矿物掺合料对高性能混凝土性能的影响研究.pdf

道|路|工|程矿物掺合料对高性能混凝土性能的影响研究刘雍（江西省交通运输科学研究院有限公司，江西南昌摘要：文章以粉煤灰、矿渣粉制备矿物掺合料，在改变掺量的情况下，通过相关试验研究其对高性能混凝土的抗压强度、耐氯离子侵蚀特性和抗冻稳定性的作用。结果表明：含有矿物掺合料的水泥混凝土早期抗压强度小于基准水泥混凝土抗压强度，在龄期2 8 56 d时，水泥混凝土强度有较大的提高，后期强度与基准混凝土相似；掺合料的增加会使得混凝土的耐冻稳定性下降，但可以改善耐氯离子侵蚀特性。关键词：粉煤灰；矿渣粉；高性能混凝土；抗压强度；抗氯离子渗透性能；抗冻性能中图分类号：U416.03文献标识码：ADOl：10.13 2 8 2/j.c n k i.Wc c s t.2 0 2 3.0 8.0 2 4文章编号：16 7 3-4 8 7 4(2 0 2 3)0 8-0 0 7 4-0 50引言高性能混凝土是采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求的各项力学性能，且具有高耐久性和高体积稳定性的混凝土 们。我国西南地区云贵川渝三省一市按照“十四五”规划正在大力发展高速公路建设，这些地区地形起伏大、地质灾害多和不佳的环境条件，给施工带来了很大的难度,并且对混凝土的耐久性带来了不利影响。面对这一系列的问题，施工技术人员往往只是单纯地提高水泥剂量或标号来保证混凝土的强度，事实证明这个方法对混凝土的耐久性有着很大的损害。高性能混凝土有着优异的工程稳定性、力学性能、耐久性能，并可以在工程中进行应用推广，对于改善质量、减少工程凝结时间（min)试验项目密度（g/cm）比表面积（m/kg)初凝终凝检测结果3.110粗集料：采用九寨沟县建投建材销售有限公司（黄阳砂石厂）生产的碎石，规格分别为510 mm、10 20 mm、16 2 5m m,掺配比例为 5 10 mm:1020 mm:1625mm=15%：50%：3 5%，其主要技术指标检测结果见表2。表2 粗集料主要技术指标检测结果表针片状表观颗粒试验含泥泥块颗粒含项目量（%）含量(%)量（%)检测0.8结果细集料：采用九寨沟县建投建材销售有限公司（黄阳砂石厂)的机制砂，规格为0 4.7 5mm,其主要技术指标检测结果见表3。作者简介：刘雍（19 9 1一）,工程师，主要从事公路桥梁试验检测工作。330200)造价和减少对环境的污染具有重大价值。对于高性能混凝土的推行和使用，应该因地制宜，依据工程地区实际条件，选取合适类型的矿物掺合料以及掺配比例。2 本文结合四川省九寨沟(甘川界)至绵阳高速公路中某施工合同段，以强度等级为C30的高性能混凝土做为主要研究目标，探讨了改变矿物掺合料掺量对混凝土的力学性能和耐久性能的作用，以期能够给实际公路桥梁工程提供参考。1原材料及配合比情况1.1 原材料水泥：采用文县祁连山水泥有限公司PO42.5水泥，其主要技术指标检测结果见表1。表1水泥主要技术指标检测结果表抗压强度(MPa)CL含量(%)烧失量（%）338210压碎值密度级配(%)(kg/m3)(%)0.11.8抗折强度(MPa)3d28d3400.003试验蓝值含量项目密度(%)(%）(kg/m3)检测3.30.2结果粉煤灰：选用大唐略阳发电有限责任公司生产的F类级粉煤灰，其主要技术指标检测结果见表4。表4粉煤灰主要技术指标检测结果表18.72.7083d3.8529.1表3细集料主要技术指标检测结果表松散亚甲 泥块堆积密度(%)(kg/m3)(%)区1 5752 683合格试验细度需水烧失量含水量SO3项目(%)量比(%)(%)(%)含量(%)含量(%)检测18结果28 d48.35.1表观颗粒空隙率细度级配模数40.62.92合格f-Cao922.758.20.21.740.3374 西部交通科技 VeminchinsCommunications Science&Technology矿物掺合料对高性能混凝土性能的影响研究/刘雍矿渣粉：选用神话四川能源有限公司江油发电厂生产的S95级矿渣粉，其主要技术指标检测结果见表5。表5矿渣粉主要技术指标检测结果表比表SO3试验密度面积项目(g/cm3)(m/kg)检测2.94结果外加剂：选用贵州龙之源新材料有限公司生产的LZY-S2型聚羧酸高性能减水剂,其主要技术指标检测结果见表6。细集料编号材料名称水泥粉煤灰矿渣粉(0 4.75 mm)每立方米380A1用量(kg)单位质量比1.000.00在基准混凝土配合比的基础上，以粉煤灰、矿渣粉作为主要矿物填充料，采用以单掺和按配合比复掺等量替代原水泥的技术，探讨主要矿物填充料对改善混凝土力学性能和耐久性能的作用。单掺粉煤灰的混凝土编号为B1B3,等量替代水泥比例依次为10%、2 0%、30%；单掺矿渣粉的混凝土编号为C1C3,等量替代水细集料编号材料名称每立方米用量(kg)B1单位质量比每立方米用量(kg)B2单位质量比每立方米用量(kg)B3单位质量比每立方米用量(kg)C1单位质量比每立方米用量(kg)C2单位质量比每立方米用量(kg)C3单位质量比每立方米用量(kg)D1单位质量比每立方米用量(kg)D2单位质量比每立方米用量(kg)D3单位质量比表6 外加剂主要技术指标检测结果表抗压强试验含固量减水率含气量度比(%)泌水率pH值变化量项目(%)(%)(%)7d28d检测流动比烧失量含水量CL-含量含量(%)(%)(%)(%)4201050.950.20.320.014表7 基准配合比参数表粗集料(5 10 mm)000.00表8 掺入矿物掺合料配合比参数表粗集料水泥粉煤灰矿渣粉(0 4.75 mm)342380.900.10304760.800.202661140.700.3034200.900.0030400.800.0026600.700.00266760.700.20266570.700.15266380.700.101h经时比(%)(mm)5.3521.331.2结果(%)拌和用水：自来水。1.2混凝土配合比混凝土配合比以C30强度等级设计，砂率为4 3%，水胶比为0.4 1基准配合比参数见表7。粗集料(10 20 mm)8331662.190.44泥比例依次为10%、2 0%、3 0%；二者复掺的混凝土编号为D1D3,其总掺量是3 0%，二者掺入比例分别为粉煤灰：矿渣粉=2 0%：10%、粉煤灰：矿渣粉=15%：15%、粉煤灰：矿渣粉=10%：2 0%。掺入矿物掺合料混凝土配合比参数见表8。粗集料(5 10 mm)(1020 mm)08330.002.1908330.002.1908330.002.19388330.102.19768330.202.191148330.302.19388330.102.19578330.152.19768330.202.193.5168152粗集料拌和用水减水剂(16 25 mm)5523871.451.02粗集料拌和用水减水剂(1625 mm)1665520.441.451665520.441.451665520.441.451665520.441.451665520.441.451665520.441.451665520.441.451665520.441.451665520.441.45151540.413871541.020.413871541.020.413871541.020.413871541.020.413871541.020.413871541.020.413871541.020.413871541.020.413871541.020.41353.8000.013.8000.013.8000.013.8000.013.8000.013.8000.013.8000.013.8000.013.8000.013.8000.012023年第8 期总第19 3 期75道路工程生化学反应，才能形成有胶凝性的水化物，而这种反应速为粉煤灰和矿渣粉都必须与水泥熟料水化物Ca(OH)2产2试验结果与分析2.1石矿物掺合料对高性能混凝土抗压强度的影响作用未掺入矿物掺合料与掺入矿物掺合料的混凝土标准试件抗压强度试验结果见表9。表 9 高性能混凝土抗压强度试验结果表(MPa)龄期编号3dA127.9B125.5B223.6B320.9C126.1C224.0C321.9D128.1D226.3D322.060.050.0(edN)40.030.020.010.00.00图1粉煤灰掺量与抗压强度关系曲线图60.050.0140.030.020.010.00.00图2矿渣粉掺量与抗压强度关系曲线图由图1和图2 可以看出，在胶凝材料总量及水胶比相同的条件下，混凝土的抗压强度随着矿物掺合料掺量的增加而逐渐降低，特别是在混凝土的早期强度，而在龄期2 8 56 d，混凝土抗压强度有较大幅度上升。这是因度又低于混凝土水化速率。所以，当用粉煤灰、矿渣粉二种矿物填充料等量替代水泥时，可使胶凝体系的水化速度大大减缓 2。60.050.040.030.020.07d28d38.348.234.144.632.740.330.138.633.745.733.341.931.439.835.644.336.042.232.143.4+3d混凝土抗压强度+7d混凝土抗压强度+28d混凝土抗压强度*56d混凝土抗压强度1020粉煤灰掺量（%）?+3d混凝土抗压强度7d混凝土抗压强度2 8 d 混凝土抗压强度*56d混凝土抗压强度1020矿渣粉掺量（%）一基准配合比混凝土抗压强度单掺粉煤灰混凝土抗压强度+单掺矿渣粉混凝土抗压强度56d10.00.052.3349.4图3 不同矿物掺合料混凝土抗压强度曲线图47.2从图3 可以得知，两种矿物质复掺的混凝土3 d、48.07d、2 8 d、56 d 龄期时的抗压强度均要大于单掺其中一48.9种矿物掺合料的混凝土。这是由于二者有较好的“强度48.5互补效应”。粉煤灰和矿渣粉复掺综合利用还可以增加水泥混凝土的早期强度和后期强度。试验资料也证实，46.7当矿渣粉与型粉煤灰水泥的复合共取代水泥4 0%，当54.6二者比值约为1：2 时，混凝土基料最致密，所表现的强51.1度也最大 3。所以在工程建设中，应该根据区域的不同、工程的特点和各种矿物掺合料实际生产情况，选择最佳48.7的掺配方式使混凝土配合比得到最大的优化，以提高工程质量 4。2.2矿物掺合料对高性能混凝土抗氯离子渗透特性的影响作用氯化物离子的入侵是造成混凝土中钢筋腐蚀的主要因素，目前电通量法是测量钢筋混凝土耐氯化物离子侵蚀特性的重要手段。基准配合比高性能混凝土与掺入矿物掺合料的高性能混凝土抗氯离子渗透性能检测结果见表10。30403040*粉煤灰与矿渣粉复掺混凝土抗压强度728龄期（d)表10高性能混凝土电通量检测结果表(C)编号28 dA12 116.3B11 987.6B21 773.0B31611.4C11 866.5C21.604.4C31 544.3D11323.4D21484.7D31526.556龄期1 597.41 244.31 082.2909.01246.71 000.8899.0847.71044.31178.556d76西部交通科技wesenchinsCommunications Science&Technology矿物掺合料对高性能混凝土性能的影响研究/刘雍表11混凝土冻融循环质量损失率检测结果表（%）循环次数25002.000(）吾审1500100050000图4 粉煤灰或矿渣粉单掺掺量与电通量关系曲线图2500+28d混凝土电通量200056d混凝土电通量1500电10 0 0+28d单掺粉煤灰混凝土电通量-28d单掺矿渣粉混凝土电通量+56d单掺粉煤灰混凝土电通量￥56 d 单掺矿渣粉混凝土电通量1020粉煤灰或矿渣粉单掺掺量（%）编号2550A10.000.120.21 0.25 0.36 0.53 B10.120.340.580.74 0.63B20.200.531.112.473.076.22B30.130.601.713.625.943040751001251501752000.670.590.921.011.21一C10.090.30-0.62C20.150.430.71 1.67C30.410.722.094.275.58一D10.140.722.385.96D20.28-0.641.042.735.36D30.310.542.44 0.510.620.781.000.943.475.444.746.87一一50000图5粉煤灰与矿渣粉复掺掺量与电通量关系曲线图从图4、图5可以得知，随着矿物掺合料掺量的增加，混凝土的电通量呈现不断降低的趋势，说明了矿物掺合料能够有效地改善混凝土抗氯离子渗透性能，提高结构的耐久性能。这主要由于矿物填充料的数量增加后，不但填满了混凝土中的毛细孔，还将毛细孔分割为一些细孔。随着毛细孔总量的减少，孔隙和孔径也相应减少，加上矿物填充料与水泥中的主要水化产物Ca(OH)2产生了二次水化，水化产物迅速填满了孔隙，混凝土的紧密程度得以明显改善，从而有助于改进混凝土的耐氯离子侵蚀特性 5。由图5还可以看出，当胶凝材料总量和掺合料掺量不变的条件下，粉煤灰与矿渣粉复掺掺量比例为2：1时，混凝土电通量最低，而后随着粉煤灰掺量的减少，混凝土电通量逐渐增加。两种填充料掺比例的变化将使得胶凝材料出现不同的配和叠加效果，当胶凝体系级配出现最优情况时，混凝土的密实性可以达到最佳状态，从而提高混凝土的抗氯离子渗透性能。2.3矿物掺合料对高性能混凝土抗冻性能的影响高性能混凝土抗冻性能试验适用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准（GB/T50082-2009)中的快冻法，各组试件每冻融循环2 5次测定一次动弹性模量和质量损失，混凝土的抗冻等级用相对动弹性模量下降至6 0%或者质量损失率1.2537在互通匝道AK0+100.00断面（泡沫轻质土填筑）与AK0+080.00断面（石灰土填筑）开展交工质量核验路面沉降观测（2 0 19 年11月）和竣工质量复测路面沉降观测(2 0 2 2 年2 月），观测数据见表7。由表7 可知，将泡沫轻质土应用到既有互通匝道路基填筑中，能够在一定程度上降低荷载引起的沉降变形，保障桥梁路基过渡段的平整。表7 路面沉降观测结果表交工质量核验路面沉降竣工质量复测路面沉降桩号(mm)AK0+080.008AKO+100.0055结语相比于石灰土，泡沫轻质土单位体积造价是其数倍。但是，在互通匝道桥梁与路基过渡段采用泡沫轻质土填筑,不仅能够降低土的自重应力和对挡墙的侧向压力，而且能有效缓解桥台与路基的刚性突变，减小桥头跳车效果，增加行车舒适性和安全性，同时也提升施工速度与工程质量，其工程效益是可观的。但是，泡沫轻质土具有吸水率较高、易干燥收缩等缺点，是今后要重点解决的问题，以期为泡沫轻质土的进一步推广和普及奠定更坚实的基础，实现更为广泛的应用。7d抗压28d抗压强度(MPa)0.841.360.650.89(mm)149参考文献1T JG F 10 0 1-2 0 11,现浇泡沫轻质土路基设计施工技术规程 S.2吴蔚,齐.泡沫轻质土替换软土地基的对比应用研究 J.山西建筑,2 0 16,4 2(4)：6 8-6 9.3王新岐.节能减排新技术在滨海新区道路工程中的应用研究 J.城市道桥与防洪，2 0 11(10)：13 2-13 7，12.4陈忠平，孙仲均，钱争晖.泡沫轻质土充填技术及应用J.施工技术,2 0 11,4 0(10):7 4-7 6.5白云龙.浅谈泡沫轻质土在桥梁施工中的应用 J.珠江水运,2 0 2 1(5):3 0-3 1.6王林松.软土地基桥头处理稳定性分析与应用 J.城市道桥与防洪,2 0 19(5):7 1-7 2,12.7刀代茂华，王博.泡沫轻质土在桥头地基处理中的应用J.天津建设科技,2 0 2 1,3 1(2)：51-53.收稿日期:2 0 2 3-0 4-10783西部交通科技WVesiemncinsCommunications Science&Technology