矿物掺合料对混凝土工作性和凝结时间的影响.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：王朝阳（1991），汉族，男，江苏省盐人，本科，中级职称，矿物掺合料对混凝土工作性和凝结时间的影响。-22-矿物掺合料对混凝土工作性和凝结时间的影响 王朝阳 赵中朋 苏交科集团检测认证有限公司，江苏 南京 210000 摘要：摘要：本文研究了矿物掺合料对混凝土的工作性和凝结时间的影响。矿物掺合料，如粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和硅灰，是混凝土中的重要材料，它们可以显著改善混凝土的性能。本文通过分析不同类型的矿物掺合料的特性和性质，探讨它们对混凝土工作性和凝结时间的影响机制，并提供了凝结时间的测定方法。矿物掺合料的使用在混凝土工程中具有重要意义，可以提高混凝土的耐久性和性能。关键词：关键词：矿物掺合料；混凝土；工作性；凝结时间 中图分类号：中图分类号：TU528 1 研究背景和意义 混凝土在建筑和基础设施建设中的广泛应用使其性能成为确保工程质量和耐久性的核心因素。这篇文章旨在通过在工作中对混凝土工作性和凝结时间的观察和分析，总结矿物掺合料的影响。矿物掺合料是混凝土中的重要成分，其使用可以显著改善混凝土的工作性质，如流动性和可塑性，同时也对凝结时间产生关键影响。通过降低水泥用量，矿物掺合料有助于降低混凝土的成本，同时也具有环保优势，减少能源消耗和减少碳排放，符合可持续发展的理念。因此，深入研究矿物掺合料对混凝土性能的影响对于提高混凝土工程的可持续性和性能至关重要。这项研究有望为混凝土工程领域提供更多的技术支持和实践经验。2 矿物掺合料的种类与特性 2.1 常见矿物掺合料 常见的矿物掺合料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和硅灰，它们在混凝土工程中发挥重要作用。粉煤灰是一种活性矿物掺合料，其主要成分是煤燃烧后残留下的细小颗粒，具有良好的活性，可以显著改善混凝土的工作性能，特别是流动性和坍落度。粒化高炉矿渣粉通常是钢铁冶炼过程中产生的副产品，它是一种惰性矿物掺合料，对混凝土的工作性能影响较小，但可以提高混凝土的耐久性。硅灰是一种常见的矿物掺合料，其颗粒细度较大，对混凝土的工作性能有一定的影响，但主要贡献在混凝土的后期强度和耐久性方面，可以显著提高混凝土的抗渗透性和抗化学侵蚀性。2.2 矿物掺合料的特性与性质 不同类型的矿物掺合料在混凝土中具有各自独特的特性和性质，这些特性和性质在混凝土工程中发挥着关键作用。首先，粉煤灰，作为一种活性矿物掺合料，具有细小的球形或球状颗粒，其比表面积通常在150-600 平方米/千克之间。这种球形颗粒形状减少了摩擦，改善了混凝土的流动性，同时增加了其活性。粉煤灰主要由硅、铝和铁等氧化物组成，其中硅含量较高，有助于减少碱硅反应的风险，提高混凝土的耐久性。另一种常见的矿物掺合料是粒化高炉矿渣粉，这是一种惰性矿物掺合料。其颗粒通常较块状，不如粉煤灰那样球状，这可能对混凝土的流动性产生一定的影响，但有助于填充空隙。其比表面积通常在400-600 平方米/千克之间，这种较高的比表面积增加了其活性。粒化高炉矿渣粉主要由硅、铝、钙和氧化铁等氧化物组成，同时含有高含铁量，这使其在改善混凝土耐久性方面具有显著效果。最后，硅灰，具有薄片状颗粒，其比表面积相对较低，通常在 10-30 平方米/千克之间。尽管比表面积较低，但由于其细小的颗粒，硅灰仍然具有一定的活性。化学成分方面，硅灰主要含有硅、铝和钙，以及较少的氧化钾和氧化钠等氧化物。这些特性使硅灰在提高混凝土的抗渗透性和抗化学侵蚀性方面非常有效。下表 1 是不同类型矿物掺合料的的比较表格。表 1 不同类型矿物掺合料的比较 参数 粉煤灰 粒化高炉矿渣粉 硅灰 颗粒形状 球形或球状颗粒 较块状颗粒 薄片状颗粒 比表面积（平方米/千克）150-600 400-600 45229 主要化学成分 Si、Al、Fe等氧化物 Si、Al、Ca、Fe 等氧化物 Si、Al、Ca、K、Na 等氧化物 中国科技期刊数据库 工业 A-23-这些数据参数和特性差异说明了不同类型的矿物掺合料在混凝土中的不同应用和效果，工程师在选择掺合料时应根据具体项目需求进行合理的选择。3 矿物掺合料对混凝土工作性的影响 3.1 流动性与可塑性 矿物掺合料的加入对混凝土的流动性和可塑性产生显著影响，这一影响是混凝土技术中的重要因素。在混凝土中，流动性通常通过坍落度（或工作度）来衡量，而可塑性则表示混凝土具有良好的塑性和可成形性。以下将深入探讨不同类型的矿物掺合料对混凝土流动性和可塑性的影响，同时提供一些相关的技术性数据以支持这些观点。粉煤灰是一种活性矿物掺合料，其加入对混凝土的流动性和可塑性具有显著改善作用。粉煤灰的微细颗粒可以填充混凝土中的空隙，增加浆体的体积，并改善混凝土的流动性。通常情况下，随着粉煤灰掺入量的增加，混凝土的坍落度显著增加。当将粉煤灰的掺入量从 5%逐渐增加至 20%时，混凝土的坍落度从160mm 增加到了 200mm。这表明粉煤灰的加入提高了混凝土的可流动性，使其更易于施工。此外，粉煤灰的颗粒形状有助于减少浆体与骨料之间的摩擦，进一步提高了混凝土的可塑性。与粉煤灰不同，粒化高炉矿渣粉的影响略有不同。尽管其加入也可以改善混凝土的流动性和可塑性，但这种影响相对较小。比如，当将粒化高炉矿渣粉的掺入量从 5%增加到 15%时，混凝土的坍落度只有轻微增加，从 150mm 增加到 155mm。这意味着粒化高炉矿渣粉的掺入对混凝土的流动性改善作用相对较弱。硅灰作为一种惰性矿物掺合料，其加入对混凝土的流动性和可塑性影响较小。将硅灰的掺入量从 5%增加到 10%时，混凝土的坍落度仅略微增加，从 140mm增加到 145mm。硅灰的颗粒形状和活性相对较低，因此其加入主要是为了改善混凝土的耐久性和抗渗性，而对流动性和可塑性的影响有限。3.2 凝结时间与初凝时间 矿物掺合料的加入对混凝土的凝结时间具有重要影响，这一影响因多个因素的相互作用而变化。凝结时间通常包括初凝时间和终凝时间，而矿物掺合料的类型、掺入量、细度、化学成分，以及混凝土的养护温度都是关键的影响因素。3.2.1 控制因素 矿物掺合料的种类和掺入量对凝结时间起着至关重要的作用。活性矿物掺合料，如粉煤灰，通常会显著延长混凝土的凝结时间。根据我们的自行编制的数据，将粉煤灰掺入混凝土中，其初凝时间可能从正常情况下的几小时延长至十几小时，而终凝时间也会相应延长。这一变化可以在表 2 中看到：表 2 不同粉煤灰掺入量对凝结时间的影响 粉煤灰掺入量（%）初凝时间延长（小时）终凝时间延长（小时）0（正常混凝土）0 0 10 6 8 20 10 14 30 16 20 3.2.2 细度和化学成分 矿物掺合料的颗粒细度和化学成分也对凝结时间产生影响。较细的掺合料颗粒更容易参与水化反应，可能导致更长的凝结时间。此外，一些掺合料的化学成分可能对水化反应速率产生影响。例如，掺入高活性氧化物的粉煤灰可能具有较短的初凝时间，而硅灰等惰性掺合料的化学成分相对稳定，对凝结时间的影响较小。3.2.3 养护温度 养护温度在低温环境下尤为重要。低温环境下，矿物掺合料的加入可能导致凝结时间的显著延长。因此，施工时可能需要适当提高养护温度以满足施工要求。这一点在表 3 中进行了进一步说明：表 3 低温环境下的养护温度对凝结时间的影响 养护温度（摄氏度）初凝时间延长（小时）终凝时间延长（小时）20 0 0 10 12 16 5 24 30 综合而言，矿物掺合料的掺入对混凝土的凝结时间产生显著影响，需要根据具体的施工条件和项目需求来选择合适的掺合料类型和掺入量，以实现所需的凝结时间。准确控制凝结时间对确保混凝土工程质量至关重要，因此需要进行充分的技术分析和施工计划。3.3 施工可行性与工作性调整 矿物掺合料的使用对混凝土的施工可行性和工作性调整至关重要。在实际施工中，工程师和施工人员需要根据具体的混凝土配合比和施工条件来精确控制中国科技期刊数据库 工业 A-24-混凝土的工作性能，以确保混凝土的质量和性能满足设计要求。选择合适的水泥类型对于调整混凝土的工作性能至关重要。例如，高初凝水泥可用于缩短混凝土的初凝时间，而高性能的减水剂可以用于增加混凝土的流动性，从而改进工作性能。水灰比是控制混凝土的流动性和可塑性的关键参数。矿物掺合料的添加可能会改变混凝土的水需求，因此需要调整水灰比以满足工作性能要求。根据实际需要，可以适度增加或减少水灰比，以实现所需的混凝土性能。此外，在混凝土中添加适当类型和用量的添加剂可以帮助调整工作性能。例如，使用高效的减水剂可以改善混凝土的流动性，降低黏性，从而提高施工效率。在调整混凝土的工作性能时，还需要考虑经济性和环保性。选择合适的矿物掺合料类型和掺入量可以降低混凝土的成本，并减少对天然资源的依赖。同时，矿物掺合料的使用有助于减少二氧化碳排放，对环境友好。4 矿物掺合料对混凝土凝结时间的影响 4.1 凝结时间的定义 凝结时间是混凝土从开始搅拌到最终凝结的时间段的度量，它通常包括初凝时间和终凝时间。初凝时间是指混凝土开始凝结的时间，这通常表现为混凝土从搅拌到变得不再适合施工处理的时间点。终凝时间则是指混凝土完全凝结的时间，即混凝土达到了设计强度和耐久性所需的凝结程度。准确测定和控制凝结时间对于确保混凝土的施工质量至关重要，因为不同类型的工程可能需要不同时间的混凝土凝结。4.2 矿物掺合料对凝结时间的影响机制 混凝土的凝结时间是在施工中的关键参数之一，不仅影响着工程的进度，还直接关系到混凝土的质量和性能。矿物掺合料的加入对凝结时间有着显著的影响，其机制深受掺合料类型、掺入量、细度、化学成分以及养护温度等多个因素的调控。首先，掺合料的种类对凝结时间产生显著影响。以粉煤灰为例，其加入通常会引发明显的凝结时间延长。这是由于粉煤灰中的活性成分与水和水泥产生化学反应，导致水化反应速率下降，延缓了水泥胶体的形成。同时，粉煤灰的颗粒结构具有较小的孔隙，这增加了混凝土的粘聚性，进一步延长了凝结时间。相对而言，硅灰的掺入对凝结时间的影响较小，因为其活性较低，主要作用是填充混凝土中的空隙，而不参与水化反应。此外，掺合料的细度对凝结时间的影响也显著。更细的粉末状掺合料具有更大的表面积，提供更多的反应场所，因此具有更大的延长凝结时间的潜力。此时，掺合料的掺入量和水泥的类型也需要精确调控，以实现对凝结时间的有效控制。混凝土的养护温度也是一个关键因素，低温环境下需要更长的凝结时间，因此可能需要适当提高养护温度以满足施工要求。混凝土工程中的凝结时间控制不仅涉及到施工进度，还关系到混凝土的性能和质量。因此，根据具体工程需求，深入了解不同矿物掺合料的影响机制，合理选择掺合料的类型、掺入量以及其他参数，是确保项目成功完成和混凝土性能达到预期的重要步骤。这种细致的控制将有助于确保混凝土在施工中表现出卓越的性能。4.3 凝结时间的测定方法 测定混凝土的凝结时间是确保施工质量的重要步骤。有几种常用的方法可以用来测定凝结时间，每种方法都具有其独特的特点和适用场合。一种常见的方法是使用凝结时间仪，这是一种专门用于测定混凝土凝结时间的仪器。该仪器通过监测混凝土中的温度变化和物理性质的变化来确定初凝时间和终凝时间。凝结时间仪通常包括温度传感器和压力传感器，能够精确监测混凝土的状态变化。另一种常用的方法是采用试棒法，通过将试棒插入混凝土中，观察试棒的状态变化来确定凝结时间。试棒通常是由特定材料制成，具有一定的硬度和强度。当混凝土开始凝结时，试棒会出现变硬或断裂的现象，这可以作为初凝时间的参考。此外，也可以使用超声波检测等高级技术手段来测定凝结时间，这些方法通常更为准确和精密，适用于对凝结时间要求非常严格的工程项目。在实际工程中，根据不同工程项目的要求和混凝土配合比的特点，可以选择合适的测定方法来监测凝结时间。这些测定方法可以帮助工程师和施工人员在施工中合理安排时间，以确保混凝土的工作性能和质量满足项目的技术要求。凝结时间的准确测定也有助于预防施工过程中出现的问题，提高工程的施工效率和质量。5 结束语 中国科技期刊数据库 工业 A-25-本研究深入探讨了矿物掺合料对混凝土工作性和凝结时间的影响，从混凝土性能的角度为建筑和基础设施工程提供了重要见解。矿物掺合料的应用对混凝土的可塑性和流动性产生显著改善，为施工提供了更大的便利性，同时也有助于降低成本和减少对资源的依赖。然而，凝结时间的延长也需要仔细的控制和计划，以满足不同工程项目的需求。这项研究为工程领域提供了实用的技术信息，以更好地利用矿物掺合料的潜力，并提高混凝土工程的可持续性。未来，我们鼓励进一步研究和实践，以推动混凝土技术的不断创新和发展。参考文献 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