矿物掺合料对高强混凝土配制的影响

1、前言

　　近年来，我国已建和在建的建筑中，已有许多100m以上高层建筑，而且采用了高强混凝土。高强混凝土多用于高层建筑底层柱，体积较大（断面最小尺寸超过1m）。如果水泥用量较多，会在混凝土内部产生较大温升，引起温度应力，造成开裂，影响混凝土的耐久性。因此近年来美、加、日、挪、法等国提出高性能混凝土的概念，即以耐久性为目标设计混凝土。除使用低水灰比和实现高流动性便于成型密实外，加入矿物掺合料是提高混凝土耐久性的重要措施。不同矿物掺合料有不同的特点，在高强混凝土中有不同的作用。我们从1994年开始，对掺用硅灰和沸石粉的高强混凝土的配制和性能进行了对比性试验研究。1995年又结合航华科贸中心大厦C60泵送混凝土的施工，对掺用粉煤灰的C60泵送混凝土进行了试配，并用于实际工程。

　　2、原材料

　　2.1　水泥

　　冀东水泥厂散装盾石牌525号硅酸盐水泥，主要技术性能见表1.

　　2.2　矿物掺合料粉煤灰：内蒙赤峰元宝山电厂Ⅰ级粉煤灰，其性能见表2。沸石粉：河北省栾平斜发、丝光沸石粉，其性能见表3.硅灰：河北丹江生产，测定其SiO2含量89%，密度2.16kg/m3。

　　2.3　集料砂：昌平产河砂，技术性能见表4.石：三河市黄土庄镁质石灰岩碎石5～25mm，技术性能见表5。

　　2.4　减水剂　中国建材院JK－2A，减水率23%，清华华迪合成材料公司NF－2－6，减水率25%。

　　3、试验及结果分析

　　3.1　由于磨细沸石粉需水量大，用于高强流态混凝土时，掺量不宜>10%。因此本试验采用沸石粉的掺量基本一致（8～10%），混凝土坍落度相同时，改变配合比，测定混凝土强度结果见表6。

　　（1）由于沸石粉的需水量较大（需水比>106%），沸石粉掺量增加时，应增加总用灰量或高效减水剂；

　　（2）当水灰比相同、总用灰量相同时，增加高效减水剂以保持坍落度不变，掺入<9%的沸石粉后，强度基本不下降，或有所提高，而混凝土的和易性得到改善，目测离析、泌水现象大为减少；

　　（3）对C60以上的泵送混凝土，以沸石粉掺量≯9%，水灰比≯0.33为宜。

　　3.2　根据报道，掺硅灰的混凝土强度随硅灰的掺量而提高，但掺量超过10%以后，需水量增加较大。从经济性考虑，以硅灰8～10%等量取代水泥进行高强混凝土的试配结果见表7.由表7可见：

　　（1）在水灰比和总用灰量相同的情况下，掺入硅灰后，混凝土28d后强度可提高20%以上，硅灰掺入量以8～10%为宜。

　　（2）掺入硅灰的高强混凝土28d前强度增长幅度较大，但60d强度基本不增长。

　　3.3　掺用粉煤灰的高强混凝土试配。优质粉煤灰需水比小，有利于改善混凝土和易性，因此可以加大其在混凝土中的掺量，以降低混凝土的内部温升；而且，粉煤灰对混凝土强度的贡献随龄期的增长而增加，有利于后期强度的发展。见图1所示为粉煤灰和水泥体积比为1∶1时，在不同水胶比下粉煤灰和水泥对混凝土强度的贡献。以不同量的粉煤灰等量取代水泥配制高强混凝土的配比和强度见表8.由表8可见，加入粉煤灰直到30%，都可配制出28d强度为70MPa、坍落度>170mm的高强混凝土。

　　4、航华大厦C60泵送混凝土生产应用

　　4.1　C60泵送混凝土的生产

　　经技术经济比较，最后采用掺粉煤灰的高强泵送混凝土用于航华大厦的施工。为了使目前人们能够接受而且可靠，选择粉煤灰掺入量为18%，水灰比为0.29，出机混凝土强度统计结果见表9。

　　4.2　C60泵送混凝土拌合物性能（见表10）

　　4.3　硬化混凝土部分性能（见表11）

　　4.4　高强混凝土的冬季施工

　　高强混凝土水灰比低，水泥用量较大，早期强度发展快，体积较大的混凝土柱内温升较大。在负温下，可以不掺用防冻剂。为了确定施工方案，对掺与不掺防冻剂的上述配合比混凝土进行负温养护和负温－标养联合养护下的强度对比试验。联合养护的制度为：成型后在－10℃下养护3d后继续标准养护28d，记作“－3+28”；依此类推为“－7+28”“－10+28”，试验结果见表12.由表12可见，由于C60混凝土的强度发展快，即使置于负温下养护，强度照样增长；早期处于低温时，只要恢复养护，强度就会正常增长。无论标准养护还是联合养护，不加防冻剂的混凝土都比加防冻剂的混凝土强度高。在0℃下养护时，不加防冻剂的混凝土和加防冻剂的混凝土强度无明显差别，说明本技术的C60混凝土具有良好的抵抗负温影响的性能；即使在－10℃下养护10d，再进入标准养护28d后，强度仍然达到67MPa以上。有鉴于此，决定不使用防冻剂，按原配合比进行－10℃以上的冬季施工。同时采取相应的蓄热措施，防止混凝土内温

                     矿物掺合料对低温混凝土抗冻性能影响的研究

摘要:目的 根据寒冷地区混凝土所处的环境特点，研究了不同掺量矿物掺合料对低温混凝土抗冻性能的影响。方法采用恒低温一次冻结法和自然变低温多次冻结法，测试各种掺量的混凝土在不同龄期的强度值、抗冻临界强度值、抗冻临界时间及抗冻融循环能力和抗渗性。结果 复掺复合外加剂和适宜掺量矿物掺合料的混凝土，在低温条件下能够防止早期受冻，抗冻性能满足冬期施工要求。.粉煤灰掺量不宜超过15%，硅灰掺量不宜超过5%，双掺粉煤灰10%和硅灰4%取代水泥时，效果更好。结论 结合复合外加剂，单掺粉煤灰10%～15%和硅灰5%，低温7d 强度可达到设计强度的50%，低温7d转正温7d强度达到设计强度；双掺粉煤灰10%和硅灰4%取代水泥，低温7d 强度达到设计强度的60%，低温7d转正温7d强度超过设计强度。恒低温条件下28h 达到抗冻临界强度3.5MPa，变低温条件下34h 达到抗冻临界强度4.1MPa，经受300次冻融循环，抗渗等级为P10，均满足规范要求。



关键词:矿物掺合料；低温；混凝土；抗冻性能



0 引言



　　耐久性是当前高性能混凝土设计的主要目标，随着高性能混凝土技术的发展，矿物掺合料成为现代高性能混凝土获得优良的耐久性、强度及经济性不可缺少的重要组分，有人称之为混凝土的第六组分。在可持续发展已深入人心的今天，工业废渣利用和耐久性提高已成为水泥基材料科学研究的两大主题，尤其是当前我国正处在一个经济持续稳定快速增长、大兴土木的时期，要实现可持续发展，就必须对工业废渣用作混凝土矿物掺合料进行深入系统的研究[1]。正是对矿物掺合料的研究推动了混凝土技术的发展，而同时混凝土技术的发展需求也为矿物掺合料的研究指明了方向，提供了动力[2]。传统中工作人员对矿物掺合料在常温混凝土中的应用，做了大量的研究[3]，由于矿物掺合料活性度的限制致使低温条件下矿物掺合料的应用受到了限制，导致一定程度上忽视了低温混凝土中矿物掺合料性能的研究。然而随着混凝土低温施工技术受到越来越广泛的关注，矿物掺合料对低温混凝土技术性能影响的研究日益重要，鉴于此本文从矿物掺合料的角度出发，通过对不同掺量矿物掺合料对低温混凝土强度发展情况、早期抗冻临界强度，达到抗冻临界强度时间以及后期抗冻性能影响的研究。分析了矿物掺合料在低温混凝土应用的优势和必要性。



1.实验材料



1.1 试验原材料



　　（1）水泥：采用沈阳冀东水泥有限公司生产的盾石牌水泥42.5R



　　（2）水：采用普通自来水



　　（3）集料：粗集料采用石灰岩碎石5～20mm，最大粒径为20mm。连续颗粒级配，压碎指标为2.10%，含泥量低于0.1%。表观密度约为2800kg/m3。细集料选用河砂，属中砂，细度模数为2.8，级配良好，属Ⅱ区.坚固性为4.10%，含泥量低于2.1%.



　　（4）矿物掺合料



　　粉煤灰：选用辽阳I级粉煤灰，密度2.40g/cm3，需水量比92%，45μm方孔筛筛余9.5%



　　硅灰：硅灰由青海华电铁合金股份有限公司生产，灰白色粉末，粒径为1μm以下，平均粒径为0.1μm左右.



　　（5）低温早强剂：选用以早强、减水和引气为主要组分的复合外加剂[4].



1.2 试验方法



　　调整取代水泥的粉煤灰和硅灰的掺量配制不同组分的混凝土，采用恒低温和自然变低温为养护条件，测试各种混凝土的强度发展情况，抗冻临界强度值及在低温条件下达到该值的时间，以及试件低温转标准养护28后抗冻性能、抗渗性能测试。



　　（1） 混凝土组成情况

　　

　　固定外加剂掺量，调整粉煤灰和硅