外加剂和矿物掺合料混凝土性能及应用分析

2022-06-21郑奋

技术与市场 2022年6期

郑奋

(西安铁路职业技术学院，陕西西安 710600)

0 引言

混凝土材料由于其自身特性，属于土木工程结构的首选材料，其优势在于造价低以及应用范围广等。近年来，随着混凝土材料的用量越来越大，其问题也逐渐显现出来，其结构耐久程度并不如预期，加之我国地理条件和环境复杂，很多工程都会面临这样的情况。因此，混凝土耐久性的提升成为了行业热门课题。

1 外加剂和掺合料对混凝土基本性能的影响

1.1 工作性能

众所周知，工作性能是评价混凝土材料性质的关键指标，尤其是在预拌混凝土大规模生产以及应用的当下。工作性能是高性能混凝土技术的主要要求之一，在技术人员研究相关细节的阶段，一般是使用粉煤灰、矿渣粉以及硅灰，这三种掺合料单掺以及复掺会影响混凝土坍落度。在这样的前提下，一些技术人员通过试验，检测出减水剂对混凝土坍落度产生的影响。假设减水剂的掺和量和其对混凝土坍落度产生的影响呈现线性，并设定了系数，对矿物掺合料会对混凝土工作性能产生的影响进行判定。该系数为K=坍落度÷外加剂掺量(控制混凝土坍落度为180 mm)，试验结果如表1所示。

表1 掺合料对混凝土工作性能的影响

混凝土材料是使用粗集料、细集料和凝胶材料等多种成分组成的混合物，成分十分复杂，且不同材料的粒径、体积质量等在混凝土中的比例不尽相同，在使用阶段需要技术人员加强控制。

1.2 力学性能

单掺粉煤灰时，其水泥胶砂的抗压强度有明显下降；单掺硅灰时强度变化不是很大；粉煤灰与硅灰复合配制水泥胶砂可以提高水泥胶砂的流动性及后期强度递增率，试验粉煤灰与硅灰的最佳配比分别为75%和25%，按最佳配比取代50%水泥制备水泥胶砂的性能优于基准水泥胶砂，其早期强度有所下降，而后期强度增长率明显高于基准水泥胶砂。通过试验研究，建议配制粉煤灰与硅灰复合综合料进行混凝土改性时，最佳水胶比为0.60，取代量为40%，最佳砂率为39%。

2 外加剂和矿物掺合料对混凝土耐久性和孔结构的影响

2.1 渗水性能

混凝土的抗渗性受到的影响因素比较多，其中主要包含混凝土水灰比、水泥品质、掺合料种类及掺量等。本文重点分析影响比较明显的因素，首先是水灰比，这项因素是对混凝土抗渗性产生影响最大的因素，混凝土内的水灰比越高则抗渗性越差，因此技术人员需要结合工程实际情况对这方面的参数进行有效控制。

其次是集料的最大粒径以及级配，这项因素主要会对混凝土的结构产生影响，若混凝土中含有大量的片状以及条状骨料，就会在内部产生空隙，导致抗渗性降低。

最后是掺合料种类，使用掺合料能够改善混凝土的细度，但不同掺合料的改善效果差异比较大，技术人员在应用阶段应提高掌握程度。

2.2 透气性能

实际上，粉煤灰以及矿渣在单掺和复掺的情况下，对混凝土本身抗液体渗透性以及抗气透性方面的影响差异比较大。产生此种情况的关键原因是粉煤灰本身属于第二类矿物掺合料，而火山灰的效应发挥作用又是在后期阶段，但矿渣本身就具有一定的水硬性和比较高的活性指数，因此能够在混凝土当中较早地展现出其在透气性能改善方面的效果。

2.3 抗氯离子性能

矿物掺合料能够改善混凝土内部微观结构以及水化物的组成方式。且低碱度的C-S-H凝胶也会促使混凝土结构更加紧密，最终降低混凝土孔隙率，达到改变混凝土级配的效果。

2.4 抗盐酸性能

当下我国并没有公认有效的混凝土硫酸盐腐蚀测试方式以及相应的评价方式。因此若通过试验获得结果，最佳选择就是检测混凝土当中砂浆的膨胀变化情况，这样不仅能够掌握破坏趋势，还能分析出受到腐蚀的程度。

2.5 孔结构

硅灰能够对混凝土的微孔结构产生比较有效的细化作用。需要注意的是，硅灰主要由1 μm以下不均匀的球形颗粒组成，与混凝土中其他有效成分发生反应之后，能够产生凝胶对空隙进行填充，这样促使混凝土砂浆当中的微孔更加密实。

3 外加剂和矿物掺合料混凝土的应用

3.1 工程概况

某隧道工程全长3 879.394 m，经过对现场部分介质和水质分析，确认使用混凝土结构施工，部分介质水质的分析结果如表2所示。

表2 某工程施工现场部分介质水质分析结果

3.2 技术指标

该工程的主要技术指标如表3所示。

表3 某隧道工程主要技术指标

3.3 主要原料和性能

该工程中使用的主要材料就是水泥、粗细骨料以及粉煤灰三种。其中水泥材料选择32.5级水泥，其抗压强度是3 d能够达到24.1 MPa，28 d则能够达到41.9 MPa。细骨料的细度模数为2.6，含泥量和密度分别是1.4%和2.70 g/cm3。粗骨料的含泥量为0.8%，压碎值以及密度分别是10.0%和2.69 g/cm3。粉煤灰需水量比为99%，细度为18.4%。

3.4 配合比设计

技术人员在进行各种材料的配合比设计工作阶段，先在实验室内用现场取样的混凝土进行了配置，最终的结果显示，在配合比相同的情况下，原材料波动以及现场施工条件的变化都会对混凝土性能产生影响。因此在设计阶段，技术人员除了保障满足标准规范之外，还结合了施工现场混凝土性能以及情况的特殊性进行了设计，为混凝土耐久性提供了相对稳定的保障。