矿物掺合料对机制砂混凝土性能的影响和研究

朱文涛，孙志强

（宁夏华盛砼业有限公司，宁夏　银川　750001）

矿物掺合料对机制砂混凝土性能的影响和研究

朱文涛，孙志强

（宁夏华盛砼业有限公司，宁夏银川750001）

本文探讨了机制砂混凝土中单掺粉煤灰、单掺矿粉及掺复合矿物掺合料时，对机制砂混凝土各项性能指标的影响。结果表明：单掺粉煤灰对混凝土的工作性有明显的改善，但对强度的影响较大；单掺矿粉对混凝土的工作性影响较大，但对强度影响较小；掺复合矿物掺合料对混凝土的工作性和施工性得以提高，并保证了混凝土的质量。

混凝土；机制砂；粉煤灰；矿粉；复合矿物掺合料

0　前言

商品混凝土具有技术质量稳定和环保的优势，在全国大中城市已得到广泛的应用。但是随着混凝土的大量使用，建筑材料的过度消耗，尤其是砂石料的开采使生态环境的稳定性受到了破坏。目前天然砂或河砂的量几乎很难再开采，所以机制砂在商品混凝土中得到了大量使用。本文借以宁夏盛弘砂石料有限公司生产的机制砂混凝土，针对不同掺合料，对混凝土的性能进行研究。

1　材料选用及性能

水泥：宁夏赛马水泥有限公司 P•O42.5 水泥，其物理性能见表 1。

表1　水泥基本物理性能

粉煤灰：宁夏三力Ⅰ级粉煤灰，其物理性能见表2。

表2　粉煤灰基本物理性能

粒化高炉矿渣粉：乌海 S75 矿渣粉，其物理性能见表3。

表3　矿渣粉和复合矿物掺合料基本物理性能

复合矿物掺合料：宁夏盛远新型建材有限公司生产，主要包括粉煤灰、矿渣粉、硅灰、石灰石粉，物理性能试验标准应用矿渣粉的标准，见表 3。

砂：宁夏盛弘砂石料厂生产的山砂，即机制砂。其细度模数 ＞3.0。砂中＜0.075mm 的粒径为 3% 左右，且 MB 值＜0.8。70% 的机制砂搭配30%的细砂（细度模数2.0，含泥2.2）配制出细度模数为2.7 的中砂，各项指标均能满足普通混凝土的要求。

石：宁夏盛弘砂石料厂生产的 5～25mm 的连续级配碎石，含泥为 0.4%，压碎值指标为 8.2%，针、片状颗粒含量为5.0%。

外加剂：为自产萘系泵送剂，含固26%。

2　不同掺合料的试配情况

2.1单掺粉煤灰混凝土试配

在保证坍落度不变的前提下采用逐步提高粉煤灰的比例，同时调整用水量观察混凝土的工作性和状态。混凝土配合比如表 4 所示，试验结果见表 5。

表4　C30 混凝土配合比　　　　　　　kg/m3

表5　不同粉煤灰掺量下混凝土的工作性和抗压强度

从表 5 中编号 1 可以看出机制砂混凝土坍落度损失较大，工作性差。主要原因为机制砂是在机械力作用下，呈现不规则的多棱角形状，表面粗糙，表现出流动性差的现象。但在混凝土中掺加粉煤灰可以很好的改善混凝土的工作性。从表 5 编号2～5 的坍落度和扩展度数值可以看出随着粉煤灰的比例逐步提高时，机制砂混凝土的用水量逐步在降低（粉煤灰的需水量小），拌合物的保坍性和流动性得到了较好的改善，分析其原因：粉煤灰中大量球状玻璃体的滚珠效应对浆体起到了“润滑作用”，在掺合料中主要发挥着形态效应和微集料效应，增大了机制砂混凝土的流动性，降低了由于砂的颗粒级配及不规则形状引起混凝土坍落度大的弊端。提高了混凝土的施工性。但从抗压强度值，看出粉煤灰的掺量降低了抗压强度。这是因为在粉煤灰混凝土中，水泥初次水化后，粉煤灰活性低，二次水化不太明显。所以强度下降幅度比较大[1]。

2.2单掺矿粉混凝土试配

单掺矿粉对混凝土的工作性和状态的影响。其配合比与表 4 的相同。试验结果见表 6。

表6　不同矿粉掺量下混凝土的工作性和抗压强度

由表 6 可知，随着掺量的提高，单掺矿粉混凝土较单掺粉煤灰的坍落度损失加快，且出机状态下的混凝土工作性越来越差，主要体现在保水性、粘聚性不好，并且伴有泌水现象。从状态来看单掺矿粉不利于混凝土的施工性，所以单掺矿粉不利于机制砂在混凝土中的应用。但单掺矿粉在混凝土中的优势从表中可以看出强度损失较少。这是由于矿粉的火山灰效应在二次水化中起到了比较明显的效果[2]。

2.3掺复合矿物掺合料混凝土试配

为了使矿物掺合料在机制砂混凝土中能起到很好的作用，选用宁夏盛远新型建材有限公司生产的复合型矿物掺合料做相应的试配掺合料能合理地在机制砂混凝土中得到更好的应用，结合以上粉煤灰和矿粉单掺试验现象及结果，进行三者试验的比对。试验采用宁夏盛远新型建材有限公司推荐的配合比，该配合比的特点：低用水量，低水胶比，低水泥用量，粉煤灰掺量为 15%，即 55kg，配比见其表 7，试验结果见表 8。

相比以上单掺试验，在表 8 中的五组试验中，混凝土拌合物状态有了明显的改善，工作性也达到比较好的效果，在拌合物坍落度相近的情况下，随着复合掺合料掺量的增加，拌合物用水量略微减少，降低了水胶比，并且混凝土的状态变化较小，拌合物坍落度和扩展度损失明显减少，尤其在掺合料掺量在 30% 时混凝土的和易性达到了最佳状态。工作性能很好地满足工程的要求，强度值能很好地满足设计要求。

表7　复合矿物掺合料体系下的混凝土配合比　　kg/m3

表8　复合矿物掺合料下混凝土的工作性和抗压强度

以上三组试验中，无掺合料的机制砂混凝土，其出机状态的和易性一般，流动性失去的较快，混凝土很难满足施工性。强度的富余值较高。其原因为无掺合料的混凝土，由于水泥的水化作用，使得混凝土早期强度高，后期强度增长慢，并且水化产物不在进行二次水化的条件。单掺粉煤灰和单掺矿粉的混凝土各有各的优势和缺陷，但掺复合矿物掺合料时，可以产生“复合化超叠加效应”，各组分能充分发挥各自优势，其各自的形态效应、微集料效应、火山灰效应及填充效应相互作用，形成“工作性能互补效应”和“强度互补效应”，使掺复合矿物掺合料混凝土具有良好地工作性、施工性，又具有较高的强度保证率[2]。同时在保证强度的前提下，适当提高掺合料的掺量可以填补机制砂流动性差的缺陷，这样更好的保证了混凝土的工作性。

2.4强度对比分析

图1　相同掺量下 7d 抗压强度的比较

图2　相同掺量下28d 抗压强度的比较

由图 1 和图2 看出单掺矿粉的 7d 和28d 抗压强度均高于单掺粉煤灰的，这说明等量的矿粉比粉煤灰在混凝土中对强度的贡献较好，这是由于矿粉的活性较粉煤灰的要强。掺入复合矿物掺合料与前两者相比，早期强度提高同时，后期强度发展良好，且掺量越高，此现象越明显。复合矿物掺合料由于综合了粉煤灰和矿粉及硅灰和石灰石粉，具有比表面积大、细度小，分散性好的优势，不仅能填补混凝土中不规则机制砂所造成的细微孔隙，甚至能填充水泥颗粒孔隙，保证了凝胶体的密实度，增强了混凝土的致密性。从以上可以看出掺复合矿物掺合料不仅弥补了粉煤灰和矿粉各自的不足，并且加强了它们的双重优势[3]。

3　结论

机制砂细骨料预拌混凝土在不掺矿物掺合料时，坍落度损失快，很难满足施工性，并且材料成本高，不利于资源的综合利用。掺入适量粉煤灰，可提高流动性，并且对强度的影响不大，当提高粉煤灰掺量时，强度有所下降，不能够保证质量。单掺矿粉不利于混凝土的工作性。但掺复合矿物掺合料的结果是混凝土的工作性和施工性起到了很好的改善，并且保证了混凝土的强度。以上掺复合矿物掺合料的试配，已应用于生产和施工中，这样的混凝土较以往在生产和施工中影响因素明显减少了许多，在银川得到了许多施工单位的肯定，这对宁夏地区混凝土的发展起到了很好的效果。

[1] 李东宇，粉煤灰和矿粉在混凝土中的应用[J]．科技信息，2011(21)：302-303.

[2] 刘瑞雪，张连英，等．矿物掺合料对 C45 混凝土性能影响的试验研究．混凝土，2014(06)：75-77．

[3] 张建彬，王军，等．不同矿物掺合料对混凝土性能影响的研究．商品混凝土，2014(03)：64-65．

［通讯地址］宁夏银川市北京中路信通大厦六楼（750001）

朱文涛（1986—），男，工程师，主要从事砂浆、混凝土等无机非金属材料。