复掺粉煤灰和矿渣对高性能混凝土抑制骨料碱活性效能及其强度的影响研究

许娜 陈军琪

摘要：在这次实际研究的过程中，主要使用正交试验的方式进行分析，获取最终的试验结果。主要在以往的工艺方式之下，分析粉煤灰材料以及粒化类型高炉矿渣在实际施工中的应用情况，了解具体的性能影响特点，明确骨料的碱活性抑制情况，为后续的施工提供帮助。

Abstract： In the course of this actual study， orthogonal analysis was mainly used for analysis to obtain the final test results. It is mainly in the past process to analyze the application of fly ash materials and granulated blast furnace slag in actual construction， understand the specific performance impact characteristics， and clarify the alkali activity inhibition of aggregates to provide assistance for subsequent construction.

关键词：正交设计;复掺粉煤灰和矿渣;抑制碱活性效能

Key words： orthogonal design;complex fly ash and slag;inhibition of alkali activity

中圖分类号：TU528                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）17-0158-03

0  引言

对于混凝土而言，其中的原材料主要含括水泥材料、添加剂材料与其他材料，在实际建设的过程中，骨料很容易出现碱活性反应问题，使得混凝土结构在运输或是使用期间出现化学反应问题，使得内部的应力逐渐增加，出现膨胀的现象，对其质量产生影响。为了使骨科碱活性不受到破坏，降低骨科料反应，在运输中外加活性掺合料，或直接使用低碱水泥，确保混凝土施工质量有保证。

在相关的施工工作中，混凝土强度很容易受到各种因素的影响，其中以粉煤灰的抑制效果最佳，较小的掺量即可起到抑制效果，但由于粉煤灰活性低，混凝土早期及28天强度降低，为了充分保证混凝土早期强度，同时掺入同样具有抑制效应的掺和料矿渣粉，确保相关混凝土结构的建设质量。

在对粉煤灰材料以及矿渣材料的添加情况进行分析之后可以发现，已经出现了碱骨料反应的抑制作用，有助于使得混凝土结构不会受到相关的碱性反应破坏性影响，在此过程中，还能够利用粉煤灰材料以及矿渣材料的添加，针对颗粒的级配特点进行优化处理，进而增加其堆积的密度。在实际研究之后可以发现，对于水泥材料而言，其颗粒堆积密度，会导致硬化的浆体实际应用性能受到影响，在堆积密度有所提升的情况下，有助于增强整体结构的性能。在此情况下，应总结丰富经验，结合实际状况更好的针对材料应用性能进行优化改革。

所以，通过实验得出，碱活性抑制效果较好的混凝土是通过适量的掺合料制制备的。

1  实验用原材料

在这次研究的过程中，主要将C50的相关混凝土的配合比作为主要的试验内容。

在实际工作中使用P-042.5规格的水泥材料，在检查之后发现物理学的性能为表1，而化学方面的性能为表2。

采用F类I级粉煤灰，其品质检测成果见表3。

采用S95级粒化高炉矿渣粉，其品质检测成果见表4。

采用河砂，河砂品质检测成果见表5，颗粒级配检测成果见表6。

在实际研究的过程中，需要利用五毫米到二十毫米的碎石进行处理，其质量的检测结果为表7，其颗粒级配的具体测量结果为表8。在实际试验的过程中，利用砂浆棒的方式进行十四天膨胀率的检测，如果为百分之零点一五，那么就无法认定成为没有潜在的碱性-硅酸相互反应的风险问题，在全面分析相关风险问题的过程中，开展各类材料配合比方面的试验活动，利用性能很高的缓凝类型减水剂材料，将添加量设定为百分之一点四。对于减水剂而言，实际应用之后的混凝土性能测试结果为表9，而均质类型的测试结果为表10。

2  实验方案

在这次的研究中，所使用的材料就是粉煤会以及粒化类型的高炉炉渣，在试验过程中针对整体数量及各组分掺量两者对抑制碱活性效能的影响、通过实验考察复合掺和料总量及其中的掺和量、水与胶的使用比例，对于混凝结构的抗压强度所产生的影响。在实际试验的过程中，可以利用L9（34）类型的正交表进行处理，开展9次试验活动，在没有误差的情况下对相关的结果进行计算与分析。

在实际分析的过程中，可以结合具体的规定标准的鞥开展抑制骨料碱活性效能试验活动，例如：使用砂浆棒类型的快速处理方式进行试样制备和制作。对于水泥材料、骨料内容以及粉煤灰材料而言，都可以结合实际状况进行搜集，工程实际水泥碱含量为：百分之零点五九，合理的添加浓度为百分之十的请氯化钠溶液，保证相关试验件中所使用的水泥含碱数量在百分之零点九左右。采用工程实际骨料粒径为（5～20）mm，因此人工破碎成规范要求的级配并组合成试验用砂，洗净后烘干、密封备用。砂浆配合比：胶凝材料与砂的质量比为1：2.25，水胶比为0.47。胶凝材料用量为400g，砂为900g。所有的标准试验件胶凝材料都是水泥材料，无需在其中添加粉煤灰材料;在对比试验件方面，主要添加粉煤灰材料以及粒化类型的高炉矿渣材料，与相关水泥的重量相同。实验方案及结果详见表11。

混凝土配合比设计实验忽略了因素之间的交互作用，简单用复合掺和料总量、粉煤灰掺量、以及水胶比、砂率对应三个水平实验。而在混凝土的配合比方面，在进行室内试验的时候，可以针对坍落度进行严格控制，结合一百八十毫米到二百毫米进行控制，具体的实施情况以及结果为表12。

3  混凝土配合比设计具体的处理与结论

室内实验成果正交计算见表13、表14。

在详细研究骨料碱活性的抑制效能试验内容之后，针对极差进行合理的计算与研究，结论为：①从上表直接看到第9号实验对比试件膨胀率降低率最大为85.9%，其组合A3B3;②在针对各个水平相对应三次试验进行分析之后，可以发现试验件的膨胀率总计K1、K2、K3与具体的极差信息计算，能够获得相关的因素主次顺序，主要为：对比试件膨胀率降低率为B>A>（A×B），因素A、B之间的交互影响较小，其中A、B因素水平的影響规律为：粉煤灰掺量（B）20%，优于15%、10%;掺和料总量（A）40%，优于30%、20%。

在分析极差内容之后，能够发现因素A/B 呈现出交互影响的态势，与两组因素共同作用的影响相较小很多，因为试验方案正好将L9（34）正交表排满，没有误差项，故将AB因素的交互影响作为误差项考察，进行方差分析得出：相关的粉煤灰材料与掺和料的使用数量会使得抑制效果受到一定影响;

在分析相关测试的结果之后对其进行计算，得出结论：①在5号实验中中可得出抗压强度达到76.0MPa最高，此时是28d，其组合为A2B2C3D1，抗压强度值发生变化较小的是4号实验，其组合为A2B1C2D3，28d抗压强度最优组合应为A2B1C2D3。其经济性最强，是常用的组合。②在实际工作中全面分析水平相对应的三次二十八天抗压强度分析，以及K1、K2、K3、极差之间的计算可以发现，在这次研究的过程中，相关因素的顺序可以划分成为二十八天抗压强度C>A>D>B。影响强度的因素水平规律为：水胶比（C）0.30，优于0.35、0.40;掺和料总量（A）30%，优于40%、20%;砂率（D）38%，优于40%、39%;粉煤灰掺量（B）10%，优于15%、20%。

由于试验方案，未充分考虑因素间的交互作用对混凝土强度影响，故试验存在一定的误差，强度试验只简单用极差分析其主次影响因素。结合抑制骨料碱活性效能试验结果，以及经济性原则，可以认定此次C50配合比设计试验的最优组合应为第9号试验，其组合为A3B3C2D1。

4  结论

通过以上数据计算或实验分析得出：①掺和料总量不断增加对抑制骨料碱活性效能也愈发突出，对比试件膨胀率降低率明显呈增长趋势;然而，在掺和料总体数量出现改变之后，会使得混凝土结构的强度发生改变，有着波形的变化特征，且对于早期结构与后期结构的影响有所不同，在数量逐渐提升的情况下，七天的强度有所降低，而二十八天的强度会逐渐提升，直至到达峰值后掺量趋势变化幅度会越来越小，趋于稳定。②不断增加相关粉煤灰添加数量，结构的早期强度会呈现出降低的态势，而在骨料的碱活性方面，有着较高的抑制作用。③在使用的材料相同状况之下，对混凝土质量产生影响的主要就是水与胶之间的比例;在比例降低的情况下，结构的强度就会有所提升。混凝土拌合物性能的提高取决于适量的掺和料掺，不仅可以提高使混凝土后期硬化强度，同时也可使经济成本大大降低。④在实际分析中可以发现，组合形式除了能够提升混凝土强度之外，还能形成碱活性的抑制作用，促使经济效益的全面提升，应进一步的对其进行分析与验证。

参考文献：

[1]吴寅，尚晓琳，关萍.掺矿渣掺合料和粉煤灰高强混凝土强度和可泵性的研究[J].大连大学学报，2003，24（6）：36-40.

[2]马雪英.复掺粉煤灰和矿渣对混凝土性能的影响[J].第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文，2007：114-123.

作者简介：许娜（1984-），女，河南新乡人，工程师，研究方向为混凝土工程。