浅谈矿粉与粉煤灰双掺在高性能混凝土配制中的应用

李泽君

（安 徽 省 水利部淮河水利委员会科学研究院 合肥 230088）

l前言

自从1824年Aspdin发明波特兰水泥以来，混凝土已经有180多年的发展历史。尤其是钢筋混凝土设计规程形成后，混凝土得到了越来越广泛的应用。1972年，世界水泥产量开始超过钢产量，混凝土随之成为最大宗的建筑结构材料。

在我国，虽有人把混凝土简化成“砼”字，意思是“人工石”，也就是人造石材，但是普通混凝土并没有天然石材那样耐久，常常由于外界劣化因子的作用或内部病变而产生劣化、开裂，甚至破坏、失效。随着现代建筑的发展，人们越来越需要这样一种混凝土——在施工过程中具有良好的工作性，以保证施工密实性；硬化后，能具有较高的力学性能和耐久性。于是，具备这些性能的高性能混凝土成为混凝土发展的必然。

2 配制高性能混凝土的思考

经大量工程经验的积累，技术人员发现传统混凝土水泥用量过大，和易性一般，粘聚性和保水性都不太理想。尤其是大体积混凝土工程浇筑完成后，传统混凝土因水泥水化反应产生热量，但由于混凝土体积大，造成混凝土内部热量不易散发到表面，造成混凝土膨胀不均匀，形成温度裂缝。掺入粉煤灰可以减少水泥用量，降低水泥水化热，使混凝土因温度变化形成的变形减小从而减少热膨胀裂缝。

但单掺粉煤灰会降低混凝土早期强度。为了弥补这一缺陷，可复合掺入活性较高的矿粉，通过提高其火山灰效应，增加体系中微粒间的化学反应，提高其早期强度。粉煤灰和矿粉复掺，不仅是简单的混合，而是有意识地使两种混合材取长补短，在强度上产生一定的互补作用，体现出单掺所不具备的优势，弥补单掺粉煤灰混凝土早期强度低的缺陷。

双掺后可以有效地提高混凝土各项性能，如和易性、粘聚性、可泵性降低混凝土坍落度损失，减小混凝土内部早期干燥收缩，使硬化后的混凝土结构更密实，混凝土早期和后期强度都能得到提高，抗渗、抗冻及耐化学腐蚀能力会更有显著的改善，产生的叠加作用更加明显。

基于以上考虑，决定采用矿粉和粉煤灰双掺来配制高性能混凝土。

3 混凝土试验主要原材料

（1）水泥：采用长丰海螺产强度等级为P·O42.5的水泥，安定性合格，其他主要性能指标见表1。

（2）砂：采用霍山产河砂,其主要性能见表2。

（3）石子：采用散兵产的碎石，其主要性能见表3。

（4）粉煤灰：采用淮南平圩产F类Ⅰ级粉煤灰，其主要性能见表4。

（5）矿粉:合肥清雅产S95级矿粉。

（6）外加剂:徐州市超力建筑材料有限公司，CNF-1A缓凝高效减水剂，外掺1.8%。

（7）水:采用洁净的自来水。

4 试验计划

4.1配合比设计

为了比较粉煤灰单掺及粉煤灰和矿粉双掺对混凝土力学性能及耐久性的影响，试验中按设计强度C55、C50分别设计了2组混凝土配合比。具体情况列于表5。

4.2试验方案

表1 水泥的主要物理性能

表2 砂的主要性能

表3 石子的主要性能

表4 粉煤灰主要性能

表5 混凝土配合比

表6 各混凝土配合比的抗压强度

表7 混凝土电通量的试验结果

（1）抗压强度试验

抗压强度试验用以评定粉煤灰和矿粉掺量对混凝土力学性能的影响。遵照国家有关标准进行，试验采用标准立方体试块，分别在标养7d、28d、60d龄期时进行测试。

（2）混凝土的氯离子渗透性检测

混凝土抵抗氯离子渗透的能力与混凝土配合比、原材料、施工质量密切相关，能够比较全面地反应混凝土的抗渗性。美国的ASTMC1202—91也认为侵蚀性粒子的扩散系数是用来评价混凝土，尤其是低水灰比混凝土耐久性的重要参数之一。因此本次试验中将氯离子渗透性能作为混凝土耐久性检验的一个指标。

5 试验结果及分析

5.1粉煤灰和矿粉双掺对混凝土力学性能的影响

由表6混凝土抗压强度结果可知，双掺粉煤灰和矿粉的各龄期强度都高于同龄期的单掺粉煤灰的强度。设计强度为C55的配合比中掺了粉煤灰和矿粉的2号试件，其7d龄期抗压强度平均值比同龄期的单掺粉煤灰的1号试件抗压强度平均值提高了1.5MPa，28d值提高了4.6MPa，60d值提高了3.9MPa；另一组C50的配比中，4号试件比3号试件 7d、28d、60d 分别提高了 1.3MPa、4.4MPa、3.4MPa。

从理论上讲这是由于矿物掺合料中含有大量无定形态的SiO2、AL203，粉煤灰和矿粉的共同掺入能改善水泥石中胶凝物质的组成，生成强度更高、稳定性更好的低碱度水化硅酸钙，提高水泥石与骨料界面的致密性，有效地提高混凝土的强度。其次，矿粉中含有大量的硅铝玻璃体，具有较高的自由焓，反应活性高，可以持续地与Ca（0H）2发生二次反应，使混凝土的结构变得相当致密，凝胶体的数量得以大大增加，从而提高了混凝土的抗压强度。

5.2粉煤灰和矿粉双掺对混凝土氯离子渗透性的影响

本次试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GB/T50082-2009）》中提出的方法进行。通过对规定时间内通过混凝土的电通量高低的测定，来评价混凝土原材料和配合比对混凝土抗渗透性的影响，间接评价混凝土的密实性。混凝土电通量的测试结果见表7。

由表7中混凝土电通量的试验结果可以看出，2号、4号配比的电通量分别低于1号、3号配比的电通量，说明双掺粉煤灰和矿粉确实提高了混凝土的抗氯离子渗透能力。

6 几点体会

（1）粉煤灰高强混凝土虽然具有较高的后期强度，但早期强度发育较慢。

（2）在共同掺入粉煤灰和矿粉的情况下，可以有效保证混凝土的早期强度。利用粉煤灰和矿粉的综合效应，使混凝土结构致密，抗压强度得以提高。

（3）对不同强度等级的混凝土进行氯离子渗透性检测，共同掺入粉煤灰和矿粉的混凝土，其电通量均低于单掺粉煤灰的混凝土，说明双掺粉煤灰和矿粉提高了混凝土的抗氯离子渗透能力。

（4）粉煤灰和矿粉均是工业废料，通过双掺配制高性能混凝土是一件变废为宝、利国利民的好事，具有极高的应用及推广价值。

[1]沈旦申，冒镇恶.粉煤灰优质混凝土[M].上海：上海科学技术出版社，1992.

[2]于奎峰，韩玉海，姜福香，赵铁军.双掺高性能混凝土配合比试验研究[J].铁道建筑，2009（5）：116—119.

[3]GB/T50082-2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准.