矿物掺合料对轻骨料混凝土力学性能的影响综述

桂习云

摘 要：本文在轻骨料混凝土掺合料研究现状的基础上，主要针对粉煤灰、矿渣、硅灰三种矿物掺合料对轻骨料混凝土的工作性能和力学性能的影响做出总结，并从微观的角度简要分析其影响机理。

关键词：轻骨料混凝土;矿物掺合料;影响机理

随着现代土木工程结构日益朝着高耸、大跨、重载的方向发展，以及建造各种新型特种结构需求的增加，推进了轻质混凝土的发展。轻集料混凝土是一种发展较早，用量较大的新型混凝土，轻骨料混凝土由于其组成特性，相较于普通混凝土，其具有轻质高强，耐久性能、抗震性能较好的优点。轻质混凝土的诸多优点使之可以应用于超高层建筑、桥梁工程、大跨的土木建筑工程以及特殊工程海洋平台等工程。但轻质混凝土也存在有脆性很大，拉压比较小，造价较高等缺点。矿物掺合料是生产过程中产生的工业废料，通过掺加粉煤灰、硅灰、矿渣等矿物掺合料或人工合成材料能有效降低轻质混凝土的生产成本，且掺合料对提高轻质混凝土的强度、缓解轻集料上浮现象可以起到积极的作用。

1 常见的轻骨料混凝土矿物掺合料

1.1 粉煤灰

粉煤灰是指在发电厂、锅炉房等工业产区的煤燃烧后的烟气中收集下来的工业废料，其主要组成成分为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等氧化物。

1.2 矿渣

矿渣是指在高炉炼铁的过程中产生的这种副产品。其主要成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3 等氧化物还有部分硫化物。除CaO、SiO2这两种物质含量不同，矿渣和水泥的化学成分基本相同。

1.3 硅灰

硅灰是铁合金在冶炼硅铁合金和工业硅（金属硅）时产生的工业粉质材料。其主要化学成分为：SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、NaO。其具有独特的细度，有比表面积大、活性很高的特点。

2 不同掺合料对轻骨料混凝土性能的影响

2.1 单掺时的影响

姜小虎[2]通过测试三种矿物掺合料单掺时不同掺量对轻集料混凝土不同龄期的强度影响值和工作性能，研究了掺量对轻质混凝土的强度性能影响。单掺粉煤灰时，轻集料混凝土的强度随着粉煤灰掺量的增加而降低，部分达不到其基准强度。虽然粉煤灰的掺加能有效地改善轻集料混凝土的工作性能，但对提高其强度不能起到积极的作用。单掺矿渣微粉30%～40%时，其28d、56d强度均远大于基准强度，说明掺加矿渣微粉可以有效地提高轻集料混凝土的后期强度。在单掺微硅粉时，其强度随着微硅粉的掺量的增加有非常显著的提高，但是其坍落度和扩展度随着硅粉的增加而减小，在掺量为10%时能较好地满足其工作性和强度的要求。

结合轻质混凝土的工作性能和强度，单掺粉煤灰虽然对混凝土的工作性能有改善，但是存在轻集料易上浮，保水性差等缺点，强度也难以保证达到要求。单掺硅灰时对混凝土强度有较大的提升，但是拌合物的坍落度和扩展度有大的下降，而单掺矿渣时对混凝土的工作性能和强度都有非常大的改善，所以综合考虑，单掺情况下矿渣是最优的选择。

2.2 复掺时的影响

潘洪源[1]测试了粉煤灰、硅灰、矿渣三种矿物掺合料单掺和复掺条件下的轻骨料混凝土的7d、28d抗压强度和工作性能，研究发现，从工作性的角度来看，三者复合掺加和两两复合掺加（粉煤灰和矿渣组别以及硅灰和矿渣组别）均能获得流动性较好且无泌水和轻集料上浮的匀质混凝土拌合物。其中矿渣与粉煤灰复合掺加时对改善坍落度和扩展度效果最好。在强度方面，三者复合掺加时7d和28d强度均最大，与单掺硅灰掺量达到15%时增强效果相近，其次是矿渣和硅灰的复合，最差的是粉煤灰与硅灰的复合。

结合混凝土的流变性能、强度和经济效益，矿渣与粉煤灰复合掺加时对混凝土改善效果最佳，其次是矿渣、粉煤灰和硅灰三者同时复合掺加。

3 矿物掺合料对轻质混凝土强度影响机理

微观角度下，粉煤灰微粒呈表面光滑的球状，由于粉煤灰的这种特性，在拌合物的这种类似“滚珠”的作用可以提高混凝土的工作性能。但是由于粉煤灰的活性較低，与水泥水化后产物的之间的火山灰反应在常温下反应缓慢，其生成的凝胶产物达不到填充孔隙的效果，所以使混凝土早期强度较低。而矿渣微粉有非常出色的“潜在活性”，在最佳掺量的条件下，水泥的水化反应激发矿渣粉的活性使其继续与水泥石发生二次水化反应，改善混凝土界面区的粘结强度，可以使混凝土有更高的强度。纳米二氧化硅具有独特的细度，其主要由直径为0.1μm的细球状微粒组成，可以与水泥水化产物Ca（OH）2发生火山灰反应生成水化硅酸钙胶体，填充混凝土微观下的小孔隙使其结构更加致密，从而提高混凝土的强度。

4 结语

轻骨料混凝土目前应用较为广泛，特别是在要求混凝土自重轻、高强的一些特殊工程上。矿物掺合料大多来源于工业副产物，而且能够有效的提升混凝土的性能并降低其造价成本，所以研究矿物掺合料对轻骨料混凝土性能的影响是非常有必要的。除矿物掺合料之外，钢纤维和一些合成材料类似聚丙烯纤维、聚乙烯纤维等材料也可以用作掺合料来提升轻骨料混凝土的性能。

参考文献：

[1]潘洪源，陈兵.矿物掺合料对轻质高强混凝土性能的影响[J].混凝土，2005，（11）：52-55.

[2]姜小虎.矿物掺合料对结构轻集料混凝土强度的影响[J].山西建筑，2008（19）：162-163.