矿物掺合料对水工混凝土性能影响浅析

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摘要:采取室内试验的方法，研究了不同掺量及掺加方式情况下硅粉、矿粉、粉煤灰对混凝土工作性能的影响，并揭示了矿物掺合料的作用机理，旨在提高水工结构耐久性和整体质量，可为工程实践和相关研究提供一定参考。

关键词:矿物掺合料;不同掺量;掺和方式;水工混凝土

0引言

混凝土作为一种人造材料，在各种结构工程等建筑领域的应用非常广泛［1－2］。水工结构施工要十分重视混凝土的工作性能，如保水性、黏聚性、流动性，还要考虑其耐水性和力学性能［3］。显然，混凝土的成型质量在一定程度上取决于拌合物的工作性能，如流动性过大会对混凝土硬化成型及其内部结构造成影响［4］。所以，为实现物理力学性能的良好混凝土必须具备较好的工作性能，在制备过程中要合理使用外加剂和各种掺合料。我国拥有丰富的工业废弃物资源(矿粉、硅粉、粉煤灰)，如何对其资源化利用和转化逐渐成为工程材料研究应用的热点问题［5］。因此，文章通过室内试验法，研究了不同掺量及掺加方式情况下硅粉、矿粉、粉煤灰等矿物掺合料对水工混凝土性能的影响，在此基础上揭示其变化规律，可为提高水工结构耐久性和质量提供借鉴。

1研究方法

1.1原材料性能

试验所用水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，经检验水泥各项指标均符合规范设计要求，能够用于试验研究;粗细骨料选用级配合理粒径5－30mm的机制碎石和河沙，各项性能均符合规范要求;以矿粉、硅粉和粉煤灰为掺合料，其中矿粉主要是改善混凝土性能、减少用水量和降低水化热，型号为S75级;硅粉的比表面积为22000m2/kg，粉煤灰为Ⅱ级，试验用膨润土的膨胀倍数为9.0，拌合水为自来水，并掺入适量的FDN－1Ⅱ型高效减水剂。

1.2配合比设计

根据现有工程实例和相关研究成果，合理设计水工混凝土基准配合比如表1。然后考虑具体要求和实际情况优化调整有关参数，即按照和易性、凝固时间等实际情况调整用水量和胶凝材料用量。经优化调整确定最终用量:减水剂0.8kg/m3、粗细骨料均为750kg/m3、膨润土80kg/m3、用水量320kg/m3、砂率60%、水胶比0.35。研究表明，掺合料的掺和比例不宜超过50%，掺合料掺量过高会影响混凝土的耐久性和力学性能，达不到性能改善的目的。因此，本试验按照0%、15%、30%的比例用矿粉、硅粉、粉煤灰掺合料等量替代水泥，以三掺和两两混掺的方式进行试验。

1.3试验方法

目前，工程中较为常用的两种测试混凝土工作性能的方法是坍落度法和维勃稠度法［6－7］，结合实际情况和试验目的拟利用坍落度法测量拌合物性能，试验过程中严格执行《水工混凝土试验规程》，所用到的设备有铁板、钢尺、小铲、捣棒和坍落度筒。试验开始之前应先湿润坍落度筒壁，然后将多余水分擦干并放置于湿润后的钢板上，将拌制好的混凝土倒入已固定好的坍落度筒内至2/3高处，用捣棒振捣密室后继续装填充满;垂直提起坍落度筒，静置10s后测量混凝土坍落度即为圆柱体的下降高度;完全铺开后，调整角度测量混凝土铺开的最小和最大半径，取两者的平均值即为扩展度。

2结果与分析

2.1试验结果

根据以上试验方法和设计方案测试混凝土扩展度、坍落度，整理统计相关试验数据如表2。由表2可知，不同配合比的混凝土扩展度、坍落度试验结果存在较大差异，表明混凝土工作性能受掺合料掺加方式和掺量的影响较大。

2.2不同掺量的影响

为了进一步探讨混凝土工作性能受矿物掺合料掺量的影响，整理分析不同掺量下混凝土的扩展度、坍落度变化曲线如图1。从图1可以看出，双掺硅粉和粉煤灰时，随掺量的增加混凝土扩展度、坍落度均表现出增大趋势;在其它掺和方式下，随掺量的增加混凝土扩展度、坍落度均表现出减小趋势，其中双掺矿粉和粉煤灰的减小幅度最小，双掺矿粉和硅粉的减小幅度较大［8］。深入分析，硅粉和矿粉都能在一定程度上减弱混凝土的流动性，二者的综合作用致使混凝土扩展度、坍落度减小幅度更加明显。然而，掺量从0%增加至15%时的减小幅度明显＞从15%增加至30%是，究其原因可能是硅粉、矿粉的填充效应随产量的增大趋于弱化，所以矿粉和硅粉掺量明显增大后可以发挥一定的微粒润滑作用，对于硅粉、矿粉减弱混凝土流动性具有抵消作用。

2.3不同掺加方式的影响

为进一步探讨混凝土扩展度、坍落度受不同掺和方式的影响，对比分析矿物掺和料不同掺加方式下的扩展度、坍落度如图2。从图2可以看出，掺量为15%情况下，混凝土扩展度、坍落度受不同掺加方式的影响存在一定差异，其中双掺硅粉和粉煤灰的扩展度、坍落度表现出增加的变化趋势，其它掺加方式下均表现出减小的变化趋势;掺量为30%情况下，混凝土扩展度、坍落度受不同掺加方式的影响也表现出相似的变化趋势，即双掺硅粉和粉煤灰的扩展度、坍落度也表现出增加的变化趋势，其它掺加方式下均表现出减小的变化趋势［9］。综上分析，双掺硅粉和粉煤灰时能够明显增大混凝土的扩展度、坍落度，相同条件下能够使扩展度和坍落度达到最大;双掺矿粉和硅粉时可以明显减少混凝土的扩展度、坍落度，相同条件下能够使扩展度、坍落度达到最小。深入分析可知，矿粉和硅粉都具有减弱混凝土流动性的作用，两者的叠加作用使得混凝土扩展度、坍落度减小幅度更大;双掺硅粉和粉煤灰时，硅粉降低混凝土扩展度和坍落度的作用明显小于粉煤灰的增大作用，所以混凝土扩展度、坍落度总体呈现出增大趋势［10－13］。

3结论

采取室内试验的方式，研究了不同掺量和掺加方式情况下硅粉、矿粉、粉煤灰三种掺合料的混凝土工作性能，主要得出以下结论:1)双掺硅粉和粉煤灰情况下，随掺量的增加混凝土扩展度和坍落度呈现出不断增加的趋势;随掺量的增加三掺、矿粉与硅粉双掺、矿粉与粉煤灰双掺条件下，混凝土扩展度和坍落度均表现出减小趋势，其中双掺矿粉和粉煤灰情况下的减小幅度较小，双掺矿粉和硅粉情况下的减小幅度较大。2)混凝土扩展度、坍落度受不同掺加方式的影响存在一定差异，即硅粉和粉煤灰双掺的混凝土扩展度、坍落度表现出增大趋势，其它掺加方式表现出减小变化趋势，并且矿粉和硅粉双掺时混凝土的扩展度、坍落度最小。

作者:董丽秋 单位:阜蒙县水利事务服务中心