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矿粉与粉煤灰对混凝土性能的影响 江彩平 ( 中铁二十五局集团柳州铁路工程质量检测中心，广西柳州5 4 5 0 0 7 ) 摘要：本文以预制梁配合比的选择为基础，对基准混凝土、单掺矿粉、粉煤灰以及两者双掺混凝土进行试验分析，找到合理的混凝 土配合比。 关键词：矿粉粉煤灰混凝土 近年来，我国加大了公路建设的投资，公路建设得以飞速 发展，目前高速公路通车总里程已超过1 0 万公里。但还有些 地区交通相对落后，主要是由于这些工程工种复杂，结构物形 式繁多，受地形地貌及自然灾害影响严重，特别是跨江跨海的 特大桥梁，山区中的长大隧道，它们施工难度大，对混凝土的工 作性能和耐久性要求高。经大量试验结果显示，普通水泥混凝 土存在水泥用量大，和易性差、抗渗性能差、水化热高、易产生 裂缝等问题。为了解决这些问题，在混凝土中掺入矿物掺合 料，可以减少水泥用量、改善和易性、提高抗渗能力、降低水化 热、提高混凝土的抗裂性，同时还可以推迟混凝土的凝结时间、 降低泌水率，有利于混凝土的浇筑。 矿渣是炼铁过程中排出的废料，主要成分为S iO ：、A 1 ：O ，、 C a O 、M g o 、F e ：O ，等氧化物，其中前三者含量占总量的8 0 以 上，为主要活性成分。由于废料颗粒较大，活性很难发挥出来， 只有经过加工磨细，比表面积达到4 0 0 0 e r a 2 g 以上时，才能使 矿粉的活性得以充分发挥。 粉煤灰是电厂烟道中的废料，一般由几微米到几百微米的 球状玻璃体组成，主要的成分为S i0 2 、A 1 2 0 3 、C a O 、F e 2 0 3 、S 0 3 等氧化物，其中S iO ：和A 1 ：O 。是其主要活性成分，含量一般为 6 0 8 8 ，含量越高，活性就越高。 上述两种矿物掺合料都是工业废料，将它们充分利用，符 合国家的可持续发展政策，减少环境污染。本文以某预制梁配 合比的选定为基础，分别对矿粉和粉煤灰两种掺合料代替部分 水泥进行混凝土试验，通过数据分析来说明两者对混凝土的影 响，同时也对矿粉和粉煤灰复合取代部分水泥来进行混凝土试 验分析，在保证混凝土质量的前提下，提出合理的掺量建议。 1配合比试验用原材料 ( 1 ) 细集料：采用淮河河砂，其主要性能指标如下： 细度模数含泥量泥块含量 2 9 01 80 2 ( 2 ) 粗集料：采用确山碎石( 5 1 0 m m ，1 0 2 0 r a m ) ，单级 配掺量比例为5 1 0 r a m ：1 0 2 0 m m = 3 ：7 ，其主要性能指标如 下： 含泥量泥块含量针片状含量压碎值 5 一l O m mO 40 14 7 1 0 2 0 m m0 204 38 9 ( 3 ) 水泥：采用驻马店市豫龙同力水泥股份有限公司生产 的强度等级为P 0 4 2 5 水泥，其主要性能指标如下： 标准稠度用 凝结时间r a in抗折强度M p a 抗压强度M p a比表面积 安定性 水量( ) 初凝终凝 3 d2 8 d3 d2 8 dm 2 k g 2 9 62 3 32 8 75 ，58 22 6 44 8 93 4 8 合格 + 一+ + 一+ - + 一+ - 卜一+ 一+ 一+ 卜 + 一+ 一+ - + 一+ - + 一+ 一 卜一。- + _ 一+ ”+ - 4 - - - 4 - - + 一+ 一+ 一 - 卜- 卜 + ”+ 一 卜- + 一+ 一+ 一+ - + + - - 6 - - + - + 一+ - + 一+ 一+ - 6 - - - - - 6 - 2 2 制备技术落后 我国无机非金属材料制备相对落后，影响产品的质量。如 国外工业发达国家玻璃纤维生产大都采用8 0 0 6 0 0 0 孔漏板 池窑拉丝法生产，已占总量9 5 以上，无纺材料全部用池窑法 生产，坩埚拉丝法早已被淘汰，而我国现有的池窑拉丝大部分 采用8 0 0 2 0 0 0 孔生产技术，4 0 0 0 孔技术正在开发，坩埚拉丝 还没有完全淘汰，与国外相比还有较大的差距。 2 3 材料性能低、品种少和质量不稳定 在无机非金属材料的生产过程中，因为生产工艺的程序比 较的复杂，造成无机非金属材料性能低、品种少和生产质量不 稳定等问题。目前虽然我国已基本上建立了无机非金属材料 的研究、开发与部分产品的生产体系，但材料的品种尚不齐全， 一些重要工程的关键配套材料还须进口。性能低、质量差的问 题仍然存在，而且在进行批量生产时质量不稳定、成品率低、效 益差等问题严重，我国必须下大力气解决。例如，电磁屏蔽玻 1 8 璃目前我国只能达到屏蔽8 5 d B 的水平，而美国已达到1 1 0 d B 。 我们在屏蔽波段范围等方面远远不能满足管道防腐工作的需 要。 3 结束语 无机菲金属材料的防腐的应用，能够为防腐、抗老化、耐温 抗寒起到至关重要的作用，对于保护好相关的管道材料，节约 国家的财务成本，保护环境起到非常重要的作用。然而，我们 仍然需要不断的技术上的改进和进步，集中精神去研究新的更 好的、作用更明显的防腐技术。 参考文献 1 杨玉昌，王锋，胡剑青等冷轧钢表面锆盐复合硅烷涂层的 性能及结构研究 J 材料工程，2 0 1 3 ( 4 ) ：5 0 5 5 2 黄亮亮，孟惠民，黄晓林等x 6 0 管线钢在盐碱性土壤中的 腐蚀行为与机理 J 油气储运，2 0 1 3 ，3 2 ( 3 ) ：2 5 7 2 6 2 ( 4 ) 矿粉：鞍钢磨细矿渣粉$ 9 5 级，比表面积为4 8 0 m 2 k g ( 5 ) 粉煤灰：平顶山姚孟电厂I 级灰，细度为5 1 ，烧失 量为3 2 4 2 ( 6 ) 外加剂：聚羧酸高效减水剂，掺量为胶凝材料用量的 1 5 ( 7 ) 拌和水：自来水 2 试验方案及结果分析 2 1 基准混凝土配合比 该预制梁的混凝土配合比设计标号为C 5 5 ，依据J G 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合比设计规范并结合经验设计得到混凝 土基准配合比，按G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ( ( 普通混凝土拌合物性能 试验方法标准、G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验 方法标准和G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久 性能试验方法标准对混凝土的初始塌落度、经时塌落度、流 动性、强度、渗水高度进行试验分析，结果如表( 1 ) ： 碎石碎石 水泥矿粉粉煤灰砂子减水剂水 5 一l O m ml O 一2 0 m m 4 9 0007 0 63 1 87 4 17 3 51 6 3 塌落度弪时塌落度渗水高度 抗压强度M p a 流动性 m mm mm m 7 d2 8 d5 6 d 1 5 09 58 65 5 46 3 96 9 2 一般 2 2 单掺矿粉对混凝土的影响 一依据混凝土基准配合比，分别以矿粉等量取代水泥的 1 5 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 ，其它材料保持不变。试验结果如 下表( 2 ) ： 表( 2 1 单掺矿粉混凝土配合比( k g m 3 ) 塌落 经时塌渗水高 抗压强度M p a 水泥矿粉粉煤灰流动性 度m m客度n a n度m 7 d2 8 d5 6 d 4 1 77 301 5 51 2 57 75 2 06 4 5 7 1 7 良好 3 9 29 801 6 01 4 07 l5 1 36 4 77 3 5 良好 3 4 31 4 701 6 01 4 56 l5 0 26 3 97 4 1 良好 2 9 41 9 6O1 5 01 3 06 34 7 46 1 O7 0 8 一般 2 4 52 4 501 4 01 2 06 8 4 2 7 5 8 26 6 9 一般 从试验中可以发现：单掺矿粉时，混凝土的流动性和初始 塌落度基本不变，经时塌落度损失得到明显改善，抗渗能力有 所增强。混凝土抗压强度与基准相比，7 d 强度随着矿粉的掺 入量的增加而逐渐降低；2 8 d 强度在掺量为2 0 时最高，当掺 量大于3 0 后，强度要低于基准的；5 6 d 强度在掺量小于4 0 时，强度都要高于基准的。此外，随着矿粉掺入量的增加，混凝 土的粘度有所增大，泌水率也略有增加。 2 3 单掺粉煤灰对混凝土的影响 依据混凝土基准配合比，分别以粉煤灰等量取代水泥的 1 5 、2 0 、3 0 印，其它材料保持不变。试验结果如下表( 2 ) ： 塌落经时塌 渗水高 抗J玉强度I p a 水泥矿粉粉煤灰 流动性 度m m客度n a n度n u n7 d2 8 d5 6 d 4 1 7O7 31 9 5 1 6 57 94 9 26 3 7 7 0 5良好 3 9 209 82 0 51 8 07 24 7 96 2 97 0 3 较好 3 4 3O1 4 72 1 01 9 07 74 4 36 0 46 8 5 较好 2 9 401 9 62 1 51 9 58 43 9 75 6 26 4 2 较好 从试验中可以发现：单掺粉煤灰时，混凝土的流动性、初始 塌落度以及经时塌落度损失都得到明显改善，抗渗能力在掺量 小于4 0 时有所增强。混凝土抗压强度与基准相比，7 d 和 2 8 d 强度随着粉煤灰的掺入量的增加而逐渐降低，而且7 d 强 度明显低于基准强度；5 6 d 强度在掺量大于3 0 时，强度低于 基准的。 2 4 双掺矿粉、粉煤灰对混凝土的影响 依据基准混凝土配合比，以粉煤灰等量取代水泥的1 5 ， 另外分别以矿粉等量取代水泥的1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、 3 0 、3 5 ，除此之外其它材料都保持不变。试验结果如下表 ( 3 ) 塌落经时塌渗水高 抗压强度M p a 水泥矿粉粉煤灰流动性 度r a m客度m n度n l n7 d2 8 d5 6 d 3 6 84 97 31 6 51 4 56 45 0 46 4 67 4 0 良好 3 4 37 47 31 7 51 6 55 95 1 66 5 37 5 4 较好 3 1 99 87 31 8 01 7 05 65 1 16 5 27 5 8 较好 2 9 41 2 37 31 7 51 6 05 84 9 26 3 57 3 5 较好 2 7 0 1 4 7 7 31 7 0 1 5 06 34 7 65 9 9韶7 较好 2 4 51 7 27 31 6 01 4 56 74 2 95 7 36 6 1 良好 从表( 4 ) 可以看出：在矿粉和粉煤灰混合取代水泥的量为 3 0 一4 0 的时候效果较好，此时，混凝土的流动性、初始塌落 度以及经时塌落度损失都得到明显改善，抗渗能力增强最多， 泌水现象得到改善。混凝土抗压强度与基准相比，7 d 强度略 微降低，2 8 d 强度与基准强度有所增加，5 6 d 强度增加较大。 3 结束语 ( 1 ) 无论单掺还是混合双掺，对混凝土都有一定的效果， 它们都可以减少水泥用量，降低水化热，有一定的缓凝效果，提 高塌落度以及减少塌落度损失。 ( 2 ) 单掺矿粉等量取代水泥时，在掺量为3 0 时，效果较 好。除了上述作用外，它还可以提高混凝土的抗渗能力，但混 凝土的7 d 强度会有所降低，直至2 8 d 后才会赶上基准混凝土 强度，后期强度会有所提高，同时掺人矿粉后，混凝土的粘聚性 增加，泌水率也有增加现象。 ( 3 ) 单掺粉煤灰等量取代水泥时，在掺量为2 0 时，效果 较好。除了上述作用外，它还可以提高混凝土的抗渗能力，但 混凝土的7 d 强度会有明显降低，2 8 强度也略微降低，直至5 6 d 强度才超过基准混凝土的强度。 ( 4 ) 双掺矿粉和粉煤灰等量取代水泥时，在粉煤灰掺量为 1 5 ，矿粉掺量为2 0 时，效果最好。它解决了单掺矿粉时存 在的泌水和粘度过大的情况，也改善了单掺粉煤灰前期强度不 足的问题，后期强度也会得到大幅