超细矿粉对混凝土强度及抗裂性能影响.pdf

4 低温建筑技术 2 0 1 1 年第3 期( 总第 1 5 3 期) 超细矿粉对 混凝土强度及 抗裂性能影响 王坤 ， 李秋义 ， 宋 晓冉 ( 青岛理工大学 土木工程学院 。 山东青岛2 6 6 0 3 3) 【 摘要】 研究了超细矿粉在聚羧酸高效减水剂作用下对大掺量粉煤灰 、 矿粉混凝土强度及抗裂性能的影 响。结果表明： 矿物掺合料掺量 5 0 时， 单掺 I级粉煤灰 ， 混凝土强度能达到基准混凝土的 7 0 ， 复掺 1 0 超细 矿粉复掺时， 粉煤灰混凝土强度提高 1 0 一 3 0 ； 单掺 $ 9 5级矿粉时， 强度可达到基准混凝土的9 0 ， 复掺 1 0 超 细矿粉复掺时 ， 矿粉混凝土强度提高 1 0 2 0 ； 同胶凝材料用量时， 粉煤灰和 1 0 的 P 1 0 0 0超细矿粉复掺 ， 混凝 土早期开裂面积达到单掺粉煤灰系列的 1 2 3倍， 矿粉和 1 0 的 P 1 0 0 0超细矿粉复掺时， 开裂面积可达单掺矿 粉系列的 1 4倍。 【 关键词】 绿色混凝土 ； 强度； 早期抗裂； 超细矿粉； 矿物掺合料 【 中图分类号】 T U 5 2 8 4 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 0 4 0 3 超细矿粉的高细度、 高活性使其在混凝土中有较 好的填充性和火山灰活性作用， 使混凝土界面区的晶 体数量和孔 隙率减少， 使水泥石更加致密 ， 超细矿 粉是制备高强度等级绿色混凝土的理想材料。 试验基于“ 青岛地铁衬砌混凝土配合 比设计” 项 目， 系统研究了单掺粉煤灰、 矿粉以及粉煤灰、 矿粉分 别与超细矿粉复掺， 取代 5 0 水泥时对绿色混凝土强 度及早期抗裂性能的影响。 1 试验原材料 水泥： 选用 P I 5 2 5水泥； 粉煤灰： I 级灰， 4 5 m 筛余量为 1 0 5 ， 烧失量为 1 2 ， 需水量 比8 9 ； 普 通矿粉 ： $ 9 5级矿粉 ； 超细矿粉： P 8 0 0型和 P 1 0 0 0型 2 种超细矿粉 ， P 8 0 0比表面积 8 0 0 m 2 k g ， P 1 0 0 0比表 面积1 0 0 0 m 2 k g ； 粗骨料： 5 2 5 m m连续级配的花岗 岩碎石。含泥量为 1 0 ， 压碎指标为 1 5 8 ， 针片状 含量为 8 3 ； 细骨料： 细度模数为 2 4的中砂， 含泥 量为 2 0 ； 外加剂： 聚羧酸减水剂 ， 减水率达 3 0 ； 水 ： 自来水 。 2 试验方案及试验方法 试验主要研究了粉煤灰和矿粉两种胶凝材料体 系的绿色混凝土的强度及抗裂性能， 胶凝材料体系为： ( 1 ) 粉煤灰混凝土系列： 单掺 5 0 的粉煤灰、 4 0 粉煤灰 +1 0 P 8 0 0超 细矿 粉和 4 0 粉煤灰 + 1 O P 1 0 0 0超细矿粉 。 ( 2 ) 矿粉混凝土系列： 单掺 5 0 的矿粉、 4 0 矿 粉 +1 0 P 8 0 0超细矿粉和 4 0 矿粉 +1 0 P 1 0 0 0超 细矿粉 。 胶凝材料用量分别为 3 5 0 、 3 9 0 、 4 3 0和 4 7 0 k g m ， 其中矿物掺合料占胶凝材料总量的 5 0 ， 试验统一采 用 4 0 的砂率， 制备粉煤灰系列混凝土时， 外加剂掺 量 占胶凝材料总量的 1 2 ， 矿粉系列混凝土外加剂 占1 5 ， 考虑实际工程情况， 通过微调整用水量， 控 制坍落度在( 1 8 0 2 0 ) m l n 。 早期开裂试验按照 G B T 5 0 0 8 22 0 0 9 ( 普通混凝 土长期性能和耐久性试验方法标准 相关规定， 测试 了混凝土试件在约束条件下早期开裂情况。 3试验结果分 析 3 1 超细矿粉对粉煤灰系列混凝土强度影响 粉煤灰系列混凝土强度数据 ， 见图 1 。由图 1可 以得到 ： ( 1 ) 当 I 级粉煤灰掺量 5 0 时， 单掺粉煤灰系 列混凝土强度约达到基准强度的 7 0 ， 同胶凝材料用 量条件下 ， 复掺 1 0 的 P 1 0 0 0超细矿粉， 混凝土的强 度达到单掺粉煤灰系列的 1 11 3倍； P 1 0 0 0超细矿 粉对混凝土强度 的改善作用随着胶凝材料用量的增 加而提高； 复掺 1 0 的P 8 0 0超细矿粉 ， 胶凝材料用量 3 5 0 k g m 时， 其对粉煤灰混凝土强度的改善作用不明 显 ， 随着 胶凝 材料 用 量 的增 多 ， 对 混凝 土强 度 的改善 效果越明显。基准混凝土 2 8 5 6 d强度最大增幅仅为 5 6 ， 粉煤灰系列混凝土强度最大增幅达 l 1 9 。 ( 2 ) 超细 矿粉 细度 越大 ， 对 混凝 土强 度 的增强 效果越好 ， 3 d时， 掺加 P 1 0 0 0系列混凝土强度为掺加 P 8 0 0系列的 1 1 1 3倍， 随着龄期的增长， 强度差距 逐渐减少。胶凝材料为3 5 0 k g m 时， 掺加 P 1 0 0 0系列 强度可达到掺加 P S 0 0系列 1 3 5 倍。 粉煤灰的大量掺入， 造成早期粉煤灰玻璃体界面 的火山灰活性不能较好的发挥， 因此早期粉煤灰系列 混凝土的强度较低。在掺合料中掺加一定量 的超细 矿粉能使水泥石中的胶凝物质 的量增加、 质改善、 减 弱界面过渡层 C a ( O H) 结晶的定向排列 ， 填充水泥石 的孑 L 隙， 极大的改善混凝土的界面粘结强度 ， 从而改 善混凝土的力学性能 。 王 坤等 ： 超细矿粉对混凝土强度及抗裂性 能影 响 5 6 O 5 0 皇 4 0 警 3 0 2 0 1 0 髓 3 1 O 3 5 0 3 9 0 43 0 4 7 0 5 1 0 胶凝材料用量 k g m。 ( a)3 d 强度 胶凝材 料用量 k g!I 1 ( c)2 8 d 强度 日 窆 想 日 蓦 慧 胶凝材料用量 k g m ( b)7 d 强度 +基准+ F A+ F A+ P 8 0 o + F A+ P 1 o 0 0 图1 粉煤灰系列混凝土强度 3 2 超细矿粉对矿粉系列混凝土强度的影响 矿粉中的 C a O含量较高 ， 具有较高的活性， 同时 具有较小颗粒形态 ， 在混凝土胶凝材料体系中起到复 合胶凝效应和微集料效应 ， 能有效改善界面粘结强 度 ， 提高混凝土强度 。矿粉系列混凝土强度数据， 见 图 2 。由图 2可 以得 到 ： ( 1 ) 单掺 5 0 矿粉时， 3 d强度增长趋势与单掺 粉煤系列相差不大 ， 后期强度增长较快， 2 8 d 强度可以 达到基准混凝土的9 0 。复掺 1 0 超细矿粉， 后期强 度甚至超过基准混凝 土强度， 5 6 d最高可到基准混凝 土强度 的 1 1 9 ； 矿粉 系 列混 凝 土 2 8 5 6 d强度 最 大 增 幅达 1 5 8 。 ( 2 ) 矿粉和 P 1 0 0 0超细矿粉复掺系列 ， 3 d时， 可 以达到单掺矿粉系列混凝土强度的 1 1 1 3 倍 ， 2 8 d 、 5 6 d 达 到 1 2倍 左 右； 复 掺 P 8 0 0超细 矿粉 与复 掺 P 1 0 0 0系列相比， 早期对混凝土强度改善作用相差不 大， 后期复掺 P 1 0 0 0混凝土强度约达到复掺 P 8 0 0系列 的 1 1 倍 。矿粉 和 P 1 0 0 0超 细矿 粉复 掺 ， 5 6 d强 度 可 达到 8 1 MP a ， 利用大量普通矿粉和超细矿粉复掺可以 制备较高强度等级的绿色混凝土。 3 3 超细矿粉对粉煤灰、 矿粉系列混凝土开裂性能 的影响 单掺粉煤灰、 矿粉及粉煤灰 、 矿粉分别与超细矿 粉复掺系列混凝土早期开裂面积 ， 见图3 。 胶凝材料用量 k g- n l ( d )5 6 d 强度 由图 3可以得到 ： ( 1 ) 各系列混凝土开裂面积， 随着胶凝材料用 量的增加均成递增趋势。单掺粉煤灰系列， 胶凝材料 4 7 0 k g m 时 的开裂面积达 到胶凝材 料 3 5 0 k g m 时 的 3 5 倍 ， 单掺矿粉系列时差距达到 1 4倍。 ( 2 ) 相同胶凝材料用量时， 单掺矿粉系列混凝 土的开裂面积要远远大于单掺粉煤灰系列， 随着胶凝 材料用量的增加， 二者的开裂面积差距逐渐减小。胶 凝材料 3 5 0 k g m 时， 单掺矿粉混凝土开裂面积是单掺 粉煤灰的4 4倍 ， 胶凝材料 4 7 0 k g m 时， 单掺矿粉混 凝土开裂面积达到单掺粉煤灰的 2 2倍。 ( 3 ) 复掺 P 1 0 0 0超细矿粉系列， 混凝土强度提 高的 同 时， 但 早 期开 裂 面积 增 大； 胶 凝材 料 用量 3 5 0 k g m 时 ， 粉煤灰和 P 1 0 0 0复掺系列混凝土开裂面 积达到单掺粉煤灰系列时的 3倍， 胶凝材料 4 7 0 k g m 时， 达到 1 2倍 ； 矿粉和 P 1 0 0 0复掺 ， 胶凝材料用量较 少时 ， 混凝土的开裂面积与单掺矿粉系列相差不大 ， 随着胶凝材料用量的增多开裂面积差距增大， 胶凝材 料4 7 0 k g m 时， 开裂面积达 9 9 3 m m m ， 达到单掺矿 粉混凝土开裂面积的 1 4倍。 可见， 掺加超细矿粉或提高水泥用量， 混凝土强 度能显著提高， 但其早期抗裂性能降低。 4结语 ( 1 ) 超细矿粉能够较好的弥补单掺粉煤灰造成 6 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 3 期( 总第 1 5 3期) 罨 鹱 罨 憩 宦 - 皇 暄 胶凝材料用量 k g n l ( a )3 d 强度 胶凝材料用量 k g I I 1 ( C)2 8 d 强度 粉煤灰混凝土系列 日 山 罨 骶 皇 慧 胶凝材料用量， l 【 g m ( b)7 d 强度 + 基准 + S 9 5 十$ 9 5 + P 8 0 0 - , - $ 9 5 + P 1 0 0 0 图2 矿粉系列混凝土强度 胶凝材料用量， k g- m 昌 吕 g 值 胶凝材料用量 k g H 1 ( d)5 6 d 强度 3l 0 3 5 0 3 90 4 3 0 47 0 51 0 胶凝材料用量 k g m +$ 9 5 + P8 0 0 - -$ 9 5 + P1 0 0 0+$ 9 5 图3 各系列混凝土早期开裂面积 的混凝土强度损失 ， 4 0 粉煤灰和 1 0 P I O 0 0复掺时 达到基准混凝土强度的8 4 。粉煤灰系列混凝土 2 8 d 到5 6 d 强度增长幅度达 1 1 9 ， 基 准混凝土增 幅仅 为 5 6 。 ( 2 ) 4 0 矿粉和 1 0 的超细矿粉复掺时， 能达 到基准混凝土强度水平， 二者复掺可以制备高强度等 级的绿色混凝 土。胶凝材料 4 7 0 k g m ， 4 0 矿粉和 1 0 P I O 0 0超细矿粉复掺混凝 土系列， 7 d强度达到 5 0 M P a ， 5 6 d 强度达到8 0 MP a 。 ( 3 ) 各系列混凝土开裂面积， 随着胶凝材料用 量的增加呈递增趋势， 相同胶凝材料用量时， 单掺矿 粉系列混凝土的开裂面积达到单掺粉煤灰系列的2 2 4 4倍； 粉煤灰和 P I O 0 0超细矿粉复掺 ， 混凝土早期 开裂面积达到单掺粉煤灰系列的 1 23倍 ， 矿粉和 P l O 0 0超细矿粉复掺时， 开裂面积最大可达单掺矿粉 系列的 1 4倍。 2 3 4 参考文献 石利国， 黄建华 ， 等 大力发展绿色混凝土 J 广东建材， 2 0 0 9 ， ( 7 ) ： 4 85 0 陈荣生 超细矿粉和聚合物改性的水泥基高性能材料研究 D 杭州： 浙江工业大学， 2 0 0 2 姜洪洋， 洪雷 超细矿粉对混凝土界面的增强作用 J 新型 建筑材料， 2 0 0 1 ， ( 1 ) ： 3 9 4 1 钟桂珍 关于在混凝土配置中掺入矿粉及粉煤灰的探讨 J 山西建筑 ， 2 0 0 8， ( 2 1 ) ： 1 3 91 4 2 收稿日期 2 0 1 0 一 l 1 2 9 作者简介】 王坤( 1 9 8 5 一) ， 男， 山东肥城人， 硕士， 研究方 向 ： 结构工程 。