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1 0 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 4 期( 总第 1 5 4 期) 掺合料对 C 6 0高性能混凝土力学性能影响 肖佳 ， 陈雷 ， 赵金辉 ( 1 中南大学土木建筑学院 长沙4 1 0 0 7 5； 2 中铁大桥局 集团桥 科院有 限公司 武汉4 3 0 0 3 4) 【 摘要】 通过混凝土力学性能的试验 ， 研究粉煤灰和矿粉对混凝土力学性能的影响规律， 确定粉煤灰和矿 粉掺量的适宜比例。试验结果表明： 结合本次试验得出高性能混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度拟合公式 = 0 1 5 8 3 f 配 ， 相关系数为 0 8 9 ； 粉煤灰掺量2 3 、 矿粉掺量 1 0 的混凝土为较佳配合比。 【 关键词】 高性能混凝土； 粉煤灰； 矿粉； 力学性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 - 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 4 - 0 0 1 0 一 o 4 I NF LUENCE oF ADM TURE oN M眶CHANI CAL P R0PERTY 0lF C6 O HI GH PERF oRM【 ANCE CoNCRETE 、XI AO J i a ， CHE N L e i ， Z HAO J i n h u i ( 1 S c h o o l o f C i v i l e n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ，C e n t r a l S o u t h U n i v ，C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ， C h i n a ； 2 B r i d g e S c i e n c e R e s e a r c h I n s t i t u t e L t d ， C h i n a Z h o n g t i e Ma j o r B ri d g e E n g i n e e ri n g G r o u p ， Wu h a n 4 3 0 0 3 4 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e e x p e rime n t o f c o n c r e t e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，i n fl u e n c e s o f f l y a s h a n d s l a g o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e d，t h e s u i t a b l e d o s a g e o f fl y a s h a n d s l a g we r e d e t e r m i n e d T h e e x p e ri m e n t t e s t s u g g e s t s t h a t a f o rmu l a f p I = 0 1 5 8 u 7 6 i s p r e s e n t e d f o r h i g h p e r f o rm a n t e c o n c r e t e c o mp r e s s i v e a n d s p l i t t i n g s t r e n g th，a n d t h e i n d e x o f c o r r e l a t i o n i s 0 8 9；the p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e r e p l a c e d c e me n t w i t h 2 3 fl y a s h a n d 1 0 s l a g i s b e t t e r Ke y wo r d s： h i g h pe r f o rm a n c e c o n c r e t e；fly a s h；s l a g；me c ha n i c a l p r o p e r t y 高性能混凝土( HP C) 胶凝材料用量一般在 5 0 0 k g m 左右 ， 这种高胶凝材料用量会给混凝土的使用带来诸如水 化热大、 收缩徐变大、 耐久性低等许多问题。由于 H P C水胶 比一般较小 ， 水泥石中有一部分水泥是没有水化的， 这部分 应生成 C a ( O H) ： ， 能够补充再生微粉中 C a 2 的缺乏 ， 和无水 碳酸钠一样都有激发水泥活性的作用 ， 反应都能够生成 C a - C O 3 ， C a C O 3 也能充当 c s A的成核基底， 最后 C a C O 3能与 水泥中的铝相反应生成具有一定胶凝能力的碳铝酸盐复合 物 】 ， 这些复合物能够与其它的水化产物搭接， 使得水泥砂 浆结构更加密实， 从而提高砂浆的强度 J 。 4结语 ( 1 ) 当再生微粉掺量在 1 0 以内对微粉水泥砂浆的 抗压强度影响较小， 当掺量大于 1 0 其抗压强度呈直线 下降。 ( 2 ) 当粉煤灰掺量为 1 5 、 减水剂掺量为 0 5 、 石 膏粉0 6 、 石灰粉 1 0 和碳酸钠掺量为 0 6 时微粉水泥 砂浆的抗压强度值达到最大值。 参考文献 1 】 张大力， 吕晶， 陈辉， 等 混凝土再生微粉的研究和应用 J 建 筑施 工 ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 6 ) ： 6 8 7 O 吕雪原 ， 王乐生， 陈雪， 等 混凝土再生微粉活性试验研究 J 青岛理工大学 学报， 2 0 0 9， 3 0 ( 4 ) ： 1 3 71 3 9 马纯滔， 宋建夏， 王彩波， 等 建筑垃圾再生微粉利用的试验研 究 J 宁夏工程技术， 2 0 0 9 ， 8 ( 1 ) ： 5 5 5 8 肖建庄 再生混凝土 M 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 刘树华， 冷发光 再生混凝土技术 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 7 肖建庄， 李佳彬， 孙振平 再生混凝土的抗压强度研究 J 同 济大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 2) 杨华山， 方坤河， 涂胜金， 等 石灰石粉在水泥基材料中的作用 及其机理 J 混凝土， 2 0 0 6 ， ( 6 ) ： 3 2 3 5 邓旭华 水灰比对再生混凝土强度影响的试验研究 J 混凝 土 ， 2 0 0 5 。 ( 2 )： 4 6 4 8 收稿 日期 2 0 1 0一 l 2 2 1 作者简介 孙岩( 1 9 8 4 一) ， 男， 黑龙江齐齐哈尔人， 硕士研 究生 ， 研究方 向： 材料再循环技 术。 l 1 j 1 J 肖 佳等： 掺合料对 C 6 0高性能混凝土力学性能影响 水泥只能起填充作用， 因此， 掺加矿物掺合料置换部分水 泥， 利用掺合料填充并细化水泥石孔结构 ， 改善水泥石与粗 集料间的界面结构， 不仅可以解决水化热大、 收缩徐变大、 耐久性低等问题， 而且还可以改善混凝土的工作性能， 提高 混凝土的后期强度， 降低单方混凝土的成本。 本文采用粉煤灰和矿粉分别单掺和双掺 ， 以新拌混凝 土的工作性和硬化混凝土 2 8 d 抗压强度为控制指标来配制 C 6 0高性能混凝土， 确定粉煤灰和矿粉掺量的适宜比例； 同 时分析高性能混凝土的抗压强度与劈裂抗拉强度之 间的 关系 。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 水泥： 莫德龙山水泥有限责任公司， 海螺牌 P 0 5 2 5， 密度 3 1 5 g c m ， 实测强度 5 8 8 MP a ； 粉煤灰：I 级 ， 广州恒 达资源综合利用公司， 密度 2 7 8 g c m ， 比表面积4 7 2 m k g ； 矿粉： 广东韶钢嘉羊新型材料有限公司， 密度 2 9 5 g c m ， 比 表面积 4 2 0 m k g ； 砂 ： 肇庆西江砂场中砂 ， 表观密度 2 6 3 g c m ， 细度模数 2 5 6 ； 碎石： 珠海洪湾石场碎石 5 2 5 ra m ， 表 观密度 2 6 5 g c m ； 水 ： 长沙自来水。 1 2 试验方法及配合比 以粉煤灰、 矿粉分别单掺和双掺配制了强度等级为 C 6 0 的高性能混凝土， 根据 G B T S 0 0 8 0 2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合 物性能试验方法标准 测定混凝土的坍落度 ， 同时观察有无 泌水离析等现象， 新拌混凝土坍落度控制在( 2 0 0 2 0 ) m m， 试验配合比见表 1 。混凝土成型后分别养护至规定龄期， 根 据 G B T S 0 0 8 1 2 o o 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准 试验方法分别测试混凝土 3 d 、 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d和 9 0 d的抗压强 度和劈裂抗 拉强度。试验同时成型了 l O O m ml O O m m 3 0 0 ra m试模 ， 混凝土成型后分别养护至规定龄期， 分别测试 混凝土 7 d 、 2 8 d和9 0 d的弹性模量。 表 1 混 凝 土 试 验 配 合 比 2 试验结果与分析 2 1 抗压强度 ( 1 ) 粉煤灰的影响： 研究 表明， 粉煤灰一方面改善 了混凝土的孔结构及界面过渡区的结构 ， 另一方面降低了 液相 c H浓度， 使得 C H晶体 的粒径减小， 对强度增长极为 有利。也有研究 0 证实， 在低水胶 比下， 粉煤灰的密实填 充作用更为明显， 且与普通混凝土相比， 高性能混凝土中粉 煤灰的活性有被提前激发的趋势， 这与 C H的浓度及粉煤灰 颗粒与 C H晶粒接触远近程度有关。 图 1为粉煤灰对混凝土抗压强度的影响。由图1可知， 随龄期增长， 混凝土抗压强度增大； 粉煤灰对混凝土抗压强 度的影响随龄期增长而不同。2 8 d前 ， 其抗压强度随粉煤灰 掺量增加而降低 ， 但粉煤灰掺量 1 0 、 2 0 的混凝土抗压强 度与纯水泥混凝土的相近； 5 6 d ， 粉煤灰掺量为 1 0 和2 0 的混凝土抗压强度已超过纯水泥混凝土的； 9 0 d ， 粉煤灰掺量 为 1 0 和2 0 的混凝土抗压强度较纯水泥混凝土的分别提 高了7 7 和 1 1 1 ， 而粉煤灰掺量3 0 混凝土抗压强度较 纯水泥混凝土的减小了3 1 ， 即粉煤灰较适宜掺量在 2 0 左右 。 ( 2 ) 矿粉的影响： 根据公式( 1 ) 计算浆体的初始孔 隙率 ， 矿粉掺量为 O 、 1 0 、 2 0 和 3 0 的初始孔隙率分别 为4 7 7 、 4 7 5 3 、 4 7 3 8 和4 7 2 2 ， 即矿粉掺量对初始 孔隙率影响很小， 影响孔隙率 的主要因素是水化产物的 数量。 mf l 1 m( b p 。 1 -w ( s 1 ) + w ( s l ) + m( w) m( b ) p Pa 式中， m( ) 、 m( 6 ) 分别为水和胶凝材料 的质量； 加( s 1 ) 为矿粉占胶凝材料的质量分数； p P 分别为水泥和矿粉的 密度 ， 水的密度取 1 0 0 0 k g m 。 矿粉具有水化快、 水化程度高、 需水量小等特点， 能在 加水拌和后 自行水化硬化并具有强度。同时， 水泥水化释 放 C H， C H激发矿粉参与体系反应生成低 C S比的 c s H 凝胶， 水化产物强化了颗粒之间的粘结， 也降低水化硅酸钙 的碱度， 低碱度的水化硅酸钙强度高于高碱度的水化硅酸 钙强度 J ， 使得硬化水泥浆体结构更加密实。矿粉对混凝 土强度的影响有两个方面， 一是矿粉 自身的活性效应以及 后期的火山灰效应对水泥石内部的填充作用， 提高了混凝 土强度； 二是矿粉颗粒对水泥颗粒的分散作用， 减弱了颗粒 肖 佳等： 掺合料对 C 6 0高性能混凝土力学性能影响 1 3 图7为粉煤灰对混凝土弹性模量的影响。由图7可知， 随龄期增长， 混凝土弹性模量增大 ； 粉煤灰掺量对不同龄期 混凝土弹性模量影响不同。在早期( 7 d ) ， 随粉煤灰掺量增 加 ， 混凝土弹性模量降低 ， 粉煤灰掺量 1 0 、 2 0 混凝土弹 性模量较纯水泥混凝土分别降低了 1 9 和 6 1 。2 8 d 和 9 0 d时， 粉煤灰混凝土的弹性模量均较纯水泥混凝土大， 且 随粉煤灰掺量增加 ， 混凝土弹性模量增大； 2 8 d时， 粉煤灰掺 量 1 0 和2 0 混凝土的弹性模量较纯水泥混凝土分别提高 了2 7 和4 8 。 9 0 d 时， 粉煤灰掺量为 2 0 时较粉煤灰 掺量为 1 0 的抗压强度和弹性模量分别增大约 4 3 3 和 3 3 7 ， 增大幅度基本相同。 ( 2 ) 矿粉的影响： 图8为矿粉对混凝土弹性模量的影 响。由图8可知， 随龄期的增长， 混凝土弹性模量增大； 矿粉 掺量对同龄期混凝土弹性模量规律不同， 矿粉掺量为 1 0 和2 0 的混凝土的弹性模量优于纯水泥混凝土的弹性模 量， 但随着矿粉掺量的增大弹性模量降低； 2 8 d 时， 矿粉掺量 为 1 0 和2 0 混凝土的弹性模量较纯水泥混凝土的分别增 一 各 i 翔i 掣 奢 煎 粉煤灰掺量， mlI 7 d 一2 8 d 一 一 9 Od 图7 粉煤灰对混凝土弹性模量的影响 一 各 翻 j 唾 ： 帮： 加了 1 3 7 和5 3 。9 0 d时， 矿粉掺量为 2 0 时较矿粉掺 量为 1 0 的抗压强度降低率为 1 4 ， 而弹性模量降低率为 8 5 ， 即矿粉掺量为 2 0 混凝土弹性模量较矿粉掺量为 1 0 混凝土弹性模量降低幅度大于其对抗压强度的降低幅 度。赵庆新等【 9 研究结果显示， 矿粉颗粒的弹性模量较水 泥颗粒的要小， 因此后期未水化的矿粉颗粒较水泥颗粒对 弹性模量贡献要小 ； 并且矿粉混凝土的收缩较纯水泥混凝 土的大， 试件内部有缺陷的几率较大 ， 不同掺量的矿粉对混 凝土弹性模量的影响不同。 ( 3 ) 粉煤灰和矿粉双掺的影响： 图9为粉煤灰和矿粉 双掺对混凝土弹性模量的影响图。由图9可知， 双掺配比混 凝土在 2 8 d时就显示出复合使用的优势， 随着掺合料掺量增 大， 混凝土 2 8 d 和 9 0 d 弹性模量较纯水泥混凝土增大， 粉煤 灰掺量 2 3 、 矿粉掺量 1 0 混凝土 2 8 d弹性模量较纯水泥 混凝土提高了约 1 0 3 。由于粉煤灰适宜掺量在 2 0 左 右， 矿粉的适宜掺量为 1 0 ， 二者复合使用发挥的作用效应 更加明显。 矿粉掺量， 一 7 d 一2 8 d 一9 0 d 嘲 蜒； 趟 最 图 8矿 粉对混凝 土弹性模 量的 影响图 9 3 结语 ( 1 ) 随龄期增长， 混凝土抗压强度增大， 掺粉煤灰混 凝土强度增长速度较快； 粉煤灰对混凝土抗压强度的影响 随龄期增长而不同， 粉煤灰较适宜掺量在 2 0 左右。同龄 期 ， 矿粉掺量 1 0 一 3 0 掺量范围内提高了混凝土的抗压 和劈拉强度， 但随着矿粉掺量增加， 抗压和劈拉强度降低 ， 本实验矿粉较佳掺量为 1 0 。混凝土劈拉强度随龄期增长 而增大， 得出了高性能混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度拟 合公式， 口 。 = 0 1 5 8 ， 相关系数为0 8 9 。 ( 2 ) 水化早期( 7 d ) ， 随粉煤灰掺量增加 ， 混凝土弹性 模量降低。2 8 d和 9 0 d时， 粉煤灰混凝土的弹性模量均较纯 水泥混凝土大。当矿粉掺量小于等于2 0 时， 矿粉混凝土 的弹性模量较纯水泥混凝土高； 矿粉掺量 1 0 可显著提高 混凝土的弹性模量。 参考文献 1 马保国。 张平均， 谭洪波 矿物掺合料对海洋混凝土抗氯离子 渗透的研究 j 石家庄铁道学院学报， 2 0 0 4 ， l 7 ( 1 ) ： 6 9 2 谢友均。 刘宝举， 龙广成 水泥复合胶凝材料体系密实填充性 能研究 J 硅酸盐学报， 2 0 0 1 ， 2 9 ( 6 )： 5 1 2 5 1 7 3 张伟锋， 黄润秋， 裴向军， 邓辉水泥土环境中粉煤灰水化与 4 7 4 6 4 5 4 4 4 3 4 2 41 4 0 2 8 d 一 一 9 0 d 1 0 活性激发研究 J 长春工程学院学报( 自 然科学版) ， 2 0 0 7 ， 8 ( 1 ) ： 4 2 4 5 4 郑克仁， 孙伟， 贾艳涛， 张云升， 郭丽萍矿渣掺量对高水胶比 水泥净浆水化产物及孔结构的影响 J 硅酸盐学报， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 4 ) ： 5 2 0 5 2 4 5 刘辉。 张长营， 杨圣玮， 张红波 矿渣微粉在水泥中的效应分 析 J 混凝土， 2 0 0 7 ， ( 4 ) ： 5 2 5 4 6 丁发兴， 余志武 混凝土受拉力学性能统一计算方法 J 华中 科技大学学报 ， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 3 ) ： 2 9 3 4 7 欧阳东， 余斌 超高强混凝土基本力学性能的研究 J 重庆建 筑大学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 4 ) ： 3 8 4 2 8 M e s b a h H， L a c h e m i M， A i t e i n P D e t e r m i n a t i o n o f e l a s t i c p r o p e r - t i e s of h i g h p e r f o rma n c e c o n c r e t e a t e a r l y a g e J A C I M a t e r J 2 0 0 2 ， 9 9 ( 1 )： 3 7-4 1 9 赵庆新， 孙伟， 郑克仁， 等 水泥、 矿粉、 粉煤灰颗粒弹性模量的 比较 J 硅酸盐学报， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 7 ) 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 2 8 作者简介】 肖佳( 1 9 6 4 一) ， 女， 湖南衡阳人， 教授， 博士， 研 究方向： 高性能混凝土的研究与应用。 叫