿物。在碱性矿渣粉中，由于碱性氧化物较为充足，所以主要形成硅酸二钙。在酸性矿渣粉中，由于碱性氧化物含量不充足，所以主要形成硅酸一钙，过剩的二氧化硅则是以无定形的二氧化硅形态存在。

3 矿物质掺和料对高性能混凝土的影响

3.1 磨细矿渣对C60混凝土力学性能的影响

C60高性能混凝土选择0.30和0.33两种水胶比，以分析不同水胶比条件下性能的差异。磨细高炉矿渣仍采用相对小掺量的情况，两种水胶比的掺量均为10% ，20%和30%，掺有磨细矿渣的高性能混凝土砂率控制在0.41。

由图1可以看出，水胶比对不同矿渣掺量的混凝土强度影响非常明显，同样是0.30水胶比的混凝土强度在各龄期都高于0.33水胶比的。与掺入粉煤灰不同的是，无论在28d龄期还是90d龄期，掺入不同掺量矿渣的各配合比的C60混凝土的强度普遍高于基准混凝土，说明矿渣微粉对混凝土强度的贡献很大，在早期就能较好地参与到水泥石体系当中发挥自身的活性，起到增强作用。对于0.33水胶比的C60混凝土，在28d龄期时基准混凝土的强度最低，其值为68.6 MPa，随着混凝土组分中矿渣掺量的逐渐增加，强度在28 d龄期呈递增趋势，其中掺有30%矿渣的强度达到72.1 MPa，较基准混凝土增高了5.1。在90d龄期時，三个掺有磨细矿渣的复掺组分的抗压强度值相差不大，其中掺有20%矿渣的配合比强度最高，为73MPa。可以看出，在0.33水胶比条件下，矿渣可以等量取代水泥量一直到30% 。

对于0.30水胶比的C60混凝土，发现其28d的强度已经达到很高的水平，各个配合比在28d的抗压强度值甚至超过了0.33水胶比的90d强度。这可能是因为0.30水胶比的C60混凝土含水量极低，掺入磨细矿渣后其微细颗粒的密实填充效应在早期占据强度的主导地位，其更加紧密堆积的结构使其在早期就能拥有非常高的强度值。而0.33水胶比的混凝土由于其水泥石结构中水分明显多于前者，矿物细掺料的颗粒填充作用已经不能起到对强度的主导地位，而是需要综合其自身活性的发挥相互叠加。从图中可以看出在28d龄期的情况下基准混凝土的抗压强度值最低，为75.8 MPa，掺有20%磨细矿渣的混凝土28d强度最高，已经超过基准混凝土达到78.9MPa，较基准混凝土增加了4.09%。在90d龄期时，基准混凝土的抗压强度值与掺有10%磨细矿渣的配合比组分的强度接近，但明显低于另外两组掺有磨细矿渣的混凝土。其中掺有20%矿渣混凝土的90d强度最高达到83.3MPa。可以看出对于0.30水胶比时矿渣等量取代水泥在20%时可以获得最理想的增强效果。相同水胶比的高强混凝土掺入矿渣以后强度明显高于掺入粉煤灰的情况，这可能归因于磨细矿渣掺合料在水泥石结构中的微细颗粒填充和其自身的火山灰活性能够更好的相互叠加，二者的综合作用致使矿渣在早期就能发挥很好的强度贡献值，后期强度仍然持续增长。

3.2 磨细矿渣对C60混凝土电阻率的影响

本文试验对掺有磨细高炉矿渣粉的C60混凝土仍然选取0.30和0.33两种水胶比，测试评价其90d龄期电阻率。

由图2可以看出，在90d龄期的情况下，各个配合比的C60混凝土在水胶比为0.30的电阻率都要高于水胶比为0.33的电阻率值，正好吻合了电通量测试结果所得出的低水胶比混凝土拥有较低的电通量数值。两种水胶比的C60混凝土随着其中矿渣掺量的逐渐增加，其90d电阻率数值也逐渐增大，趋势大致相同。水胶比为0.30时，基准混凝土的电阻率数值最低，为2644Ω·m，矿渣掺量继续升高到30%时的电阻率最高，其数值为3945Ω·m，较基准混凝土增加了49.21 %。水胶比为0.33时，掺有不同掺量矿渣混凝土的电阻率较基准混凝土几乎呈直线上升趋势，其中掺有30%矿渣粉的混凝土电阻率最高，为3441Ω·m，较基准混凝土的2135Ω·m提高了61.17%。说明了矿渣的掺入极大地改善了混凝土各龄期的电阻率，从而使混凝土拥有更高的抗渗性能。

4 结语

综上，磨细矿渣的使用可以显著提高混凝土的抗压强度，并且在较早龄期的时候就能表现出来。掺有磨细矿渣的C60混凝土强度普遍高于掺有粉煤灰的混凝土，其中0.30水胶比的掺有20%矿渣的配合比在90d抗压强度最高，达到83.3MPa。对于水胶比较大的C30混凝土，28d龄期表现为掺入矿渣后混凝土的强度逐渐下降，而混凝土56d龄期的强度则强力反弹，其中掺有30%矿渣的配合比强度最高为55.43 MPa。

参考文献：

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[2] 秦鸿根，潘钢华，孙伟.掺粉煤灰高性能混凝土耐久性研究[J].混凝土与水泥制品，2005（5）：11～13.