粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩的影响研究

彭博

摘要：粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩会产生极大的影响，在一般情况下，随着水化龄期的不断延长，会促使水泥胶砂的自收缩能力不断而增大，在早期阶段自收缩的发展速度较快，呈现出急剧发展趋势，粉煤灰促使水泥胶砂的自收缩能力下降，并且会随着粉煤灰掺量的不断增大，水泥胶砂的自收缩能力随之而减少。本文对粉煤灰和矿粉原材料及试验方法进行分析，探究粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩的影响。

关键词：粉煤灰;矿粉;水泥胶砂;自收缩

前言：矿物掺合料在实际的应用过程中可取代水泥来使用，对减少水泥石早期裂缝及延缓水泥石的自收缩增长具有重要作用，使混凝土的耐久性得以大大提升。有相关的人员通过研究提出，粉煤灰及矿粉对混凝土自收缩会产生极大的影响，通过在混凝土中掺入优质的粉煤灰，会随着粉煤灰掺量的增加而不断减小。在混凝土自收缩中粉煤灰及矿粉所产生的影响规律不一，本文将粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩的影响作为重点研究内容。

一、粉煤灰和矿粉原材料及试验方法

（一）粉煤灰和矿粉原材料

在本次实验原材料的选取中，使用的水泥为海螺牌P·O52.5水泥，水泥的密度为3.15g/cm3，抗压强度为58.8MPa。使用的粉煤灰为I级粉煤灰，密度为2.78g/cm3，表面积为472m2/kg。使用的矿粉，密度为2.95g/cm3，表面积为420m2/kg。使用的砂以河砂为主，砂子的密度为2.63g/cm3，细度为2.56，属于中砂，级配合格，最大粒径一般为2.36mm。使用的水以自来水为主。在制砂时，矿粉及粉煤灰一般是采用单掺及双掺方式来实现，将水胶比控制在0.3，将胶砂比控制在1：0.5[1]。

（二）粉煤灰和矿粉试验方法

在本次试验中所做的模具，使用的原材料一般为透明的有机玻璃，为了确保在自收缩测试期间，在模具内水泥胶砂不会遭受到外力的约束而出现自由胀缩变形情况，需要将硅油均匀的涂抹在有机玻璃管内壁上，将其放置在温度为（20±3）℃，湿度为（60±5）%的环境下，在已经涂抹硅油的有机玻璃模具中倒入拌制好的水泥胶砂，并在距离模具10mm的水泥胶砂中将铜制测头埋入进去，在对模具两端进行密封处理时主要是使用熔化的石蜡，在试验台的指定位置处平放已经制作好的试模，为了避免出现泌水情况，需要将试模每隔5min按照顺时针方向对其进行旋转，试模在制作期间，还需要对水泥胶砂的初凝时间进行测试，在自制的架子底板上平放试模，并对千分表的高度进行调整，使用胶水将试模固定在测试装置的底板垫块上，对不同水化龄期的千分表读数进行测读，读数的结果即为水化龄期试件的长度[2]。

二、粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩的影响

（一）粉煤灰的影响

粉煤灰对水泥胶砂自收缩会产生较大的影响，一般情况下会随着水化龄期的不断延长，促使水泥胶砂的自收缩能力随之而增大，通常在早期阶段自收缩会呈现出急剧发展趋势。在相同的水化龄期间，由于粉煤灰掺量的增加，导致水泥胶砂的自收缩能力随之而下降。例如，在水化时间为1h时，纯水泥胶砂的自收缩通常为206.6×10-6，粉煤灰的掺量一般为10%。而20%的水泥胶砂（F10，F20）相较于纯水泥胶砂自收缩能力的下降幅度分别为21.1%和29.5%。一般在密闭的环境中，极易降低掺粉煤灰水泥胶砂的自收缩能力，引发该种情况的产生与粉煤灰参与水化反应的速度及程度低于水泥有直接关系，火山灰反应活性一般要到90d以后才能够得到充分的发挥，大大降低了粉煤灰的火山灰反应速度。同时，还由于粉煤灰颗粒会抑制化学减缩，降低了掺粉煤灰水泥胶砂的自收缩能力。

（二）矿粉的影响

矿粉会对水泥胶砂的自收缩产生较大的影响，通常在早期阶段水泥胶砂的自收缩能力较大，通过掺入矿粉，促使水泥胶砂0-5d自收缩能力大大降低，并且还会随着矿粉含量的不断增加，导致水泥胶砂的自收缩能力随之而减小。在水化早期阶段，若水泥砂胶中掺入了矿粉，相较于穿水泥胶砂水化的程度大大降低。之所以会出现该种情况，是因为矿粉在等量取代水泥后，进而导致水泥数量随之而降低，若水胶比较低，会增加水/水泥的比例，有效的改善了自干燥作用而引发的自收缩效应的产生，随着矿粉掺量的增加而呈现出增加趋势。若水泥胶砂的水化高于8天时，相较于纯水泥胶砂掺10%和20%的矿粉水泥胶砂的自收缩能力较大。在水化的时间为21天时，相较于纯水泥胶砂，掺10%、20%矿粉水泥胶砂的自收缩度增加幅度分别为11.1%和6.6%，以上研究结果表明，在矿粉作用下，促使水泥胶砂后期的自收缩性能大大降低。矿粉自身具有活性，通过将矿粉掺入进来后，受水化反应作用影响，矿粉的化学减缩相较于水泥较高，化学减缩的增大，加速了自干燥速度，湿度下降速度明显加快，自收缩的增长速度较快，因此可知掺矿粉水泥胶砂相较于纯水泥胶砂的自收缩增长速度较快[3]。

（三）粉煤灰和矿粉双掺影响

在对粉煤灰和矿粉双掺影响进行探究时，以掺20%掺合料的水泥胶砂作为主要研究对象，一般在水化的早期阶段，自收缩最大的水泥胶砂为单掺20%粉煤灰，自收缩最小的为单掺20%矿粉水泥胶砂，自收缩居中为双掺10%粉煤灰和10%矿粉的水泥胶砂。若三者的水化时间为24h，自收缩效果会较为接近，并且还会随着水化龄期的不断延长，增加各配比水泥胶砂的自收缩能力。通常在2天后，单掺20%矿粉的水泥胶砂的自收缩能力一般会大于双掺10%粉煤灰和10%矿粉的水泥胶砂。在水化21天后，双掺10%粉煤灰和10%矿粉的水泥胶砂的自收缩为686×10-6，相较于单掺20%矿粉的水泥胶砂和CO下降幅度为12.2%和6.4%。以往的相关研究结果显示，通常在24h以內矿粉活性的发挥较小，相较于矿粉粉煤灰的微集料效应更大，增加了水泥水化产物，因自干燥效应及化学减缩而引发的自收缩较大。通常在水化24h后，矿粉自身的活性能够充分的发挥出来，促使水泥浆体的化学减缩随之而增大，在矿粉的作用下，使水泥浆体的孔结构得以细化，凝胶孔比率明显提升，而毛细孔的比率会随之而下降，增大了毛细管的负压及水泥胶砂自收缩能力。粉煤灰火山灰之所以会出现反应，受水泥水化析出的氢氧化钙激发而形成，速度及反应活性均明显降低，由于所掺入的比例较高，促使反应活性随之而降低，增加了后期水泥石弹性的模量。因此，在粉煤灰火山灰反应的影响下，会引发自干燥效应及化学减缩效应的产生，促使自收缩能力明显降低[4]。

结论：随着水化龄期的延长，促使水泥胶砂的自收缩能力不断增大，早期自收缩发展呈现出急剧发展趋势。粉煤灰促使水泥胶砂的自收缩能力随之而降低，并且会随着粉煤灰掺量的增加，水泥胶砂的自收缩能力随之而减小。随着矿粉掺量的不断增大，水泥胶砂的自收缩能力也会随之而降低。在降低水泥胶砂自收缩能力上，矿粉的贡献率较大，促使掺矿粉水泥胶砂后期的自收缩性能得以改善。

参考文献：

[1]孙 强. 粉煤灰、磨细矿粉对水泥胶砂性能影响的试验研究[J]. 建筑工程技[2]术与设计， 2017， （10）：5530-5531.

陈旭， 李绍纯， 孟书灵，等. 复合矿物掺合料对水泥胶砂性能和强度的影响研究[J]. 混凝土， 2018， 348（10）：107-110+119.

[3]郑小青， 周泽友. 矿物掺和料与再生骨料对水泥强度和收缩性能的影响[J]. 硅酸盐通报， 2017， 36（1）：191-196.

[4]周智明. 矿粉和粉煤灰双掺对混凝土成本影响研究[J]. 混凝土世界， 2018， （8）：74-77.