浅谈大掺量掺合料对混凝土强度及使用性能的影响？

~ 本文通过在混凝土中用较大掺量的粉煤灰、矿渣粉取代水泥后对其强度及使用性能的影响进行研究，结果表明大掺量掺合料的使用会明显改善混凝土的工作性能，水胶比较小时7天强度不会降低，反而略有提高。通过对胶凝材料的水化热进行检测也支持以上结论。大掺量粉煤灰、矿渣粉等工业废料在混凝土中应用具有广阔前景，可促进节能降耗、保护环境。
1 前言
混凝土是当前用量最大的建筑材料，一直以来给人们的印象都是重污染、高能耗。据统计，2012年我国水泥产量达到21.84亿吨，2012年商品混凝土总产量达到88817万m3。因此提高混凝土中掺合料比例、降低水泥用量对节能降耗、保护环境、促进社会的可持续发展等具有重要意义。追求节能减排和耐久性上升为混凝土技术追求的主要目标[1]。
较低水胶比时，大掺量掺合料对混凝土的耐久性明显改善已经得到许多研究的证实，混凝土中掺入20%粉煤灰和30%矿渣粉对提高混凝土的抗氯离子渗透性有明显效果[2，3]，矿物掺合料复元组合能降低早期（3d）强度及提高混凝土后期强度增进率[4]。但在实际工程应用时，很多技术人员都认为大掺量掺合料对混凝土强度是有较大影响的，这种观念也限制了掺合料在混凝土中的大规模使用。针对大掺量掺合料对混凝土强度和使用性能的影响，进行了一些研究，以期促进大掺量掺合料混凝土的应用。
2 实验原材料选用说明
目前应用最广泛的掺合料是粒化高炉矿渣粉和粉煤灰。粒化高炉矿渣粉（以下简称矿渣粉）一般分为S105、S95、S75三个等级，本实验采用其中产量及使用量最大的S95级矿渣粉。粉煤灰分为I级、II级、III级，其中I级粉煤灰活性高，质量好，对混凝土的强度影响小，是可以真正实现大掺量的粉煤灰。但目前I级粉煤灰的供应量小，实际应用少，研究的指导意义较小，因此选用目前可大量供应的II级粉煤灰。为了更好地研究大掺量掺合料对混凝土的工作性能的改善效果，进一步扩大低品质原材料的应用范围，本实验采用细度模数较小、含泥量较高的砂和含泥量较高的卵石。
3 原材料检测情况
骨料：细骨料选用湘江产中砂，细度模数2.3，含泥量1.8%，泥块含量0.2%，堆积密度1540 kg/m3。粗骨料选用湘江产5mm～31.5mm连续级配卵石，含泥量0.8%，泥块含量0.2%，堆积密度1670kg/m3，针片状含量1%，压碎值9%。
水泥：湖南双峰海螺水泥有限公司生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥（见表1）
掺合料：矿渣粉选用湖南泰基建材有限公司生产的S95级粒化高炉矿渣粉，比表面积425m2/kg，密度2.86g/cm3，流动度比100%，7d活性指数83%，28d活性指数103%。粉煤灰选用益阳电厂的II级粉煤灰，细度18%，烧失量6.8%，需水量比97%，含水率1.0%。
减水剂：石家庄克罗曼建材有限公司生产的KLM-J聚羧酸高性能减水剂，减水率为26.8%。
4 试验方法
粉煤灰应用已经很成熟，但因其对混凝土的早期强度及碳化速度影响较大，一般推荐掺量控制在20%以内；矿渣粉具有较高的潜在活性，掺量范围较大。采用矿渣粉、粉煤灰双掺技术，两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加，充分发挥二者的“优势互补效应”，使混凝土的坍落度增加，和易性变好，粘聚性变好，泌水得到改善。在水化过程中，改变混凝土中水化产物的组成，可改善水泥石的界面结构和截面区的性能，并提高后期强度的增长率。本实验采用矿渣粉30%，粉煤灰15%的掺量对配合比进行设计，该掺量也符合JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》中对复合掺合料最大掺量的规定。从C25至C50按正常配合比（16%矿渣粉，12%粉煤灰）及大掺量掺合料配合比（矿渣粉30%，粉煤灰15%）进行试配，控制两者的胶凝材料总量及砂石用量一致，减水剂掺量一致，通过调整混凝土的用水量，在保证每组混凝土的坍落度初始值为210mm±10mm的条件下，对比两组配合比的性能。
5 试验结果及分析
大掺量掺合料配合比的实际水胶比都低于标准配合比，因为无论是粉煤灰还是矿渣粉，都具有一定的减水效果，提高掺量可适当降低混凝土的用水量。
大掺量掺合料配合比混凝土的3d强度基本上都低于标准配合比的混凝土3d强度。因为掺合料取代水泥引起水化反应速度下降，所以掺入较高掺合料的混凝土在水胶比接近的情况下，早期强度会有所偏低，但因掺合料的适当减水效果，降低的幅度并不是很大，特别是C35、C40混凝土3d强度降低很少。
大掺量掺合料混凝土的7d强度，基本等同于标准配合比的混凝土，甚至在水胶比较小的情况下还有所提高，是因大掺量掺合料配合比中矿渣粉的用量较高，矿渣粉反应速度较快，对混凝土7天强度影响较大所致。
水胶比低于0.45时，大掺量掺合料混凝土的28天强度反而高于标准配合比。该区间正是混凝土强度为C30以上等级的区间，也是应用数量最多的混凝土的强度区间。因此大掺量掺合料混凝土的应用前景和社会效益是十分明显的。
所有强度等级的混凝土提高掺合料的掺量，混凝土的坍落度损失都明显减小，工作性能明显改善。随着商品混凝土的推广，混凝土运输时间加长，施工时间也延长。如何在越来越劣质化的原材料条件下保证混凝土的良好工作性能是摆在混凝土技术人员面前的大难题。通过增加混凝土中掺合料的用量既可改善了混凝土的工作性能，又能保证混凝土的强度符合要求，还节约资源降低成本，可以说是一举数得。值得注意的是，因矿物掺合料的性质，滞后性水化，对工程结构的养护要求比较高。如果工程养护的时间和湿度不够，结构实体强度与标养强度相差较大。因此搅拌站在使用大掺量矿物掺合料配比时，必须和工地进行很好的沟通，指导工地做好混凝土早期以及后期的养护工作[5]。
对胶凝材料水化热分析的结果也支持以上实验结论。采用美国TAM AIR型号微量热仪进行热量跟踪检测，在水胶比为0.45，20℃恒定温度下检测以下不同组成胶凝材料的72h（3d）和168h（7d）水化放热速率和总放热量。（表2、表3）
对以上胶凝材料水化热检测数据进行分析，掺入掺合料的胶凝材料3天水化速度都有不同程度的下降，峰值降低，但掺入较多矿渣粉的胶凝材料7d水化热反而升高，说明矿渣粉在早期就参与水化反应，也印证了上述实验中，大掺量掺合料混凝土的7d强度和28d强度在水胶比小于0.45时就基本无下降反而升高的现象。
6 结论
6.1在出机坍落度相近的情况下，提高混凝土中掺合料的比例，混凝土3d强度会略有下降；
6.2在矿渣粉掺量30%，粉煤灰掺量15%，出机坍落度相近且水胶比低于0.45的情况下，混凝土的7d、28d强度不会下降，甚至略有提高；
6.3采取粉煤灰、矿渣粉双掺的方法，提高掺合料用量可显著改善混凝土的工作性能，降低混凝土的坍落度损失。
6.4要降低胶凝材料的水化热，宜采用大掺量的粉煤灰，使用矿渣粉降低水化热的效果远不及粉煤灰好。
相信经过以上的介绍，大家对大掺量掺合料对混凝土强度及使用性能的影响也是有了一定的认识。欢迎登陆中达咨询，查询更多相关信息。

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子洲县19523289656： 怎样能提高大掺量矿物掺合料混凝土的早期强度.比如7天强度? - ？
夕丽雷诺： 既然是大掺量矿物掺合料,其混凝土前期强度都会上升缓慢,后期强度有所增加.要想提高7天强度,可用早强水泥或者添加早强剂.

子洲县19523289656： 外加剂掺量加大会影响混凝土强度么 - ？
夕丽雷诺： 凝固太慢,有时强度降低. 混凝土,简称为“砼(tóng)”:是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称.通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料,砂、石作集料;与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合,经搅拌而得的水泥混凝土,也称普通混凝土,它广泛应用于土木工程.

子洲县19523289656： 不同掺量粉煤灰对混凝土各个性能的影响?？
夕丽雷诺：混凝土拌和料和易性得到改善 掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性,使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型,并可减少坍落度的经时损失. (2)混凝土的温升降低 掺加粉煤灰后可减少水泥用量,且粉煤灰水化放热量...

子洲县19523289656： 在混泥土中掺合料粉煤灰、硅灰的各有什么作用?？
夕丽雷诺： 好处很多简单的说: 1.提高混凝土的和易性和耐久性; 2.降低混凝土的水化热,延长混凝土的初、终凝时间; 3.节约成本, 4.提高后期强度、增加泵送性、抑制碱骨料反应等等. 硅灰的作用更明显,强度贡献更大,是配置高强度混凝土常用的掺合料.

子洲县19523289656： 外加剂和掺合料影响混凝土强度吗? - ？
夕丽雷诺： 当然影响!但是一般都是产生好的影响.比如外加剂,一般掺加不和掺加的强度比都是在120~130左右.掺合料一般保持原有强度,同时提高混凝土其它性能并降低成本.

子洲县19523289656： 混凝土为什么要加入矿物掺和料? - ？
夕丽雷诺： 矿粉及其掺量对高强混凝土工作性、强度、体积稳定性及耐久性的影响.结果表明:粉煤灰和矿粉可以显著的改善高强混凝土的工作性能,提高后期强度,降低脆性系数,且矿粉对高强混凝土的脆性改善作用更加显著.随着粉煤灰和矿粉的加入...

子洲县19523289656： 夏季如何施工? - ？
夕丽雷诺： 炎热的夏季气温高,水的蒸发量大,对于新浇筑砼工程可能出现干燥快,凝结速度快,强度降低,并会产生许多裂缝等现象,从而影响了砼结构本身的质量.因此夏季施工的砼施工技术,就要采取一些有效措施,特别是砼的拌制及运输以及浇筑...

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子洲县19523289656： 混凝土强度影响因素??? - ？
夕丽雷诺： 影响砼强度的因素很多,大概分为以下几类: 1、原材料因素,包括骨料强度,粒形,含泥量,胶材质量,外加剂质量、拌和水质量等等 2、配合比因素,有了合格的原材料,还得有正确的配合比,各材料组分配比必须满足要求,某一组分过多或过少都会影响砼的强度 3、施工工艺,包括拌和、运输、入仓、振捣、现场养护等 4、气候因素,气温高,砼强度增长快,反之则增长慢,气温过低时可能受冻害影响导致强度不增长.

子洲县19523289656： 混凝土各个组成材料在混凝土中的作用 - ？
夕丽雷诺： 石子、砂子:填充作用. 水泥:胶凝作用. 1、混凝土的定义 混凝土是由水泥、石灰、石膏等无机胶结材料合水,或沥青、树脂等有机胶结料的胶状物与集料按一定比例配合、搅拌,并在一定温度下养护硬化而成的一种复合材料. 土木工程所...