复掺矿渣和粉煤灰对高性能混凝土强度和耐久性的影响

汪沁 盛黎

摘 要：文章通过掺入复掺粉煤灰和矿渣后高性能混凝土的抗压强度、抗氯离子渗透等试验，研究高性能混凝土强度和耐久性与矿渣和粉煤灰掺量之间的变化关系，然后改变水胶比，进一步研究在不同水胶比条件下，复掺两种矿物掺合料对混凝土性能的影响。结果表明，当水胶比较小时，同时掺入粉煤灰和矿渣，能更有效的提高高性能混凝土的后期强度和抗氯离子渗透能力。

关键词：粉煤灰；矿渣；掺量；强度；耐久性

在混凝土的配制比中掺入各种不同的废弃材料或工业副产品制成具有优良耐久性、高强度的高性能混凝土，从环保、经济、技术等方面来说都是具有重要意义的。在高性能混凝土的调制中，会掺入两种或两种以上的矿物细掺料加上外加剂，从而达到进一步改善性能和取得某方面的特性的目的。复合细掺料可以增加掺入量，多掺多代，节约熟料，它不仅可以减少CO2等温室气体的排放量，而且还会净化环境等多方面的好处。对于这个问题目前科技工作者对以下几方向进行研究：（1）矿物掺料的种类、掺量和掺加方式；（2）复合矿物细掺料对混凝土强度和耐久性的影响；（3）外加剂复合使用后的超叠加效应；（4）在复合化思路的影响下，创造活性细粒混凝土。本文主要就粉煤灰、矿渣以及高效减水剂同时掺入对混凝土力学性能和耐久性能的影响做了基础试验研究。

1 试验制备和试验方法

1.1 原材料

水泥：42.5级普通水泥，浙江三狮水泥厂生产。细骨料：河砂，属于中砂。粗骨料：碎石，级配6-25mm。粉煤灰：Ⅱ级，杭州火电厂。矿渣：细度480m2/kg。减水剂：萘系高效减水剂。

1.2 混凝土配合比

本试验针对高性能混凝土的强度和耐久性，研究复掺粉煤灰和矿渣的合理掺量，得到合理掺量以后，进一步减小水胶比，研究在低水胶比条件下，复掺矿渣和粉煤灰对混凝土性能的影响。

表1-1 高性能混凝土试样配合比

代号 1m3混凝土中各材料用量 /kg

水灰比 水泥 矿渣 粉煤灰 水 细骨料 粗骨料 减水剂

A 0.47 405 0 0 190 735 1100 6.89

A0 0.47 364.5 0 40.5 190 735 1100 6.89

A1 0.47 324 40.5 40.5 190 735 1100 6.89

A2 0.47 283.5 81.0 40.5 190 735 1100 6.89

A3 0.47 243 121.5 40.5 190 735 1100 6.89

B 0.30 530 0 0 160 690 1080 10.6

B0 0.30 477 0 53 160 690 1080 10.6

B1 0.30 424 53 53 160 690 1080 10.6

B2 0.30 371 106 53 160 690 1080 10.6

B3 0.30 318 159 53 160 690 1080 10.6

C 0.25 600 0 0 150 660 1070 14.4

C0 0.25 540 0 60 150 660 1070 14.4

C1 0.25 480 60 60 150 660 1070 14.4

C2 0.25 420 120 60 150 660 1070 14.4

C3 0.25 360 180 60 150 660 1070 14.4

1.3 复掺矿渣和粉煤灰的高性能混凝土试验

本实验采用GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》制成非标准试样，尺寸为100×100×100mm，尺寸换算系数0.95，分别测量试样在3d、7d、28d龄期的抗压强度。

用以上混凝土搅拌物，按照抗渗（氯离子迁移电量）性能试验方法（ASTMC1202）附录C标准（EJ914-2000）的规定进行。即采用ф100mm×50mm的混凝土试件（切割加工而成），在其两边分别浸入NaCl（3%质量）和NaOH（0.3mol/l）的水溶液，接通60V的恒定直流电压，测定并隔时记录6h内通过试件的（变化）电流值，得出氯离子迁移电量，以此数据来评定混凝土的抗氯离子渗透性能。

2 实验结果与分析

2.1 复掺矿渣和粉煤灰对高性能混凝土抗压强度的影响

图2-2表示水胶比分别为0.47、0.3、0.25的三个系列早期抗压强度随着复掺比例改变而变化的关系曲线。0组、1组、2组和3组分别表示粉煤灰和矿渣复掺比例为1：0、1：1、1：2和1：3。 由图可见，在各类水胶比条件下，掺入粉煤灰和矿渣，混凝土的早期强度均有明显下降，而且随着矿渣掺量的增加，强度下降幅度越明显。分析其原因，由于粉煤灰和矿渣的水化相对较慢，因此掺入混凝土后会使其早期强度有所下降。

图2-2 粉煤灰和矿渣复掺比例变化对混凝土早期（3天）强度的影响

随着龄期增长，研究复掺粉煤灰和矿渣混凝土的强度变化规律，图2-3表示三个系列在7天龄期时，抗压强度与不同复掺比例之间的关系。比较图2-2、图2-3曲线可知，随着龄期增长，虽然复掺粉煤灰和矿渣仍会降低混凝土的抗压强度，但是降低的幅度明显减小，说明随着粉煤灰和矿渣的不断水化，对混凝土强度增长的贡献越来越明显，强度增长速率加快。

图2-3 粉煤灰和矿渣复掺比例变化对混凝土（7天）强度的影响

最后研究复掺粉煤灰和矿渣对混凝土后期强度的影响，图2-4表示表示三个系列在90天龄期时，抗压强度与不同复掺比例之间的关系。由图可见复掺粉煤灰和矿渣对混凝土后期强度有所提高，特别当水胶比较小时，复掺效果更佳，掺粉煤灰10%、矿渣30%的混凝土试样后期抗压强度值达到最高。

图2-4 粉煤灰和矿渣复掺比例变化对混凝土（90天）强度的影响

2.2 复掺矿粉和粉煤灰高性能混凝土的抗氯离子渗透试验

国内外学者研究表明，大部分高性能混凝土结构的破坏是由于氯离子侵入到混凝土中钢筋表面，当达到临界浓度时，引起钢筋锈蚀，降低钢筋与混凝土之间的粘结力，产生膨胀，使混凝土保护层脱落，造成整个结构破坏，因此抗氯离子渗透是评价高性能混凝土耐久性的一项重要指标。本试验采用电量法，用规定时间内混凝土内通过的电量来评价混凝土的抗氯离子渗透能力。

图2-5 粉煤灰和矿渣复掺比例变化对混凝土抗氯离子渗透能力的影响

图2-5表示三个系列混凝土在不同复掺比例下混凝土内迁移电量。由图可知，在各类水胶比条件下，单掺粉煤灰和复掺粉煤灰、矿渣均能使通过混凝土的电量减小，说明掺入粉煤灰能提高混凝土的抗氯离子渗透能力，复掺粉煤灰和矿渣对混凝土的抗氯离子渗透能力提高更明显，而且随着矿渣掺量的提高，混凝土的抗氯离子渗透能力越强。

3 结论

3.1 单掺粉煤灰和复掺粉煤灰、矿渣使混凝土早期强度降低，后期强度增长，当粉煤灰和矿渣以1：3的比例复掺时混凝土强度增长最快，说明该种配比复掺效果最佳。水胶比越小，复掺以后强度增长速率越快，因此复掺特别适合低水胶比高性能混凝土。

3.2 单掺粉煤灰能减少通过混凝土的电量，复掺粉煤灰和矿渣后，混凝土的抗氯离子渗透能力有了进一步的提高，当粉煤灰和矿渣以1：3的比例复掺时，混凝土抗氯离子渗透能力最强。

参考文献

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作者简介：汪沁（1992- ），男，浙江树人大学城建学院土木工程专业，本科在读；通讯作者：盛黎，女，浙江树人大学城建学院，硕士，副教授。