谈论掺合料对混凝土的性能分析

摘要：随着社会经济的发展，建筑行业的掘起，高性能混凝土的应用也越来越广泛。本文就对如何合理的使用矿物掺合料对混凝土性能影响及充分发挥它的优势与互补作用等问题进行了探讨。

关键词：混凝土掺合料性能分析

一试验过程

⑴原材料。水泥： 42.5R II型硅酸盐水泥。标准稠度用水量为24.5％，3 d，28 d混凝土抗压强度分别为30.1 MPa，54.0 MPa。

粉煤灰：II级灰，细度10.0％，需水量比103％，密度2.2g/m3。

磨细矿粉：S95级，符合GB 18046―2000规范要求，其28 d活性指数为96.5％。

硅灰： Si02质量分数为92.0％，细度为22 000 m2/kg。

减水剂：采用聚羧酸高效减水剂，减水率大于25％。

砂：细度模数2.9，含泥量0.2％。

石：花岗岩碎石，粒径5～25 mm，含泥量0.5％，压碎指标7.5％，针片状颗粒质量分数7.2％

拌和用水：饮用水。

⑵试验配合比。在本试验中采用的水胶比分别为0.35，0.38，0.40，0.45，0.50，采用不掺掺合料、单掺Ⅱ级粉煤灰30％、单掺S95级矿粉70％、单掺硅灰3％，5％和7％、混掺粉煤灰30％+硅灰3％、混掺矿粉70％+硅灰3％、混掺粉煤灰20％+矿粉50％等方式掺加矿物掺合料。混凝土坍落度控制在180～220mm，胶凝材料用量不大于500 kg／m3。在进行配合比设计时，采用试验一计算法，结合其它参数如单位用水量、砂率、外加剂掺量等进行试拌和配合比调整，以配制出具有良好工作性的混凝土。试验用配合比见表1。

1．3试样制备和试验方法

混凝土搅拌、成型、养护、力学性能均参照 270―1998进行。采用100 mmxl00 mmxl00 mm的混凝土抗压强度试件。新拌混凝土的工作性采用坍落度筒法进行。

抗氯离子渗透性测试方法采用氯化物渗透性快速试验方法。库仑试验法是在规定时间内测定通过混凝土的电量高低来判断混凝土的抗氯离子渗透能力。该试验的具体方法：制作直径为100 mm，厚度为51 mm的混凝土试件，在标准条件下养护至规定龄期，试验时以3块为一组。试件在真空条件下进行水饱和，然后将试件安装在试验槽内。将浓度为3.o％的NaC1溶液和0.3 mol／L的NaoH溶液分别注入试件两侧的试验槽中，在60 V的外加电场中，持续通电6 h后测定通过混凝土试件的总电量。

二试验结果与分析

混凝土的力学性能与抗氯离子渗透试验结果见表2。

⑴混凝土力学性能测试结果分析。对单掺矿物掺合料的高性能混凝土而言，在水胶比和坍落度相同的情况下，单掺硅灰的混凝土的强度最高，其次是掺粉煤灰混凝土，而掺矿粉的混凝土强度最低。

掺硅灰混凝土的强度较高，特别是早期强度。随着硅灰掺量的增加，混凝土强度随着增加，但在28 d龄期以后，其强度增长很少。掺硅灰之所以能大幅度提高混凝土的强度，是由其特性决定的。硅灰的比表面积大，其平均粒径仅为0.1～0.2 m，要比水泥小2个数量级，并且硅灰具有高度的无定形性质以及高的SiO2。小的球状硅灰填充于水泥颗粒之间，使胶凝材料具有良好的级配，加水拌和后填充于水泥浆体的孔隙之间，从微观尺度上增加了水泥石的密实度，强化了水泥基材，提高了强度。单掺3％的硅灰混凝土强度比基准混凝上强度低。原因是由于硅灰的比表面积高达22 000 m2／kg，因此单方用水量比基准混凝上用水量高，由于硅灰的掺量较低，其对强度的增长作用不明显。

从试验结果可以看出，在矿粉的掺量为70％的情况下，单掺矿粉的混凝土强度比基准混凝土强度低。这主要是由于矿粉的水化比纯水泥要慢，在高水胶比(高于0.30)的情况下，绝大部分水泥混凝土的早期强度比掺矿粉的混凝土的早期强度高。

对于双掺矿物掺合料的混凝土而言，粉煤灰与硅灰混掺的混凝土强度最高，双掺矿粉与硅灰的混凝土强度与双掺矿粉与粉煤灰的混凝土强度接近。

⑵混凝土抗氯离子渗透性试验结果分析。混凝土抗氯离子渗透陛试验的龄期分别为28 d和90 d。试件标准养护至规定龄期，然后进行抗氯离子渗透性试验。①水灰(胶)比对混凝土抗氯离子渗透性的影响为电通量与水灰比的关系，可以看出，混凝土的电通量随水灰(胶)比的减少而减少，即降低水灰(胶)比可以提高混凝土的抗氯离子渗透能力。这是因为硬化混凝土是由硬化水泥浆体、集料和一些小孔隙组成。水泥浆体的孔隙率取决于最初的水胶比、密实程度、水化程度等。当水胶比增大时，硬化水泥浆体的毛细孔孔隙率会增大，连通的毛细孔会增多，从而导致渗透性增大。同时混凝土在拌和时，水会在骨料表面形成一层水膜，使混凝土在水泥浆体与骨料之间形成一个界面过度区，其内部裂缝和连通孔隙会进一步使混凝土的渗透性增大。②矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性的影响。在混凝土中掺入粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料，降低了混凝土的电通量，其改善混凝土抗氯离子渗透的能力依次为硅灰>矿粉>粉煤灰。硅灰的掺入能显著提高混凝十的抗氯离子渗透能力，特别是混凝土早期的抗氯离子渗透能力，并且随着硅灰掺量的增加，混凝土的抗氯离子渗透能力随着提高。

虽然硅灰能够很好改善混凝土强度及抗氯离子渗透能力，但由于细度过细，使混凝土过于黏滞和表面缺少水分使抹面困难，容易出现塑性收缩裂缝。

与普通混凝土和粉煤灰混凝土相比较，单掺矿粉能显著提高混凝土的抗氯离子渗透能力，原因有以下几个方面：矿粉能够改善混凝土的孔径分布情况和孔的几何尺寸形状；掺矿粉的混凝土水化时能够产生较多的c―s―H凝胶，而c―s―H凝胶不仅会吸附一部分氯化物，还可以堵塞氯离子的扩散通道，阻止氯离子向内扩散；矿粉混凝土中的通道比基准混凝土的弯曲，增大了扩散阻力；矿粉含量较高的C3A等矿物成分能够捕捉从混凝土表面渗透的氯离子，生成所谓的“Friedel”盐，即C3A•CaCl•10H20。

在混凝土中掺入粉煤灰，混凝土抗氯离子渗透能力提高，这主要是因为粉煤灰的密实填充效应和火山灰效应，降低了混凝土的孔隙率以及改善了孔隙特征。粉煤灰微细颗粒的填充作用与二次水化产物使水泥浆体毛细孔隙细化和结构致密化。粉煤灰的掺入，显著降低了混凝土中的大孔含量及总的孔隙率，从而提高粉煤灰混凝土的抗氯离子渗透性能嘲。

从90 d龄期的电通量的对比可以看出，不论是普通混凝土还是高性能混凝土，90 d龄期的电通量均呈降低趋势。掺硅灰的混凝土由于其早期的硅灰效应已经比较明显，后期电通量降低幅度不大；而掺粉煤灰和矿粉的混凝土在28 d龄期水化不充分，在90 d龄期内进一步水化，电通量降低的幅度比较大，90 d龄期的电通量接近掺硅灰的混凝土。掺粉煤灰的混凝土尤其明显。这说明掺粉煤灰和矿粉对改善混凝土的早期耐久性能不明显，但是随着龄期的延长，由于其持续的水化效应，耐久性能不断增强。

双掺矿物掺合料同样可以改善混凝土抗氯离子渗透的能力，其改善混凝土抗氯离子渗透的能力的机理与单掺矿物掺合料的作用机理类同，首先是矿物掺合料的掺人改善了混凝土内部的微观结构和水化产物的组成，混凝土孔隙率降低，孔径细化，使混凝土对氯离子的扩散阻力提高，其次是矿物掺合料提高了混凝土对氯离子的物理吸附或化学结合能力，即固化能力。

三结论

在混凝土中加入矿物掺合料是改善混凝土技术性能和经济性能的有效手段。本文就矿物掺合料对混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性的影响进行了研究，望得到很好的发展。