引言

我國經濟由高速度發展轉為高質量發展，工程建設也要與經濟建設發展同步，實施可持續環保發展，對工業廢渣的再利用是建筑行業永恒的課題，礦粉是?；郀t礦粉的簡稱，是優質的混凝土摻合料和水泥混合材，本文開展了不同礦粉摻量的混凝土試驗研究，尋找不同摻量礦粉對混凝土性能影響規律，深入了解礦粉的作用，為礦粉在混凝土中的應用提供參考。

1.1 原材料選取

（1）選取S95礦粉，主要性能指標見表1。

（2）水泥選取P·O42.5水泥，主要性能指標見表2。

（3）粗集料，5~30mm連續級配的碎石，表觀密度2764kg/m3，堆積密度1526kg/m3，含泥量為0.4%。

（4）細集料，河沙，細度模數2.8，表觀密度2681kg/m3，堆積密度1500kg/m3，含泥量為1.8%。

（5）減水劑，鑫統領復配型外加劑，固含量10%，減水率20%。

1.2 混凝土配合比設計

本實驗設計的混凝土標號為C40，根據JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規程》設計并調整后確定水膠比為0.49，單位用水量166kg/m3，砂率42%。以混凝土配合比為基準，確保水灰比不變，用礦粉代替部分水泥改變膠凝材料配比進行混凝土試配調整，確定四個不同的配比方案與一個基準混凝土配比，見表3。

表3 實驗配合比設計表

2.1 坍落度試驗

坍落度實驗按照標準GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行，坍落度筒的提離過程應在5~10s內完成，整個操作過程應保證在150s內完成，避免操作不當導致測試誤差。坍落度實驗結果見表4，圖1，2。

可以看出，隨著礦粉的摻入，混凝土坍落度逐漸上升，分析由于礦粉的顆粒表面較為光滑，圓球度高，物理性能相對較穩定，使得它能一定程度上減少新拌混凝土物料之間的摩擦，改善混凝土的和易性。但是由于礦粉一般情況下比表面積相對較大，摻入量過高，可能會造成混凝土離散性增大，反而降低混凝土的和易性，因此摻入礦粉時，應注意其比表面積，盡量與水泥顆粒形成良好的顆粒級配，摻入比例不要過大。

2.2 強度影響試驗

抗壓強度按照標準GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法》，在混凝土試件達到養護齡期7d、22d和60d時進行抗壓強度測試，測試結果見表5，圖3。

從表5和圖3可知，隨著礦粉摻入量的提升，混凝土的早期強度（7d）下降，但是后期28d和60d強度均呈先上升后下降的趨勢，主要是由于礦粉在水化初期并不參與反應，而在水化反應的后期，其與水化生成的Ca(OH)₂發生二次水化反應，生成硅酸鈣凝膠，其后期強度甚至超過未加入礦粉的基準樣品。但是在礦粉摻入過多時（＞22%）水化生成的Ca(OH)₂被反應消耗，使得多余的礦粉并不能參與反應，導致強度呈下降的趨勢。

2.3 抗碳化性能試驗

本實驗采用快速碳化法，依據GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行試驗，養護完成后，將試件轉移至烘箱內，控制溫度在60℃，烘干48h后進行碳化試驗，試驗過程中，控制CO₂濃度在（20±3）%，溫度控制在（20±2）℃，濕度控制在（70±5）%，試驗后，涂抹1%酚酞酒精試劑，待充分反應后，測試其碳化深度，試件一組3個，測試結果取平均值，測試結果見表6，圖4。

由表6，圖4可見，隨著礦粉摻入量的提升，試件的碳化深度逐漸增加，表示其抗碳化能力逐漸降低，主要是由于隨著礦粉的加入，其混凝土系統中氫氧化鈣的含量逐漸降低，而CO₂同時參與反應，使得混凝土整體偏向中性，混凝土碳化深度逐步增大。

2.4 抗凍化性能試驗

按照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行抗凍性能試驗，試件尺寸100mm×100mm×400mm，每次凍融循環25次后測定試件質量損失和動彈性模量。測試結果見表7，圖5，6。

可見，隨著礦粉摻入量的增大，試件在經過凍融循環后剩余質量和相對動彈性模量逐漸減少，凍融200次后，其質量損失從空白的0.68%升至了40%摻入量下的1.56%，質量損失增長了129%。

2.5 水化熱性能

本實驗參照DL/T 5150-2001《水工混凝土試驗規程》和JTG/T F50-2001《公路橋涵施工技術規范》分別測試絕熱溫升值，將拌合料裝入容器中，按照混凝土試件的成型與氧化方法進行養護，在容器中埋入一根測溫管，密封容器后將容器送入絕熱室內，開始測溫，每0.5h記錄一次試樣中心溫度，24h后每1h記錄一次，7d后6h記錄一次，至28d為止，結果見圖7。

圖7 絕熱溫升值隨礦粉摻入量變化圖

由圖7可見，隨著礦粉摻入量的提升，混凝土的絕熱溫升呈不斷下降的趨勢，同時，升溫速率也有一定程度降低。分析主要是由于礦粉取代部分的水泥后，降低了C₃A和C₃S的含量，在水化反應中，特別是初期，極大的降低了水化反應的速度和程度，雖然在后期，礦粉中的活性SiO和AI₂O₃會與氫氧化鈣發生二次水化反應，但是綜合整體考慮，礦粉的摻入，仍然能降低混凝土水化過程中的放熱量。

（1）隨著礦粉的摻入，混凝土的坍落度和擴展度得到有效的改善，但是由于礦粉一般情況下比表面積相對較大，摻入量過高，可能會造成混凝土離散性增大，反而降低混凝土的和易性，因此摻入礦粉時，應注意其比表面積，盡量與水泥顆粒形成良好的顆粒級配，同時摻入比例不要過大。

（2）一定量礦粉的摻入，對混凝土的抗壓強度有一定程度的改善作用，雖然混凝土的早期強度下降，但是后期強度得到增強，其28d和60d抗壓強度在20%摻入量時達到最大，分別增長了2.3MPa和2.5MPa。

（3）礦粉的摻入，對混凝土的抗碳化性和抗凍性均有一定程度的破壞，隨著礦粉的摻入，混凝土的抗碳化能力和抗凍性能逐步下降。如需在此條件下改善混凝土的耐久性，可以適當減少混凝土的水膠比。

（4）礦粉摻入后，對混凝土的水化熱有一定程度的降低效果，摻入40%礦粉的條件下，最高溫峰值下降了7.3℃。

作者：王濤

來源：《湖北華茂商品混凝土有限公司》

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