礦物摻和料對高強混凝土性能的影響

礦物摻和料對高強混凝土性能的影響試驗研究了了粉煤灰與礦礦粉及其摻量量對高強混凝凝土工作性、強強度、體積穩(wěn)穩(wěn)定性及耐久久性的影響。結(jié)結(jié)果表明：粉粉煤灰和礦粉粉可以顯著的的改善高強混混凝土的工作作性能，提高高后期強度，降降低脆性系數(shù)數(shù)，且礦粉對對高強混凝土土的脆性改善善作用更加顯顯著。隨著粉粉煤灰和礦粉粉的加入及摻摻量的提高，高高強混凝土的的早期彈模降降低，徐變增增加，隨混凝凝土強度的逐逐漸發(fā)展，混混凝土60d的齡期加荷荷的徐變及彈彈模接近于空空白混凝土。粉粉煤灰與礦粉粉可以顯著提提高高強混凝凝土的抗氯離離子滲透性能能，但對高強強混凝土抗凍凍型影響不明明顯，只有當(dāng)當(dāng)摻和料摻量量較高時（達達到36%），粉煤灰灰才會降低高高強混凝土的的抗凍性。隨著建筑業(yè)業(yè)的迅速發(fā)展展，現(xiàn)代建筑筑工程逐漸向向大跨度、重重載、高聳結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)展，工工程上對混凝凝土強度和耐耐久性的要求求越來越高。提提高混凝土耐耐久性的最佳佳方法就是采采用活性礦物物摻和料取代代部分水泥。在在配制混凝土土?xí)r，加入較較大量礦物摻摻和料不僅能能節(jié)約水泥，降降低混凝土的的水化熱溫升升，而且由于于摻合料的形形態(tài)效應(yīng)、微微集料效應(yīng)和和火山灰效應(yīng)應(yīng)能改善混凝凝土工作性，增增進混凝土的的后期強度，改改善混凝土的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提提高混凝土的的抗裂性及耐耐久性的作用用[1~4]，尤其是礦礦物摻和料對對堿—集料反應(yīng)的的抑制作用已已引起國內(nèi)外外專業(yè)人員的的極大興趣[5]。因此，礦礦物摻和料又又被稱為輔助助性膠凝材料料，是配制高高性能混凝土土不可缺少的的組分。本文文系統(tǒng)的研究究了應(yīng)用最為為廣泛的兩種種礦物摻和料料—粉煤灰、礦礦粉對高強高高性能混凝土土的工作性、強強度、體積穩(wěn)穩(wěn)定性及耐久久性的影響，以以期為礦粉、粉粉煤灰等礦物物摻和料在高高強高性能混混凝土中應(yīng)用用提供技術(shù)參參考。1.試驗1.1原材料料葛洲壩水泥泥廠生產(chǎn)的52.5普通硅酸鹽鹽水泥，粗集集料為5～25mm連續(xù)級配碎碎石，細(xì)集料料為中粗河砂砂（細(xì)度模數(shù)數(shù)為2.85），粉煤灰灰為武漢陽邏邏電廠Ⅰ級灰，礦渣渣粉為武鋼礦礦渣磨制。外外加劑是武鋼鋼浩源化工有有限公司生產(chǎn)產(chǎn)的萘系高效效減水劑FDN－9000。1.2試驗方方法①拌合物性能能按《普通混混凝土拌和物物性能試驗方方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T550080－2002）進行測試試。②抗壓強度、靜靜力受壓彈性性模量、抗折折強度試驗按按《普通混凝凝土力學(xué)性能能試驗方法標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T550081---20022）進行測試試?；炷量箍箟涸嚰叽绱鐬?50mmm×1500mm×1150mmm立方體；靜靜力受壓彈性性模量試件尺尺寸為150mmm×1500mm×3300mmm棱柱體，選選用對面貼應(yīng)應(yīng)變片的方法法測其變型；；抗折試件尺尺寸采用150mmm×1500mm×5550mmm棱柱體。③干縮和徐變變性能按《水水工混凝土試試驗規(guī)程》（DL/T5150---20011）進行測試試。干縮采用用100mmm×1000mm×5515mmm的棱柱體試試件，兩端埋埋設(shè)金屬測頭頭，測長采用用弓形螺旋測測微器測量。試試件成型標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)養(yǎng)護1d后移入干縮縮恒溫室立即即測定基準(zhǔn)長長度，試件的的干縮齡期以以測基準(zhǔn)長度度后算起，分分別為1d、3d、7d、14d、28d、60d、90d、180d。干縮恒溫溫室內(nèi)的溫度度為20±2℃，相對濕度度為60±5%。徐變采用用采用規(guī)格為為ф150mmm×450mmm的試件，試試件中心埋沒沒DI--225型電阻應(yīng)變變計觀測變形形。徐變加荷荷應(yīng)力取試件件抗壓強度的的30%。徐變試件件抗壓強度近近似取150mm×150mm×1550mm試件強度的80%。試件加荷荷后，由于產(chǎn)產(chǎn)生壓縮變性性會造成應(yīng)力力松弛，即當(dāng)當(dāng)荷載變化大大于2％時，進行行壓力調(diào)整。④氯離子擴散散系數(shù)采用清清華大學(xué)基于于Nernsst-Einnsteinn方程開發(fā)的NEL型混凝土快快速真空保鹽鹽裝置及混凝凝土滲透性電電測儀測試[6,77]。試件尺寸100mmm×1000mm×550mm，NaCl溶液濃度為4moll/L。⑤抗凍融耐久久性：按《水水工混凝土試試驗規(guī)程》（DL/T5150－2001）進行測試試。試件尺寸寸100mmm×1000mm×4400mmm，測試齡期期為28d，到達齡期期前4d，將試件在20±3℃的水中浸泡4d。受凍和融融化終了時，試試件中心溫度度保持在（－－17±2）℃和（8±2）℃。凍融循環(huán)環(huán)試驗機為北北京燕科公司司生產(chǎn)的TRD1型混凝土凍凍融試驗設(shè)備備，動彈性模模量測試采用用天津建筑儀儀器廠生產(chǎn)的的DT－8W動彈儀。2.試驗結(jié)果果與分析2.1粉煤灰灰與礦粉對混混凝土工作性性和強度的影影響從表3新拌拌混凝土的工工作性可以看看出，粉煤灰灰和礦粉的加加入可以改善善了混凝土的的工作性，且且隨粉煤灰和和礦粉的加入入這種改善作作用更加明顯顯，同時，粉粉煤灰和礦粉粉的加入，降降低了混凝土土的坍落度損損失，尤其是是粉煤灰的作作用效果更加加明顯。粉煤煤灰和礦粉都都屬于玻璃態(tài)態(tài)物質(zhì)，能使使水泥顆粒的的絮凝結(jié)構(gòu)解解絮，降低新新拌混凝土內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粘粘度和顆粒之之間的內(nèi)摩擦擦力。礦物摻摻和料的視密密度一般小于于水泥，等質(zhì)質(zhì)量取代水泥泥時能使混凝凝土漿體體積積增加，增加加漿體的潤滑滑作用，改善善混凝土的工工作性。礦物物摻和料還具具有微集料效效應(yīng)，與水泥泥顆粒進行相相互填充，使使顆粒間的空空隙減少，空空隙水量降低低，自由水量量增加，進而而也可提高混混凝土的工作作性。同時，隨礦礦物摻和料加加入，新拌混混凝土的坍落落度損失也得得到了明顯的的改善，尤其其是加入粉煤煤灰，坍落度度損失控制的的作用效果更更加顯著，使使混凝土的在在60miin內(nèi)的坍落度度損失保持在在10～20mm范圍。表4列出了了上述6個不同粉煤煤灰和礦渣摻摻量配合比的的混凝土在不不同齡期的抗抗壓和抗折強強度。結(jié)果顯顯示，隨礦物物摻和料的加加入，混凝土土的早期強度度具有不同程程度的降低，尤尤其是粉煤灰灰的加入，對對混凝土早期期（7d）強度降低低的作用更加加明顯。28d時，低摻量量礦物摻和料料的混凝土（B、E組）強度已已經(jīng)接近空白白混凝土強度度，而當(dāng)混凝凝土齡期達到到90d時，中低摻摻量混凝土（B、C、E和F組）強度均均已趕上并超超過空白組混混凝土的強度度。只有當(dāng)摻摻和料摻量較較大時（粉煤煤灰摻量為36%時），混凝凝土的抗壓強強度略低于空空白混凝土的的強度。同時時，無論是從從早期還是后后期混凝土強強度的發(fā)展效效果來看，磨磨細(xì)礦粉的增增強效果要優(yōu)優(yōu)于粉煤灰的的增強效果。摻加礦物摻摻和料的混凝凝土的抗折強強度的變化規(guī)規(guī)律與抗壓強強度相同，即即礦物摻和料料的加入均降降低了混凝土土早期的抗折折強度，但后后期強度增長長較快，低摻摻量（14%）的混凝土28d強度接近空空白試樣，而而達到90d時，摻加礦礦物摻和料的的混凝土強度度均以接近空空白混凝土的的抗折強度，尤尤其是摻加礦礦粉的混凝土土，增長更加加迅速，14%和25%摻量的混凝凝土均超過了了空白的試樣樣的強度。從脆性系數(shù)數(shù)大小可以看看出，與空白白樣比較，摻摻入粉煤灰或或礦粉后，混混凝土各齡期期的壓折比值值下降，且隨隨粉煤灰或礦礦粉摻量增加加，下降趨勢勢越明顯，即即粉煤灰和礦礦粉的摻入減減小了混凝土土的脆性。相相比而言，礦礦粉對脆性的的改善更明顯顯些。粉煤灰和礦礦粉對混凝土土的長期抗壓壓、抗折強度度具有較好的的改善作用，且且摻加礦物摻摻和料的混凝凝土脆性降低低?？赡苁怯捎捎诘V物摻和和料微集料效效應(yīng)，改善了了膠凝材料體體系的顆粒分分布，是系統(tǒng)統(tǒng)顆粒堆積更更加緊密。同同時，礦物摻摻和料的火山山灰效應(yīng)，即即礦物摻和料料水化形成新新的水化產(chǎn)物物。礦物摻和和料水化時，消消耗了大量的的Ca(OHH)2，限制了Ca(OHH)2的取向生長長，提高粘結(jié)結(jié)力，降低微微裂紋的數(shù)量量，從而改善善了過渡層的的性質(zhì)，提高高混凝土的后后期強度。且且礦物摻和料料消耗Ca(OHH)2，限制Ca(OHH)2的取向生長長，提高粘結(jié)結(jié)力，降低微微裂紋的數(shù)量量，對混凝土土的抗折強度度提高作用更更加明顯。因因此，礦物摻摻和料的加入入可以降低混混凝土的脆性性。2.2粉煤灰灰與礦粉對混混凝土體積穩(wěn)穩(wěn)定性的影響響粉煤灰與礦粉粉對混凝土彈彈性模量的影影響從表5中可以看看出，混凝土土的抗壓彈模模與抗壓強度度的變化規(guī)律律相似。到60d齡期時，當(dāng)當(dāng)摻加礦物摻摻和料的混凝凝土抗壓強度度增長與空白白混凝土強度度相當(dāng)時，混混凝土的彈性性模量也基本本趨于一致。可可見，彈性模模量的變化規(guī)規(guī)律與強度的的規(guī)律相似。粉煤灰與礦粉粉對混凝土干干縮性能的影影響從圖1中可可以看到，摻摻有粉煤灰、礦礦粉的混凝土土干縮在28d齡期后逐漸漸趨于穩(wěn)定，但但基準(zhǔn)樣的干干縮還有較大大的增長；在在60d齡期后基準(zhǔn)準(zhǔn)樣的干縮明明顯高于摻有有粉煤灰或礦礦粉混凝土的的干縮；摻粉粉煤灰混凝土土的干縮在各各齡期要小于于摻礦粉混凝凝土的干縮，且且粉煤灰混凝凝土的干縮隨隨粉煤灰摻量量的增加而逐逐漸減小。粉煤灰與礦粉粉對混凝土徐徐變的影響從圖2~44可以看出，摻摻加粉煤灰或或礦粉混凝土土的徐變特性性和普通混凝凝土沒有太大大的差異?；旎炷良雍沙醭跗诘男熳冚^較大，但隨加加荷齡期的延延長，混凝土土的徐變逐漸漸趨于穩(wěn)定。對對于不同養(yǎng)護護齡期的混凝凝土，當(dāng)粉煤煤灰摻量從14%增加到25%時，混凝土土的徐變增加加。當(dāng)混凝土土中摻加礦粉粉時，混凝土土的早期強度度好于粉煤灰灰混凝土強度度，因此礦粉粉混凝土的徐徐變小于粉煤煤灰混凝土的的徐變值，接接近于基準(zhǔn)混混凝土的徐變變。當(dāng)混凝土土的加荷齡期期為60d時，由于粉粉煤灰后期強強度已經(jīng)與基基準(zhǔn)混凝土、礦礦粉混凝土基基本相同，因因此取代量同同為14％的礦粉和和粉煤灰混凝凝土徐變與基基準(zhǔn)混凝土基基本相同，只只有當(dāng)粉煤灰灰的摻量為36%時，由于早早期和后期混混凝土的強度度較其他組配配比強度低，其其徐變值較大大。摻加粉煤煤灰和礦粉的的混凝土徐變變主要受混凝凝土強度發(fā)展展的影響，因因此強度發(fā)展展較快的礦粉粉混凝土的早早期徐變接近近與基準(zhǔn)混凝凝土的徐變值值，而后期由由于粉煤灰混混凝土強度的的逐漸趕上，粉粉煤灰混凝土土的徐變也接接近與基準(zhǔn)混混凝土和礦粉粉混凝土。2.3粉煤灰灰和礦粉對混混凝土耐久性性的影響試驗對比研研究粉煤灰和和礦粉對高強強高性能混凝凝土抗氯離子子滲透系數(shù)和和抗凍融性的的影響。粉煤灰與礦粉粉對混凝土抗抗氯離子滲透透系數(shù)的影響響從表6和圖圖3中可以看出出，所有試樣樣的氯離子擴擴散系數(shù)均較較?。ň∮谟?E–08cmm2/s）。其中，粉粉煤灰摻量分分別為14%、25%、36%的B、C、D三個試樣的的氯離子擴散散系數(shù)，均較較空白試樣A降低，且隨隨粉煤灰摻量量增加，氯離離子擴散系數(shù)數(shù)逐漸下降。對對比摻加粉煤煤灰和摻加礦礦粉的混凝土土擴散系數(shù)還還可以看出，摻摻加礦粉的混混凝土氯離子子擴透系數(shù)比比同摻量的粉粉煤灰混凝土土更小，抗氯氯離子滲透性性能進一步提提高。主要原原因是：礦物物摻和料的加加入可以改善善混凝土的孔孔徑分布、孔孔的幾何形狀狀；礦物摻和和料水化產(chǎn)生生CSH凝膠可以堵堵塞擴散通道道，造成氯離離子擴散系數(shù)數(shù)下降。同時時，粉煤灰中中的鐵相有助助于降低Cl－的擴散速速度，礦渣中中較高的C3A等礦物成分分能夠捕捉從從混凝土表面面滲透的氯離離子，生成所所謂的Frieddel鹽，即C3A?CaCl2?10H2O，且礦粉的的活性優(yōu)于粉粉煤灰，礦粉粉的對于降低低混凝土抗氯氯離子滲透性性能更加顯著著[8,99]。粉煤灰和礦粉粉對混凝土抗抗凍性的影響響表7粉煤煤灰和礦粉對對高強混凝土土抗凍性的影影響由表7結(jié)果果可以看出，無無論摻與不摻摻摻合料混凝凝土的抗凍性性均很好，當(dāng)當(dāng)凍融300次循環(huán)后，混混凝土的動彈彈模量均大于于80％，即混凝凝土抗凍等級級均遠(yuǎn)超高F300。其中，摻摻礦粉的混凝凝土抗凍性稍稍好于摻粉煤煤灰的，并且且隨粉煤灰摻摻量或礦粉摻摻量增加，相相對動彈性摸摸量略有下降降，不過當(dāng)粉粉煤灰摻量或或礦粉摻量14%和25%時，相對動動彈性摸量下下降幅度不明明顯，只是在在粉煤灰摻量量達到36%時，相對動動彈性模量才才顯得下降較較多。主要是是高強混凝土土本身結(jié)構(gòu)較較為致密，強強度較高，混混凝土具有較較好的抗凍性性。對于摻加加粉煤灰和礦礦粉混凝土，由由于粉煤灰和和礦粉的二次次水化作用，使使得混凝土強強度更加致密密，且28d強度達到空空白混凝土的的水平，使其其也具有了較較高的抗凍性性，但當(dāng)粉煤煤灰摻量達到到36％時，由于于粉煤灰摻量量較大，水泥泥相對數(shù)量較較少，使得混混凝土28d強度不高，使使得該組混凝凝土較其它組組抗凍性略差差。3.結(jié)論a.粉煤煤灰和礦粉可可以顯著的改改善混凝土的的工作性能，隨隨粉煤灰和礦礦粉摻量的增增加改善效果果增強，且粉粉煤灰對混凝凝土工作性的的改善效果更更加顯著。b.粉煤煤灰和礦粉可可以較為顯著著的提高混凝凝土的后期抗抗壓和抗折強強度，且礦粉粉具有更高的的活性，對混混凝土的早期期和后期強度度發(fā)展更加有有利。同時，粉粉煤灰和礦粉粉均可以降低低混凝土的脆性，且且礦粉對混凝凝土脆性降低低作用更加明明顯。c.摻加加粉煤灰和礦礦粉的混凝土土彈性模量略略有降低，但但后期增長迅迅速，28d、60d抗壓彈模與與基準(zhǔn)樣相近近；摻加粉煤煤灰和礦粉后后，混凝土的的干縮降低，在在相同摻量(14%)下，粉煤灰灰混凝土的干干縮