掺粉煤灰和矿粉的混凝土配合比优化

1、掺粉煤灰和矿粉的混凝土配合比优化粉煤灰是一种工业废料，从微观结构上看具有潜在的火山灰活 性物质，可取代部分水泥并与水泥进行二次水化反应，有效地降低了 混凝土水化热反应的放热峰值与反应速率，并有效地提高了混凝土的 拌合物性能，可以应用于建材工业市场。从研究大掺量粉煤的意义来 看，它将高性能混凝土与低水泥环保型混凝土的开拓相结合，对于走 绿色建材、新型建材的道路具有重要意义。大掺量粉煤灰混凝土，将粉煤灰大量单掺于混凝土中，会使混凝 土自身具有前期强度低、需水量大等缺点。本次研究特引入矿粉同时 作为掺合料，利用矿粉与粉煤灰双掺的复合效应、堆积密度效应、微 集料填充效应，从而改善拌合物性能，提高粉煤灰

2、的利用率。通过水 泥胶砂试验调整掺合料掺量，以河北建设集团混凝土分公司多年实践 C30普通双掺混凝土配合比为基准，对大掺量粉煤灰混凝土配合比进 行设计优化。1试验过程1.1原材料（1）水泥（C）：选用顺平曲寨PO42.5水泥，主要性能指标见 表1。（2）粉煤灰（F）：选用保定大唐II级粉煤灰，主要性能指标见 表2。（3）矿粉（K）：选用保定乾华建材S95级矿粉，主要性能指标 见表3。表1水泥的物理性能指标凝结时间(也逍标桐用抗折强度 (MPa)抗压强度 (MPa)比表面积 (m2/kg)初摄终摄水 (%)3d 28 d3d 28 d15221827.85.99.127.947.0364表2粉煤

3、灰基本性能细度()需水屋)茶酷性()烧失量堡)9.3105757.5表3矿粉基本性能抗压强度比()比表面积流动度比烧失屋7d28 d(tn2Zkg)顷79954381011.1表4聚蔑酸外加剂基本性能减水率凝结时间差(mm)抗压强度比(览)初摄3d7d2S.：1251171241601421364-_.垣聚羧酸外加剂(A):保定慕湖恒源新型建材有限公司，主 要性能见表4。石子(G)：本试验采用525mm天然卵碎石，级配良好, 含泥0.4%,泥块含量0.2%，针片状颗粒5%,表观密度2670kg/m3, 堆积密度1570kg/m3。砂子(S)：满城天然砂，细度模数2.8，级配良好，含泥 1.8%

4、，泥块含量0.2%，表观密度2720kg/m3，堆积密度1560kg/m3。1.2胶砂试验根据GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)，采 用表5的配合比。共设计21组试块，试件的制作与养护符合相关规 范的要求。表5单掺粉煤灰或矿粉胶砂试验揍型与强度编号水泥(kgAn3)停合料停量(饷)粉煤龄航矿粉(k)-杭折强度CMPa)抗压强度(MPa)28.:160 d90 d2.：160 d90 dSpOl450.000.09.19.69.847.048.2凝：.5SpU2427.5522.53.69.39.545.049.552.0Sp03405.01045.02.5s.y9.6

5、43.549.152.6SpO4382.51567.53.2S.89.842.152.155.8Sp05360.02090.03.49.310.340.052.054.0Sp06337 J25112.57.7S.810.040.051.353.2Sp07315.030135.03.99.610.539.150.052.0SpUS292.5笑157.58.08.79.53S.246 .坐.：W：SpO?270.040180.06.9.09.333.539.042.4SplO247.545202.57.48.29.133.439.744.0Spll225.050225.06.56.66.825.1

6、33.9Cl .7Spl2427.5j22.59.1S.88.747.250.552.0Spl3405.01045.08.78.27.846.150.951.7Spl41567.52.57.77.145.552.355.9Spl5360.02090.0g.gg.l7.645.453.960.0Spl6337.525112.59.48.78.144.155.461.2Spl7315.030135.09.18.47.842.153.259.3SplS292.5笑157.58.1g.lS .343.050.757.6Spl?270.040180.02.57.77.643.250.353.0Sp202

7、47.545202.58.78.53.541.146.551.2Sp21225.050225.08.88.57.440.745 J49.4粉煤灰法量()粉煤灰:掇量堡).,rz .-心图1粉煤灰不同掺堇的试体抗折强度对比图2粉煤灰不同掺重的试体抗压强度对氐为了直观分析单掺掺合料II级粉煤灰和S95矿粉掺量对胶砂28d、60d、90d抗压强度影响，将数据绘制成图14。 I1 I 1 I1 IF I1 I I1 I1 I1 I* I刘 SId 1&202&3035 叫 4S 5C 做矿粉 tttl：；%)图3矿粉不同掺重的试体抗折强度对比$.4立 Q.a$4-J.Qa.aq 衰dva期整底虹-B-

8、ssd矿粉椎量堡）图4矿粉不同掺重的试体抗压萤度掘由表5和图1、图3可以看出：单掺粉煤灰抗折强度随着龄期时 间的增长而增长，抗折强度峰值出现在30%35%之间；单掺矿粉的 抗折强度却随着龄期时间采用了如表6配合比，其中D0为常用普通 混凝土配合比。混凝土性能结果见表6和图58。2配合比适配结果分析理论上矿粉的作用机理是参与二次水化反应，在反应过程中吸收 大量的CH晶体，使水泥石与骨料界面粘结程度及水泥浆体的细部结 构得到改善，提高混凝土的密实性。虽然混凝土中掺加矿粉会降低前 期强度，但影响程度并不大，且后期强度也会有所增长。而粉煤灰做 为工业废料主要由大量表面光滑的球状玻璃体组成，可以改善混凝

9、土 拌合物的流动性、粘聚性和保水性。由于粉煤灰的水化速度远远小于 水泥熟料，有效的降低了混凝土的水化热，适用于大体积混凝土，同 时掺加粉煤灰后混凝土的早期强度低于普通混凝土，且粉煤灰掺量越 高早期强度越低。矿粉和粉煤灰的双掺不只是简单的混合，而是有意 识的使两种混合材料取长补短，在强度上产生一定的互补作用，体现出单掺所不具备的优势，弥补单掺粉煤灰早期强度低的缺陷。表6大揍重粉煤灰C30混凝土配合比及性能结果编号C:F:K:S:G:A:WF/B 显K-B 承)复合掾1(%)坍落度 imin)状态3d7.：1抗压强度(MPa)60d90 d14d2dA11.00:0.60:0.40:4.39:5.

10、68:0.040:1.00302050190良好11.520.926.132.936.93.6A21.00:0.78:0.44:4.88:6.31:0.047:1.11352055190良好13.221.123.431.435.537.6A31.00:1.00:0.50:5.49 7.10:0.055 A.2512060ISO祕水12.318.824.131.035.536.5B11.00:0.50:0.50:4.39.68:0.038:1.00252550200度好12.423.331.336.539.544.6B21.00:0.67:0.56:4.88:6.31:0.044:1.11302

11、555190度好12.121.230.335.73S.743.5B31.00:1.14:0.71:6.27:8.11:0.057:1.4335256010良好10.018.323.732.038.341.C11.00:0.40:0.60:4.39:5.6:0.036:1.00203050210良好15.223.834.138.842.345.9C21.00:0.56:0.67:4.88:6.31:0.040:1.11253055210良好16.022.131.237.940.044.5C31.00:0.75:0.75:5.49:7.10:0.060:1.2530306020011.220.92

12、8.634.341.3EDO1.00:0.23:0.31:3.38:4.37:0.038:0.77152030210良好15.324.535.438.841.143.0由表6可以看出：在选定的矿粉掺量为20%、25%、30%时，粉 煤灰的掺量为20%、25%、30%、35%、40%，总掺量为50%、55%、 60%。龄期图5棒含料50%的混凝土抗压强度酸期图6掺合料55%的混凝土抗压强度UPLI邑史哩凹竖揍合料60师的混凝土抗压冏度渝PL.S期骅田竖7岳&己堡吧凹虾6Cd 接期图9 B组不同粉煤灰掺堇龄期强度图图510当矿粉掺量相同时（A1A2A3、B1B2B3、C1C2C3）, 粉煤灰每多取代水泥5%,相同龄期强度值都有所下降，而90d强度 下降值在2.4%2.9%。在总掺合料掺量相同时（A1B1C1、A2B2C2、 A3B3C3）,每当矿粉增加5%、粉煤灰减少5%,龄期强度值呈现出 上升趋势。虽然试验批次28d强度普遍低于普通混凝土龄期强度，但 由于二次水化反应的存在，28d到60d和90d混凝土强度还有一定程 度的增长，且增长速度超过了普通混凝土，甚至60d或90d强度超过 了普通混凝土强度，从试验可以得出结论配合比可以满足设计强度要 求。3结论胶砂单掺试验说明粉煤灰与矿粉的后期强度增长周期较长， 缓慢的