粉煤灰和矿粉对混凝土性能和强度的影响研究

摘 要：粉煤灰和矿粉是混凝土中主要的掺合料，拌和混凝土时掺加一定量的活性矿物掺合料可以改善混凝土性能。将粉煤灰、矿粉在C35混凝土中单掺或双掺，并分别设置若干组不同掺量的粉煤灰、矿粉的混凝土试验。通过观察混凝土和易性及不同龄期的混凝土强度变化，比较了粉煤灰、矿粉单掺时混凝土各项性能的差异。通过复合掺入粉煤灰和矿粉，调节两者之间的掺加比例，充分发挥两者之间的综合功能。

关键词：混凝土；粉煤灰；矿粉；和易性；强度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.060

0 引言

随着混凝土技术的不断发展，矿物掺合料作为混凝土基本材料组分已经越来越普遍。矿粉和粉煤灰均为火山灰质活性掺合料，且均为工业废渣收集加工而成，成本低于水泥。它们中含有较多的活性SiO2、活性Al2O3，能与Ca（OH）2在常温下起化学反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。这些成分有助于混合料的硬化，增加强度。此外，粉煤灰和矿粉中存在大量球形玻璃状颗粒，这些颗粒是拌和物和易性得以改善的主要原因。同时粉煤灰、矿粉的粒度比水泥颗粒的小，能够填充于水泥颗粒的空隙，构成最密堆积 ，有利于强度的发展[1]。在混凝土中掺入一定量的活性矿物掺合料取代部分水泥，充分利用粉煤灰的“三大效应”和矿粉良好的填充效应及活性。可起到节约成本、改善环境、改善混凝土工作性能、提高抗压强度和耐久性能。

1 原材料

1.1 水泥

采用临沂沂东中联水泥有限公司生产的P.O42.5级水泥，标准稠度用水量为28%，28d抗压强度为47.8MPa。

1.2 粉煤灰

采用华能日照电厂的F类Ⅰ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余为8.5%，需水量比为95%，表观密度为2.15g/cm3。

1.3 矿粉

采用日照普泰矿粉有限公司生产的S95级矿粉，比表面积为450m2/kg，28d活性指数为98%。

1.4 砂和碎石

采用沂河河砂，细度模数为2.4的Ⅱ区中砂，含泥量为1.9%，泥块含量为0.5%；采用5-31.5mm连续级配碎石，含泥量为0.5%，泥块含量为0.4%，压碎值指标5.4%，针片状颗粒含量为5.0%。

1.5 高效减水剂

采用临沂市高强建材有限公司生产的GQ-201型高效减水剂，掺量为2.0%，减水率为20.0%。

1.6 水

水为本地自来水。

2 混凝土配合比及性能试验

试验选用水胶比为0.44的C35等级混凝土配合比，C35基准混凝土配合比见表1。

实测C35基准混凝土的强度和工作性能见表2。

3 试验数据分析

由表（3）可知，混凝土中单独掺入粉煤灰后，其和易性得到明显改善[2]，且1h坍落度损失较小，随着粉煤灰掺量增加，混凝土坍落度变大，且坍落度损失越来越小，同时混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低[3]。如当粉煤灰掺量为35%时，混凝土3d抗压强度降低率为28.7%，7d抗压强度降低率为21.1%。而掺加粉煤灰的混凝土后期强度上升较快，60d强度与基准混凝土差距较小，当粉煤灰掺量为25%时，其60d强度与基准混凝土相当，后期混凝土强度增长速度快于基准混凝土。

混凝土中单独掺入矿粉后，混凝土工作性得到一定改善。但1h坍落度损失相对于掺加粉煤灰时较大[4]。随着矿粉掺量增加，混凝土坍落度变大，当矿粉掺量在25%时和易性最佳。同时混凝土早期强度随矿粉掺量的增加几乎线性下降。掺加矿粉的混凝土早期强度较低，后期强度较高，60d抗压强度高于基准混凝土，且后期混凝土增长速度快于单掺粉煤灰时的混凝土，60d抗压强度在矿粉掺量为25%时最高。

对比以上表中的各组数据发现两种掺合料在混凝土中的作用是不同的，矿粉对混凝土强度的增长优于粉煤灰，粉煤灰能够显著提高混

凝土的和易性，但强度增长较矿粉相对缓慢。从强度、和易性综合方面考虑对混凝土实行粉煤灰和矿粉双掺。双掺时混凝土和易性得到了改善，且后期强度显著增加，且在粉煤灰掺量为20%，矿粉掺量为15%时混凝土60d强度最高，强度高于基准混凝土。

4 结论

（1）混凝土中掺加一定比例的掺合料可改善混凝土的和易性，超过一定比例后混凝土和易性效果降低。其中粉煤灰改善混凝土和易性效果优于矿粉。

（2）单掺粉煤灰或矿粉时，早期强度较低，但后期强度高，能够达到设计强度要求。且在中后期掺加矿粉的混凝土强度增长速度快于掺加粉煤灰的混凝土。

（3）使用粉煤灰和矿粉双掺的混凝土能结合两者的优点。混凝土和易性效果优于单掺矿粉的混凝土，且抗压强度高于单掺粉煤灰的混凝土，粉煤灰和矿粉双掺技术使混凝土两项重要的指标都得到了合理的改善[5]。其中粉煤灰掺量为20%，矿粉掺量为15%时混凝土和易性和强度均达到了最优。在工程建设中建议参考上述比例配制混凝土。

参考文献：

[1]侯云芬.胶凝材料[M].北京：中国电力出版社，2012：128-136.

[2]覃维祖.粉煤灰在混凝土中的应用[J].粉煤灰综合利用，2000，14

（03）：1-7.

[3]刘振川.粉煤灰含量对水泥混凝土强度的影响研究[J].江西建材，2017（14）：3-4.

[4]刘娟红.大掺量矿物掺合料混凝土强度与耐久性能研究[J].粉煤灰综合利用，2011（04）：12-15.

[5]王静静，武斌，刘高凯.大掺量矿物掺合料对混凝土性能的影响[J].粉煤灰，2015（03）：39-42.

作者简介：姜伟（1989-），男，本科，助理工程師，研究方向：无机非金属材料工程。