不同矿物掺合料对C50混凝土耐久性能影响研究

李 刚

(甘肃智通科技工程检测咨询有限公司，甘肃 兰州730050)

0 引言

随着公路建设行业的快速发展，混凝土的应用也越来越成熟，C50混凝土在高速公路上应用广泛。西北地区对高标号混凝土的矿物掺合料使用相对保守，建设业主单位、施工单位等认为添加过多矿物掺合料会导致高标号混凝土强度降低，承担风险较大。因为质量评定主要以抗压强度作为标准，矿物掺合料掺量增加会导致混凝土早期强度降低，但对混凝土耐久性能会有显著提高。基于此，本文就掺矿物掺合料后混凝土耐久性能展开研究，为相关的建设单位提供参考。

1 原材料

C50混凝土属于高性能混凝土，但是由于部分地区地理环境恶劣，就对于混凝土的理性性能、工作性能以及耐久性能都提出了一些特殊的要求[1]。而矿物掺和料是配制高性能混凝土的必要材料之一，有人称其为制作高性能的混凝土功能性的组分材料，其结合符合胶凝效应、诱导激活效应、表面的微晶化效应、界面耦合效应和微集料效应等，不仅可以有效改善混凝土的力学性能和工作性能，还能改善混凝土的耐久性。

本项目试验使用的原材料就地取材，水泥、矿物掺合料、外加剂经过严格检测，符合规范要求，各类材料具体检测性能如表1～4所示。

表1 P·O42.5级普通硅酸盐水泥的物理力学性能指标

表2 粉煤灰物理化学性能指标

表3 粒化高炉矿渣粉物理化学性能指标

表4 硅灰物理化学性能指标

外加剂：采用聚羧酸高性能减水剂。

河砂：含泥量1.4%，泥块含量0.2%，级配良好的Ⅱ区中砂。

碎石：5～20 mm碎石，级配良好，压碎值17.9%，含泥量0.6%，针片状4.8%。

2 配合比设计

配合比设计严格按照《JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程》进行，设计方案及不同龄期抗压强度结果如表5所示。

表5 混凝土配合比设计

在探讨不同的矿物掺入期间需要进行科学的配比设计，以此来探讨不同配合比下的混凝土抗压强度，从表5可以看出，双掺粉煤灰和矿渣粉的配比方案中，混凝土在28 d之后其抗压强度逐渐比其他配合比所展现的抗压强度要高，并且在90 d达到顶峰值为67.4，这与基准所实现的混凝土抗压强度相比高出4.4。另外，在掺入矿物混合料期间，三掺所形成的混凝土其抗压强度最低。因此，在实际设计混凝土配合比期间需要以双掺为主，除非遇到特殊情况再选择其他掺入混合料的形式。

3 矿物掺合料对混凝土耐久性能影响分析

通过对混凝土耐久性能进行测试得到测试结果，具体结果如图1～7所示。

1)对混凝土干缩性影响。由图1可以看出，在加入矿物掺合料28 d后，双掺粉煤灰和矿渣粉混凝土干缩率最低，三掺矿物掺合料导致混凝土干缩率升高，主要是因为加入的硅灰本身活性较高[2]。

图1 混凝土干缩性能测试结果

2)对混凝土开裂性能的影响。如图2所示，在混凝土开裂性能测试结果中可以看出，双掺粉煤灰和矿渣粉混凝土的抗开裂性能较高，三掺矿物掺合料导致混凝土抗开裂性能下降，这是因为加入的硅粉活性较高。

图2 混凝土开裂性能测试结果

3)对混凝土电通量值的影响。电通量是用来快速评价混凝土的渗透性，也就是混凝土抵抗氯离子的渗透能力[3]。由图3分析可知，加入不同矿物掺和料之后，混凝土的电通量逐渐降低，这表明其抵抗氯离子的渗透能力逐渐提升。

图3 混凝土电通量值测试结果

4)对混凝土碳化深度的影响。混凝土的碳化是指混凝土所受到的化学腐蚀，在空气中的二氧化碳进入到混凝土内部与碱性物质发生的化学反应生成碳酸盐和水之后，导致混凝土的碱性减低，并且也可增加混凝土孔溶液中的氢离子数量，进而会减弱其对于钢筋的保护作用。而由图4可以明确的是，加入矿物掺入料之后，混凝土的碳化深度逐渐降低，这也表示二氧化碳渗入量逐渐减少，进而减少混凝土内的碱性反应，提升其保护钢筋的强度[4]。

图4 混凝土碳化深度测试结果

5)对混凝土弹性模量的影响。混凝土的弹性模量是指混凝土的压缩应力和应变的比值，该比值越高，说明混凝土的密实性越强。由图5可以看出，加入矿物掺合料之后，混凝土的弹性模量在逐渐提升，这也表示矿物掺和料能够改善混凝土的空隙结构，以此增加混凝土的密实性。

图5 混凝土弹性模量测试结果

6)对混凝土抗冻性能的影响。从图6可以直观地看出，随着混凝土加入不同的矿物掺合料之后，其整体的抗冻性能逐渐提升，这也表示混凝土在低温环境下也可长期稳定使用[5]。

图6 混凝土抗冻性能测试结果

7)对混凝土耐磨性能的影响。由图7可知，加入不同的矿物掺合料对于混凝土耐磨性能有着极大的影响，而随着其耐磨性能的降低，表示其抗耐磨能力的提升，由此可延长混凝土的使用寿命，也间接地提升其建筑成品的质量和使用寿命。

图7 混凝土耐磨性能测试结果

4 结语

不同矿物掺合料的添加，明显改善了混凝土的耐久性能，掺粉煤灰和矿渣粉情况下，混凝土耐久性能较优，有利于混凝土结构耐久性的长期发展。但掺粉煤灰、矿渣粉、硅灰的混凝土早期收缩与开裂性能较差，其原因为硅灰的早期活性较高。矿物掺合料的添加可以有效改善混凝土的孔隙结构，增加混凝土的密实性，降低水化热，改善混凝土的和易性。