谈谈不同掺合料对高性能混凝土抗压强度影响的试验

摘要：随着现代科技的发展以及工程建设水平的提高，高性能混凝土得到了广泛的应用。高性能混凝土具有很多优良的性能，如耐久性、适用性、强度、稳定性以及经济性等方面，都优于普通混凝土，在节水节能方面优势显著，因此在工程建设中得到迅速推广。本文通过对水胶比为0.32的C50混凝土进行研究，探讨了粉煤灰、硅粉对HPC抗压强度的影响。

关键词：掺合料；高性能混凝土；抗压强度；试验

中图分类号：TV331文献标识码： A

本试验中用单掺粉煤灰、硅粉，双掺粉煤灰和硅粉来代替相同数量的水泥，对C50高性能混凝土进行了研究，试验龄期设定3d、7d、28d、90d，最后以试验结果得出相关结论，对今后高性能混凝土的推广与应用具有重要的借鉴作用。

1试验概述

HPC的配合比设计采用陈建奎等提出的全计算法，并经试拌确定基准C50高性能混凝土的具体材料用量。选取4种粉煤灰掺量(10%，15%，20%，25%)和4种硅灰掺量(3%，6%，9%，12%)及其组合等量取代水泥来进行试验，试验方案及1m3混凝土各材料用量见表1。试验所用原材料均经过检验，符合相关规范要求。

HPC立方体试件的浇注、养护和抗压强度试验按照JTGE30－2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行。

2试验结果与分析

试验结果见表2。

表 2 C50 HPC 各龄期的抗压强度

2.1粉煤灰对抗压强度的影响

图1为不同龄期混凝土强度随粉煤灰掺量的变化情况。

图1不同龄期HPC抗压强度随粉煤灰掺量的变化

由图1可以看出，在标准养护条件下，HPC抗压强度随着养护时间的延长呈增长趋势。掺粉煤灰HPC的3天立方体抗压强度比不掺的基准配合比的抗压强度有所降低，并且随粉煤灰掺量的增加而降低明显，这是由于掺加了粉煤灰，减少了水泥用量，水泥的水化速度变慢，使其前期强度比不掺的要小。随着龄期的延长，掺粉煤灰的HPC强度增长较快，弥补了前期的强度损失，90天掺粉煤灰HPC的抗压强度有了大幅度的提高，这是因为粉煤灰具有显著的活性效应，其玻璃体微珠表层活性的SiO2及Al2O3通过与水泥水化产物Ca(OA)2发生化学反应，生成品质较好的低碱性水化产物，而水化产物能有效的填充水泥颗粒间的孔隙，同时粉煤灰中富含大量的玻璃微珠，能使水泥颗粒解絮扩散，从而产生减水、、改善混凝土的密实性，因此粉煤灰混凝土后期的抗压强度有较大提高。但粉煤灰的掺量较大，粉煤灰的活性不如水泥，不足以弥足混凝土强度的损失。随着粉煤灰掺量的增加，强度增加的幅度呈现先增长后降低的趋势，最佳掺量在15%左右。

2.2硅粉对抗压强度的影响

图2为不同龄期混凝土强度随硅粉掺量的变化情况。

图2不同龄期HPC抗压强度随硅粉掺量的变化

由图2可知，3天时掺硅粉的高性能混凝土的抗压强度随硅粉掺量的增加而增大，但都比基准混凝土的要低。这是因为水泥用量的减少和时间太短导致水泥水化产物的减少;另外由于硅粉极细，和水泥颗粒不能形成有效的颗粒级配，前期不能形成紧密的堆积，影响混凝土的强度。但随着龄期的延长，硅粉的火山灰效应、填充效应和界面效应发生作用，改变了浆体的孔结构和微观结构，使掺硅粉的HPC强度得到较快发展，而且随着硅粉掺量的增加而增加。90天时，掺硅粉的HPC抗压强度有了较大的提高。另外，随着硅粉掺量的增加，硅粉对HPC强度的作用效率先增大后减小。当硅粉掺量超过20%时，其抗压强度增长反而不明显，当掺量超过30%时，混凝土的抗压强度甚至下降。

这主要是因为矿粉的火山灰活性小于水泥，所以掺加矿粉的混凝土的早期抗压强度降低明显，但矿粉中含有大量的活性SiO2和Al2O3，有较高的潜在活性，能与水泥熟料水化产物Ca(OA)2发生二次水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，这样就增加了水化产物的总量，提高了混凝土的密实度，从而提高了混凝土后期的抗压强度，但矿粉的掺量较大，不足以弥足混凝土强度的损失。因此，在高性能混凝土中，常用的掺量一般介于5%～15%之间。

2.3双掺粉煤灰硅粉对抗压强度的影响

本文以掺15%粉煤灰的HPC为基准，变化硅粉掺量，得到了硅粉不同掺量时粉煤灰HPC抗压强度的变化情况，见图3。

图3不同龄期粉煤灰HPC抗压强度随硅粉掺量的变化

由图3可知，3天时粉煤灰高性能混凝土随硅粉掺量的变化抗压强度变化不明显，但都比不掺硅粉的S3要小。因为内掺硅粉后，水泥用量进一步减少，导致水泥水化产物减少，造成硅粉和粉煤灰中的活性成分与水泥水化产物反应的减慢和减少，所以前期强度比较低。随着龄期延长，粉煤灰混凝土随着硅粉掺量的增加抗压强度呈增长趋势，28天时的抗压强度有大幅度的提高。90天时，随着硅粉掺量的增加，混凝土抗压强度成增大趋势，但在硅粉掺量较低时其抗压强度比不掺硅粉S3的要小。混凝土抗压强度的增长幅度随着硅粉掺量的增加呈减小的趋势，说明了硅粉增强的效用在前期，粉煤灰的增强效用在后期。

这是因为：首先同时掺入粉煤灰和矿渣，一方面填充了水泥水化和硬化过程中残留的孔隙，另一方面，复合掺料中的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中会成为大量水化产物的核心，随着水化过程的进展，这些细微颗粒及其水化产物填充了水泥石的孔隙，从而改善了水泥浆体的孔结构，使混凝土的抗压强度升高；其次，矿粉本身具有一定的水硬性，同时水泥、矿粉、粉煤灰组成的三元体系的级配得到优化，使硬化浆体的孔隙率降低，从而提高了该组混凝土的后期强度。

由图1、图2和图3可知，双掺粉煤灰和硅粉后，28天混凝土抗压强度比相应单掺粉煤灰和单掺硅粉的混凝土抗压强度要高。双掺硅粉和粉煤灰后，掺合料能和水泥形成良好的颗粒级配，使混凝土更密实，进一步改善混凝土的孔结构，随着掺合料与水泥水化产物的二次反应，提高了胶结面的强度，能充分发挥粉煤灰和硅粉的作用。

3结论

(1)单掺粉煤灰的HPC，前期抗压强度较低，但随着龄期的延长，28天后其强度逐渐增长，90天时，强度有了较大提升，表明粉煤灰对混凝土强度的影响后期作用明显。并且随着粉煤灰掺量的增加，强度增加的幅度呈现先增长后降低的趋势，最佳掺量在15%左右。

(2)单掺硅粉的HPC，3天强度比不掺的低，但随着龄期的延长，硅粉的火山灰效应、填充效应和界面效应发生作用，改变了浆体的孔结构和微观结构，使掺硅粉的HPC强度得到较快发展，在常用硅粉掺量范围内，随着硅粉掺量的增加而增加。

(3)双掺硅粉和粉煤灰的HPC，28天强度高于单掺粉煤灰和单掺硅粉的。混凝土抗压强度的增长幅度随着硅粉掺量的增加呈减小的趋势，表明硅粉增强的效用在前期，粉煤灰的增强效用在后期。可见两者复掺能够互为补充、互为促进，对混凝土抗压强度贡献更多作用；当硅粉和粉煤灰的掺量分别为30％和20％时，对混凝土强度贡献作用最佳。

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