掺粉煤灰、矿渣混凝土的性能及配制方法研究

2019-07-20刘建亮

建材发展导向 2019年23期

刘建亮

（江西恒大声学技术工程有限公司，江西南昌 330000）

1 掺粉煤灰、矿渣的混凝土特性

1.1 粉煤灰的特性

粉煤灰是火电厂锅炉燃烧以后，在处理烟气时捕捉下来的细粉，粉煤灰主要由氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化铁、氧化钛等构成。粉煤灰的颜色是判断粉煤灰含碳量的重要参考指标，粉煤灰的颜色越深，则粉煤灰的颗粒越细、含碳量越高。粉煤灰颗粒为多孔蜂窝状结构，粉煤灰具有很强的吸附性和吸水性。这些颗粒分布在混凝土泥浆内部，减少水泥颗粒之间的阻隔，从而增加水泥颗粒的黏聚力，让水分更容易渗透到内部，减少混凝土混合料的空隙率，提高混凝土的致密性能。

1.2 矿渣的特性

矿渣是高炉炼铁熔融物冷萃后得到的副产品，主要成分有氧化钙、二氧化硅、氧化铝。矿渣的主要成分根生产原料和冷却方式有关，如果在高炉炼铁过程中，熔融矿渣冷却后，没有形成玻璃体结构的称为水淬渣。玻璃态的矿渣含有二氧化硅和氧化铝，并和矿渣中的氧化钙发生化学反应产生氢氧化钙，并生成硅酸钙。产生的矿渣越细，则矿渣活性越好，如果掺入到混凝土中，氧化硅和氢氧化钙在常温下活性比较低，可以降低混凝土中的水泥水热化反应，促使水泥水化过程中生成更多的C-S-H 凝胶，让氢氧化钙的静粒变小，降低水泥泥浆的孔隙率，提高集料界面的黏结力。

2 掺粉煤灰、矿渣混凝土的配比试验

2.1 原材料准备

将粉煤灰、矿渣同时掺入到混凝土材料中，可以充分利用粉煤灰和矿渣之间的耦合性，也就是充分发挥细粉煤灰的玻璃球状效应和矿渣之间的吸附性作用，从而配置出高性能的混凝土材料。C30 硅酸盐水泥在建筑工程应用比较广泛，本文选择C30 普通的硅酸盐水泥作为试验对象，混凝土由砂石、水泥、粉煤灰、水、黏土等材料混合而成，其中水泥使用C32.5 的普通硅酸盐水泥，水泥的总量占整个混凝土材料质量的10%～15%，细度膜数为7.8%，初凝时间为320min；粉煤灰来自某热电厂的II 级粉煤灰，矿渣来自某高炉炼铁厂，在使用前需要将矿渣处理，磨成细粉末。水为干净的自来水，砂石骨料选择干净的鹅卵石和花岗岩，鹅卵石的比重为2.62%，花岗石的比重为2.67%。黏土为高岭石、蒙脱石等矿物质混合而成，黏土的比重为2.75%，塑性为24.1%。砂石骨料分为细骨料和粗骨料，粗骨料的级配为10mm～25mm，细骨料的级配为5mm～10mm。

2.2 混凝土的配比

混凝土的设计的水胶比为0.48，混凝土的坍落度为200±10mm，砂石粗骨料为760kg·cm-3，碎石骨料为1100kg·cm-3。混凝土配比按照不添加粉煤灰和矿渣；混凝土分别添加15%、20%、25%的含量，不掺入矿渣配置；混凝土不添加粉煤灰，分别掺入15%、20%、25%、30%的含量；混凝土分别添加17.5%、12.5%、7.5%的粉煤灰和7.5%、12.5%、17.5%的矿渣配置，并分别制作相应的编号。

2.3 制作混凝土试件

根据上述混凝土配比要求制备混凝土试件，混凝土试件抗压强度设计规格为100×100×100 (mm)。将所有混凝土材料进行搅拌、振捣、放入模型，成型以后放入到标准养护室养护24h 以后脱膜，试件脱膜以后放在标准养护室养护3h、7h、28h 以及60h 以后，测试混凝土的强度。

3 试验结果分析

混凝土试件养护3h、7h、28h 以及60h 进行抗压测试，得到测试结果如表1。

表1 混凝土试件不同龄期的抗压强度

单掺入粉煤灰、矿渣对混凝土的性能的影响，掺入II级粉煤灰的混凝土抗压强度，随着混凝土养护时间不断提高。但是养护3d 后的混凝土强度随着粉煤灰添加量增加反而下降，直到养护7h 以后，才能达到不添加编号1 的强度。添加粉煤灰的混凝土试件养护28h 以后的抗压强度和不添加粉煤灰和矿渣的混凝土强度相同，说明粉煤灰的活性在混凝土28h 以后，达到一定程度。掺入II 级粉煤灰28h～60h 的混凝土强度增长率大于不添加粉煤灰、矿渣的混凝土高。

掺入矿渣的混凝土抗压强度在混凝土试件养护3h 之内，随着矿渣含量的增加抗压强度不断下降，混凝土的性能和掺入II 级粉煤灰的性能基本一致。掺入矿渣混凝养护7 小时以后，强度超过了编号1 的强度，表明矿渣在混凝土硬化过程中发生水泥水化现象。掺入矿渣的混凝土强度养护28h 以后，抗压强度超过了编号1、2、3、4、5 的强度，说明矿渣的活性高于粉煤灰。