掺入粉煤灰和矿粉的混凝土应用研究

【摘要】粉煤灰和矿粉作为掺合料已被广泛应用到混凝土工程中，它们不但能提高混凝土的基本性能，同时也能起到降低生产成本、节约资源、保护环境等作用。本文通过结合工程实例，对混凝土中掺入粉煤灰和矿粉进行了技术经济分析与研究。

【关键词】粉煤灰 ；矿粉；混凝土；试验；经济

1 引言

混凝土作为一种建筑材料，是被广泛地应用在建筑工程中。随着混凝土技术的不断发展，水泥已经不再是混凝土中胶凝材料唯一的选择了。目前，粉煤灰和矿粉作为掺合料相继被应用在混凝土技术中。

大量实践工程表明，将粉煤灰和矿粉以合适的复合比例和总掺量掺入混凝土，充分利用水泥熟料、粉煤灰和矿粉的不同性质，能够在混凝土中充分发挥优势互补的作用，提高混凝土的各方面基本性能。同时合理利用粉煤灰和矿粉在混凝土中的应用，对降低生产成本、节约资源、保护环境等方面，有着重要的技术经济和社会意义。因此研究掺入粉煤灰和矿粉的混凝土应用技术，对社会发展有着重要的价值意义。

2 掺入粉煤灰和矿粉的混凝土试验配合比设计原理

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55―2011）标准要求，混凝土配合比以基准配合比为基础，然后通过结合试验，按混凝土的和易性、强度要求、材料情况及施工条件等，计算出初步配合比。然后在此基础上，再采用“等量取代法”掺入粉煤灰和矿粉进行混凝土配合比设计。

3 掺入粉煤灰和矿粉的混凝土应用实例

某工程为框架剪力墙结构，其中十六层至屋面剪力墙混凝土设计强度为C25， 设计要求坍落度为120～160mm，现以此对混凝土中掺入粉煤灰和矿粉采取“等量取代法”进行配合比设计，然后进行混凝土试验，最后对混凝土进行性能和技术经济分析。

3.1 原材料

水泥：用芜湖海螺水泥厂生产的P・O42.5的水泥，其实测强度3d为25.4MPa， 28d为51.0MPa。

中砂：用长江中砂，细度模数为2.5，含泥量为0.8%，泥块含量为0.5%，属于Ⅱ区级配区，级配合格。

碎石：用粒径为5～31.5mm的泾县碎石，含泥量为1%，泥块含量为0.5%，压碎指标为9.5%。

粉煤灰：用马鞍山电厂Ⅰ级粉煤灰，细度为10%。

矿粉：用朱家桥S95系列矿粉，活性指数28天为97%。

减水剂：用芜湖三星混凝土外加剂厂SP406高效减水剂，减水率为18%。

3.2 配合比设计

根据混凝土试配经验，混凝土配合比试配取水胶比为0.524，即用水量为178kg/m3，胶凝材料用量为340kg/m3；砂率取40%，即砂用量为751kg/m3，石用量为1127kg/m3；减水剂掺量为1.3%，即减水剂用量为4.42kg/m3。其中粉煤灰等量取代水泥掺量为0、10%、20%，矿粉等量取代水泥掺量为10%、20%、30%，具体胶凝材料用量见表1。

4 试验与分析

粉煤灰、矿粉和水泥掺量的多少，对混凝土的工作性能和抗压强度有着不同程度的影响。现根据标准要求，通过试验测定混凝土拌合物的坍落度，然后观察其拌合物性能，最后对混凝土进行龄期为7d、28d和60d的抗压强度试验，试验结果见表1。

4.1 掺入粉煤灰和矿粉的混凝土抗压强度分析

从表1混凝土试验强度结果可以看出，随着粉煤灰和矿粉总量的增加，混凝土龄期为7d的抗压强度相应的降低，混凝土龄期为28d的抗压强度也基本相应的降低，混凝土龄期为60d的抗压强度数值相差不大，有的抗压强度甚至会提高。

因此，掺入粉煤灰和矿粉的混凝土早期抗压强度低，后期抗压强度显著提高。这是由于水泥、粉煤灰和矿粉三种胶凝材料，水泥水化速度较快，而粉煤灰和矿粉活性较低，水化速度较慢，导致掺入粉煤灰和矿粉的混凝土早期抗压强度较低。而后期由于粉煤灰和矿粉的不同粒径填充水泥的孔隙，改善了混凝土的孔结构，提高了混凝土的密实度，导致混凝土的强度提高。

4.2 掺入粉煤灰和矿粉的混凝土技术经济分析

从表1试验结果可以看出，每一组混凝土配合比的坍落度均能满足设计要求，但FKS-9组拌合物性能出现离析现象，其它都良好。但在混凝土配置设计过程中，不仅要满足施工设计要求，也要本着节约资源，降低材料成本的原则，使建筑材料行业和谐健康发展。

通过市场了解，水泥单价为280元/吨，粉煤灰单价为165元/吨，矿粉单价为210元/吨。现对满足施工设计要求的8组混凝土每立方米所用胶凝材料成本进行分析与比较，得出FKS-6组所用胶凝材料（水泥204kg、粉煤灰68kg和矿粉68kg）成本最低，为82.62元。因为水泥、粉煤灰和矿粉的不同粒径、不同形态、不同活性而进行合理而有效的搭配，使得粉煤灰和矿粉充分发挥相互补充，产生叠加效应，最终得到最优效果。但在混凝土中矿物掺合料不能掺入过多，掺入过多会产生分层离析现象，势必会影响混凝土工程施工质量，从而会导致混凝土工程产生工程质量缺陷。

5 结论

通过对不同掺量粉煤灰和矿粉混凝土的抗压强度、工作性能和技术经济的分析与研究，我们可以得出如下结论：

（1）不同掺量的粉煤灰和矿粉混凝土早期抗压强度较低，后期抗压强度显著提高。

（2）在混凝土中掺入粉煤灰和矿粉等量代替水泥，从混凝土的工作性能和成本上进行分析，得出了最优技术经济方案。该方案胶凝材料成分是水泥204kg、粉煤灰68kg和矿粉68kg。

参考文献：

[1] 刘艳微，王军，王志强，张涛.粉煤灰混凝土配比设计及应用[J] .辽宁省交通高等专科学校学报，2011，13（3）：18～21

[2] JGJ55―2011，普通混凝土配合比设计规程[S]

[3] GB/T50080―2002，普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S]

[4] GB/T50081―2002，普通混凝土力学性能试验方法标准[S]