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单星本等 ： 掺合料 对复合水泥混凝土强度影响 21 掺合料对 复合水泥 混凝 土强度影 响 单星本 ， 聂治平 ， 王子龙 ， 江守恒 ， 朱卫 中 ( 黑龙江省寒地建筑科学研究院 ， 哈尔滨1 5 o o a o) 【 摘要】 主要研究粉煤灰和矿粉对复合水泥制备的混凝土早期强度的影响， 通过分别单掺粉煤灰、 矿粉和 两者双掺在混凝土早期抗压强度测试， 选用一种普通硅酸盐水泥和两种不同厂家的复合水泥进行研究。得出当 矿粉的最佳掺量为 2 0 时 ， 可以显著提高混凝土抗压强度。粉煤灰掺量不易超过 3 0 ， 每增加 l O 掺量的粉煤 灰， 混凝土抗压强度降低约7 9 M P a 。 【 关键词】 粉煤灰； 矿粉 ； 混凝土； 早期强度 【 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 3 ) 0 4 0 0 2 1 0 3 矿物掺合料是混凝土的重要组成部分， 有效利用现代 工业所产生的废弃物质， 一方面可以减少资源浪费， 节约能 源， 另方面可保护环境， 减少对大气的污染 J 。粉煤灰是 燃煤电厂从烟道排出， 通过收尘器收集起来的废弃物质 ， 掺 人混凝土中， 减少水泥用量， 可改善新拌混凝土流动性 ， 降 低水泥水化所带来的水化热 ， 合理地使用粉煤灰可带来直 接经济效益和社会效益 。矿渣是熔化的矿渣在高温状态 迅速淬水而成。经淬水急冷后的矿渣 ， 其中玻璃体含量多， 结构处在高能量状态， 不稳定 ， 潜在活性大。粉煤灰和矿粉 是 目前商品混凝土最常用的矿物掺合料， 对于使用复合水 泥在商品混凝土中的应用还比较少。文中主要研究粉煤灰 和矿粉对复合水泥所制备的混凝土早期抗压强度的影响。 1 原材料及试验 方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥： 本试验选择的三种水泥， 一种是P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥 A， 另外两种水泥分别为不同厂家生产的 P C 3 2 5 复合水泥 B和 C。水泥各项指标均符合 G B 1 7 5 2 0 0 7 ( 通用硅酸盐水泥 。 ( 2 ) 粉煤灰： 哈尔滨某电厂级粉煤灰。 ( 3 ) 矿粉 ： 采用宇辉 $ 9 5矿粉， 见表 1 。 ( 4 ) 骨料： 砂子， 中砂 ， 细度模数 2 8 ； 石子采用 5 3 1 5 ra m连续级配。 表 1 矿渣技术指标 ( 5 ) 外加剂 ： 黑龙江省低温建筑中间试验厂生产的萘 系减水剂为粉剂， 褐黄色粉末； S J一 2型引气剂， 呈浅褐色， 比重约 1 2 ， 水分含量 5 ； 缓凝剂 ， 三聚磷酸钠， 1 2 试验方法 表2 单掺粉煤灰和矿粉混凝土配合比 注： P o 4 2 5的水 泥采用 的水胶 比为 0 4 。 本试验主要选取三种水泥， 分别掺人粉煤灰、 矿粉及双 掺粉煤灰和矿粉进行制备混凝土 ， 固定水胶 比为 0 3 5和 0 4 ， 砂率为 4 o 。粉煤灰掺量范围在 1 0 5 0 之间， 矿 粉掺量在 1 0 一 6 o 之间， 双掺粉煤灰和矿粉分别取代水 泥用量 为 3 0 、 4 0 和 5 0 。成型 混凝 土试件 尺寸 为 1 0 0 mm x 1 0 0 ram1 0 0 m m， 试件在标准养护条件( 温度 2 0 2 C， 湿度9 0 ) 下， 分别测试其龄期为 2 d 、 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 和5 6 d的抗压强度。单掺粉煤灰和矿粉基准混凝土配合 比 如表 2所示， 粉煤灰和矿粉分别取代不同水泥用量进行试 验。双掺粉煤灰和矿粉取代不同水泥用量混凝土配合比如 表 3所示 。 2试验结果与分 析 研究掺合料粉煤灰与矿粉的混凝土早期抗压强度的影 响， 采用 A种水泥( P O 4 2 5 ) 掺人矿粉对混凝土的各个龄 期抗压强度的影响， 从图 1中可以看出， 随着矿粉掺量的增 加， 混凝土的抗压强度呈现下降的趋势， 主要是因为矿粉掺 量增加， 水泥使用量在逐渐减少， 但是矿粉掺量不同对混凝 土强度的影响并不一致。当矿粉掺量为 1 0 和2 0 时， 反 而提高混凝土的抗压强度， 与基准混凝土相比， 当矿粉掺量 为1 0 时， 2 8 d抗压强度提高 9 ； 当掺量为 2 0 时， 2 8 d强 度提高 l 1 7 ， 混凝土抗压强度达到最高值。3 d混凝土抗 压强度一直降低主要是因为早期水泥水化程度较低， 矿粉 中的 S i O 与水泥水化产物 C a ( O H) ：发生二次水化在早期 不明显。从图中看出， 当龄期达到 1 4 d时， 混凝土抗压强度 2 2 低温建筑技术 2 0 1 3 年第4 期( 总第 1 7 8 期) 明显增加 ， 说明矿渣在提高混凝土抗压强度 1 4 d以后效果非 常明显。随着掺量的增加， 当矿粉掺量达 2 0 以后， 混凝土 抗压强度值开始下降， 混凝土内部水泥用量减少， 水化产物 大大降低。当矿粉掺量达 6 0 时， 混凝土抗压强度较基准 相比降低 4 MP a 。大掺量的应用矿粉于混凝土 中有参考 价值。 表3 双掺粉煤灰和矿粉混凝土配合比 矿粉掺量 - - n -3 d- - T d- _ l 4 d - 2 8 d +5 6 d 图l 单掺矿粉混凝土强度 矿粉掺量， - 一 3 d 一7 d 一 l 4 d - 一2 3 d - 一5 6 d 图2 单掺粉煤灰混凝土强度 从图2中可以看出， 掺人粉煤灰对混凝土早期抗压强度 的影响， 随着粉煤灰掺量的增加， 混凝土抗压强度在逐渐降 低 ， 每增加 1 0 的粉煤灰， 混凝土各龄期的抗压强度就降低 约 3 5 MP a 。从图中看出， 粉煤灰对混凝土早期抗压强度并 没有提高作用， 从试验情况看 ， 掺入粉煤灰提高了混凝土的 流动性能， 主要因为粉煤灰的形态效应。粉煤灰含有大量 活性 S i O 及 A l 2 t ) 3 ， 在潮湿的环境中与 C a ( O H) 等碱性物 量 商 戆 襄 皇 越 慰 田 堰 粉煤灰与矿粉双掺 - 一3 d4 - 7 d 4 d 一 8 d +5 6 d 图3 双掺粉煤灰和矿粉混凝土强度 质发生化学反应， 生成水化硅酸钙、 水化铝酸钙等胶凝物 质， 提高混凝土强度 “J 。 双掺粉煤灰和矿粉对混凝土抗压强度的影响如图 3所 示， 取代水泥用量5 0 ， 混凝土的抗压强度均低于基准混凝 土的强度。混凝土的 2 8 d抗压强度降低了 1 41 6 MP a 。当 粉煤灰掺量为 2 0 和矿粉掺量为 3 0 时， 此时双掺的比例 制备的混凝土抗压强度最高。 矿粉掺量， 矿粉掺量， 粉煤灰与矿粉双掺 3 d+7d- - 1 4d_ _ I 2 8 d +5 6 d -3 d+7 d_ - l 4 d- _ 2 8 d +5 6 d 一 3 d 7 d一4 I 十2 s d 5 6 d 图4 单掺矿粉混凝土强度 图5 粉煤灰掺 量对P C 3 2 5 的影响 图6 粉煤灰和矿粉双掺混凝土强度 采用 B种类的 P c 3 2 5复合水泥单掺矿粉， 研究矿粉 不同掺量对复合水泥制备混凝土抗压强度产生的影响， 从 芝 隈 H d 罨醚想嘲鞲 口 d 善 聪嚼幽器 譬 、 越瓢曙 单星本等 ： 掺合料对 复合水 泥混凝土强度影响 图4中可以看出， 随着矿粉掺量的增加， 复合水泥制备的混 凝土各龄期( 除 3 d强度) 抗压强度也是先增加后降低的趋 势 ， 与普通硅酸盐 P 0 4 2 5水泥相比， 矿粉对混凝土强度 提高呈平缓趋势。从数据中显示， 矿粉掺量为 2 0 时， 对复 合水泥抗压强度提高最为明显 ， 2 8 d 抗压强度增加约 3 MP a 。 说明矿粉在复合水泥制备的混凝土中， 自身活性作用效果 不明显。 同样采用 B种类水泥 ( P C 3 2 5 ) 单掺粉煤灰， 研究不 同掺量粉煤灰对复合水泥制备的混凝土抗压强度的影响， 如图5所示。随着粉煤灰掺量增加， 混凝土 2 8 d 强度呈现先 增加再减小的情况， 当粉煤灰掺量为 1 0 2 0 时 ， 粉煤灰 提高混凝土2 8 d抗压强度效果显著。当粉煤灰掺量达 3 0 以上， 混凝土抗压强度开始显著下降， 每增加 1 0 掺量的粉 煤灰 ， 混凝土抗压强度降低约 7 9 MP a 。 采用 B种类水泥( P- C 3 2 5 ) 双掺粉煤灰和矿粉， 两者 取代水泥用量 5 0 。从图 6中数据可以看出， 当粉煤灰掺 量为2 0 ， 矿粉掺量为 3 0 时， 双掺粉煤灰和矿粉对混凝土 抗压强度效果最好。与基准混凝土强度相比， 混凝土2 8 d抗 压强度几乎一致。说明粉煤灰和矿粉同时掺入制备混凝土 的强度要优于单掺的效果。 采用 c种水泥( P C 3 2 5 ) 单掺入矿粉， 分析对复合水 泥制备的混凝土抗压强度的影响。从图7中可以看出， 掺入 矿粉对 C种水泥的混凝土抗压强度先增加再降低 ， 当矿粉 掺量为 2 0 时， 混凝土抗压强度最高 ， 提高抗压强度 约 6 M P a 。从数据说明， 不同厂家复合水泥在掺入矿粉时， 矿粉 在混凝土内部活性激发程度不同。矿粉对混凝土抗压强度 影响， 还决定于复合水泥中矿物组分。 矿粉掺量， 卜 2 d- 4 -3 d7 d - 1 4 d - - * - 2 8 d - 4 - 5 6 d 图7 矿粉掺量混凝土强度 采用 C种复合水泥( P C 3 2 5 ) 双掺粉煤灰和矿粉， 从 图8中所示 ， 当取代水泥为 5 0 ， 掺入粉煤灰和矿粉时， 随 着粉煤灰掺量的增加， 混凝土抗压强度呈降低趋势。主要 是水泥用量减少 ， 粉煤灰和矿粉在水泥水化过程中， 二次水 化程度大大降低 ， 导致在混凝土后期强度没有增加l 5 I6 】 。当 取代水泥为4 0 ， 掺入矿粉和粉煤灰的混凝土较基准混凝 土强度相比， 降低约4 6 MP a 。当取代水泥用量为 3 0 时 ， 掺人矿粉和粉煤灰的混凝土强度与基准混凝土强度一致。 这说明当双掺量较大时， 矿物掺合料在水泥水化过程中的 二次水化程度较低， 使得在强度方面增加作用明显。从图 中显示， 当水泥用量为 6 0 以上， 掺合料在混凝土抗压强度 方面增加效果明显。 粉煤灰与矿粉双掺 ,- - a - - 2 d- 4 - 3 d- - b- 7 d - - v - - 1 4 d - -, 2 8 d - 4- - 5 6 d 图8 粉煤灰与矿粉双掺混凝土强度 3结 语 ( 1 ) 矿粉的最佳掺量为 2 0 时， 可以显著增加混凝土 的抗压强度， 同时节省水泥用量。 ( 2 ) 随着粉煤灰掺量增加， 复合水泥制备的混凝土抗 压强度逐渐降低 ， 当粉煤灰掺量为 1 0 2 0 时 ， 粉煤灰提 高混凝土 2 8 d抗压强度效果显著。当粉煤灰掺量达 3 0 以 上， 混凝土抗压强度开始显著下降， 每增加 1 0 掺量的粉煤 灰 ， 混凝土抗压强度降低约7 9 MP a 。 ( 3 ) 当粉煤灰掺量为 2 0 ， 矿粉掺量为 3 0 时， 双掺 粉煤灰和矿粉对混凝土抗压强度效果最好。说明粉煤灰和 矿粉同时掺入制备混凝土的强度要优于单掺的效果。 参考文献 1 鲁丽华， 潘桂生 不同掺量粉煤灰混凝土的强度试验 J 沈 阳工业大学学报 ， 2 O O 9 ， 3 1 ( 1 ) ： 1 0 71 l 1 2 冯乃谦高性能混凝土 M】 北京 ： 机械工业出版社， 2 0 0 4 ： 1 一 l 5 3 谈海涛， 姜征东， 王新瑞 掺粉煤灰和矿粉的高性能混凝土的 力学性能研究 J 】 粉煤灰综合利用。 2 0 1 2 ， ( 2 ) ： 2 5 2 7 4 艾红梅 大掺量粉煤灰混凝土配合 比设计与性能研究 D 大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 5 5 】 汪字， 洪伟华 磨细矿渣粉在水泥混凝土中的应用 J 】 北方 交通 ， 2 0 o 8 ， ( 1 1 ) ： 3 1 6 1 刘建忠， 等 矿物掺合料对混凝土抗压强度和氯离子渗透性 能的影响 J 】 混凝土与水泥制品， 2 0 0 5 ， ( 4 ) ： l 1 一 l 3 收稿日期】 2 0 1 2 1 2 2 4 作者简介 单星本( 1 9 7 9 一) ， 男， 哈尔滨人。 工程师。 从事混 凝土外加剂和负温混凝 土冬期施工研究。 芝 避瞩目 日 d 善 毯嚼幽