粉煤灰复合矿粉对混凝土技术性质的影响研究

2015-01-06穆卿妍迟培云青岛市建筑工程质量监督站青岛理工大学土木工程学院

大陆桥视野 2015年22期

关键词：水泥石矿粉矿渣

穆卿妍迟培云/.青岛市建筑工程质量监督站；.青岛理工大学土木工程学院)

穆卿妍1迟培云2/1.青岛市建筑工程质量监督站；2.青岛理工大学土木工程学院)

纯水泥混凝土耐久性较差；在混凝土中复合掺加两种混合材料，使两种混合材料互相取长补短，掺入混凝土后，混凝土拌合物的和易性更好，硬化混凝土的结构更加密实，早期强度和后期强度都得到提高，表明混凝土耐久性的各项性能均有显著改善。

粉煤灰；矿渣粉；复合；混凝土

1.概述

混凝土是目前世界上使用量最大的人造材料。近一个世纪以来，混凝土结构设计人员对材料的强度特性非常重视，但没有认识到材料耐久性的重要性。由于材料耐久性不足而破坏引起的结构修理和更换费用大幅度上升，迫使结构工程师考虑材料耐久性。所以研究提高混凝土耐久性具有十分重要的技术经济意义。

2.影响混凝土耐久性的原因

2.1混凝土中存在化学不稳定性物质

混凝土的内部结构存在较多数量的化学不稳定性物质，如氢氧化钙、水化铝酸钙等，它们在腐蚀环境中会产生溶出性腐蚀、离子交换腐蚀或膨胀性腐蚀，从而使硬化混凝土的基本力学性能和耐久性降低。

2.2混凝土中存在大量宏观孔隙

在混凝土拌合时，为了保证混凝土拌合物具有一定的工作性，需要加入比水泥完全水化所需水量多得多的水，这些多余的水会在混凝土中形成水泡，蒸发后形成毛细孔。由于孔隙的存在，水泥石中的一些组分可以溶出并向外扩散，产生溶蚀。同时，环境中的一些有害组分也容易进入水泥石，使水泥石受到腐蚀。

2.3混凝土中粗骨料周围存在明显的过渡区

在混凝土中粗骨料周围一定范围内的区域，其结构与性能不同于硬化水泥石本体。在骨料周围界面处有一层大约10～20μm的多孔隙层即过渡区。由于泌水作用，水和Ca(OH)2会向这一区域富集，使得这一区域水泥浆的实际W/C大于本体中的W/C，Ca(OH)2六角板状晶体呈层状排列，导致这一区域水泥石的结构比较疏松。

上述各种缺陷的存在，导致混凝土的耐久性较差。

3.粉煤灰复合矿粉的化学组成及其作用机理

将粉煤灰和矿渣粉按3∶1比例混合均匀即成复合矿粉。粉煤灰、矿渣粉以及粉煤灰复合矿粉的化学组成见表1。

由于粉煤灰中含有大量玻璃体球形颗粒，内部结构致密，几乎没有裂隙，与其它多孔结构的活性混合材料相比，内比表面积较小，吸附水的能力较小，因而使混凝土的干缩小，抗裂性较高。另外，粉煤灰能有效降低水泥的水化热已被大家所公认，这对减小混凝土内外温差，保证高性能混凝土的体积稳定性具有非常重要的作用。

在新拌混凝土中，粉煤灰微珠既有独特的“滚珠轴承”和 “解絮”形为，又能与水泥和细砂共同发挥混凝土颗粒级配中的微集料充填作用，其充填的特点是活性充填，即粉煤灰活性颗粒的水化反应，消耗大量的易被腐蚀的Ca(OH)2，使粉煤灰颗粒与水泥浆体的界面胶合，并对水泥浆体和骨料的界面起致密作用。粉煤灰的致密作用减少了混凝土中的孔隙体积和较粗的孔隙，特别是填充了浆体中的毛细孔通道，从而能显著延缓CO2、Cl-、水及氧等在混凝土中的扩散。这对混凝土的耐久性非常重要。

但是，由于粉煤灰的化学活性相对较低，在掺量较高的情况下，对混凝土的早期强度影响较大。为了弥补粉煤灰的这一缺陷，我们在粉煤灰中复合活性较高的矿渣粉。

粉煤灰复合矿渣粉后，提高了火山灰活性效应，增加了体系中微粒间的化学交互、诱导激发作用，因此提高了粉体的化学活性，其活性效应可从表2的混凝土各龄期强度发展情况得到明显体现。

4.粉煤灰复合矿粉对混凝土技术性质的影响

试验采用对比的方法，即在混凝土中分别掺加粉煤灰、矿渣粉及粉煤灰复合矿粉各50％，标准养护到一定龄期后分别进行抗压强度、抗渗性、抗化学腐蚀性以及抗冻融性试验。

配制混凝土所用原材料：(1)大宇水泥 P·O42.5R，28天抗压强度47.6MPa；(2)大沽河砂，细度模数μf=2.85，含泥量1.4％；(3)花岗岩碎石，最大粒径DM=25mm，含泥量0.26％；(4)自来水；(5)CM-1高性能减水剂，掺量2.0％，引气量约4.5％，减水率约25％；(6)粉煤灰、矿渣粉及复合矿粉的化学组成及细度见表1。

4.1混凝土配合比及其流动性和抗压强度试验结果见表2。

从表2的试验结果可以看出，掺加复合矿粉的混凝土拌合物的流动性要比单掺粉煤灰或单掺矿渣粉的混凝土拌合物的流动性大，28天抗压强度分别提高22％和5％，60天抗压强度分别提高31％和11％；与纯水泥混凝土(序号0)相比，只是单掺粉煤灰的混凝土的28天强度稍低，但到60天时均超过纯水泥混凝土的强度，说明矿物质掺合料的潜在化学活性随着龄期的延长逐渐得到发挥，并且强度增长速度要比纯水泥混凝土快得多。

4.2混凝土的抗渗性、抗冻融性以及耐化学腐蚀性的试验结果见表3。

混凝土的抗渗性采用逐渐施加水压法，即每8小时增加水压0.2MPa，一致增加到3.0MPa，然后劈开试件测定其平均渗透深度；混凝土的抗冻融性采用标准养护28天的棱柱体试件(100×100×400mm)进行快速冻融，300次冻融循环后分别测定其相对动弹性模量，然后计算其耐久性系数DF；混凝土的耐化学腐蚀性采用模拟腐蚀介质浸泡法，腐蚀介质的化学成分为：Mg2+3500mg/L，SO42-6550mg/L，Cl-6150mg/L，NH4+600mg/L，将标准养护28天的立方体试件分别浸泡于20℃±2℃的淡水和腐蚀介质中180天，然后分别测定抗压强度，计算耐腐蚀系数。

表3 矿粉掺加方法对混凝土耐久性的影响

综合表2和表3的试验结果可以看出，纯水泥混凝土抗渗能力较低，耐化学介质腐蚀的能力也较差；在混凝土中复合掺加两种混合材料，不只是两种混合材料的简单混合，而是有意识地使两种混合材料互相取长补短，产生单一混合材料不能有的优良效果。粉煤灰和矿渣复合掺入混凝土后，混凝土拌合物的和易性更好，硬化混凝土的结构更加密实，早期强度和后期强度都得到提高，表明混凝土耐久性的各项指标诸如抗渗性，抗冻融性以及耐化学腐蚀性等性能均有显著改善。