双掺粉煤灰和矿粉的混凝土配合比优化

0引言

粉煤灰是一种工业废料，从微观结构上看具有潜在的火山灰活性物质，可取代部分水泥并与水泥进行二次水化反应，有效地降低了混凝土水化热反应的放热峰值与反应速率，并有效地提高了混凝土的拌合物性能，可以应用于建材工业市场。从研究大掺量粉煤的意义来看，它将高性能混凝土与低水泥环保型混凝土的开拓相结合，对于走绿色建材、新型建材的道路具有重要意义。

大掺量粉煤灰混凝土，将粉煤灰大量单掺于混凝土中，会使混凝土自身具有前期强度低、需水量大等缺点。本次研究特引入矿粉同时作为掺合料，利用矿粉与粉煤灰双掺的复合效应、堆积密度效应、微集料填充效应，从而改善拌合物性能，提高粉煤灰的利用率。通过水泥胶砂试验调整掺合料掺量，以河北建设集团混凝土分公司多年实践C30普通双掺混凝土配合比为基准，对大掺量粉煤灰混凝土配合比进行设计优化。

1试验过程

1.1原材料

（1）水泥（C）：选用顺平曲寨P·O42.5水泥，主要性能指标见表1。

（2）粉煤灰（F）：选用保定大唐Ⅱ级粉煤灰，主要性能指标见表2。

（3）矿粉（K）：选用保定乾华建材S95级矿粉，主要性能指标见表3。

（4）聚羧酸外加剂（A）：保定慕湖恒源新型建材有限公司，主要性能见表4。

（5）石子（G）：本试验采用5～25mm天然卵碎石，级配良好，含泥0.4%，泥块含量0.2%，针片状颗粒5%，表观密度2670kg/m³，堆积密度1570kg/m³。

（6）砂子（S）：满城天然砂，细度模数2.8，级配良好，含泥1.8%，泥块含量0.2%，表观密度2720kg/m³，堆积密度1560kg/m³。

1.2胶砂试验

根据GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》，采用表5的配合比。共设计21组试块，试件的制作与养护符合相关规范的要求。

为了直观分析单掺掺合料Ⅱ级粉煤灰和S95矿粉掺量对胶砂28d、60d、90d抗压强度影响，将数据绘制成图1～4。

由表5和图1、图3可以看出：单掺粉煤灰抗折强度随着龄期时间的增长而增长，抗折强度峰值出现在30%～35%之间；单掺矿粉的抗折强度却随着龄期时间采用了如表6配合比，其中D0为常用普通混凝土配合比。混凝土性能结果见表6和图5～8。

2配合比适配结果分析

理论上矿粉的作用机理是参与二次水化反应，在反应过程中吸收大量的CH晶体，使水泥石与骨料界面粘结程度及水泥浆体的细部结构得到改善，提高混凝土的密实性。虽然混凝土中掺加矿粉会降低前期强度，但影响程度并不大，且后期强度也会有所增长。而粉煤灰做为工业废料主要由大量表面光滑的球状玻璃体组成，可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。由于粉煤灰的水化速度远远小于水泥熟料，有效的降低了混凝土的水化热，适用于大体积混凝土，同时掺加粉煤灰后混凝土的早期强度低于普通混凝土，且粉煤灰掺量越高早期强度越低。矿粉和粉煤灰的双掺不只是简单的混合，而是有意识的使两种混合材料取长补短，在强度上产生一定的互补作用，体现出单掺所不具备的优势，弥补单掺粉煤灰早期强度低的缺陷。

由表6可以看出：在选定的矿粉掺量为20%、25%、30%时，粉煤灰的掺量为20%、25%、30%、35%、40%，总掺量为50%、55%、60%。

图5～10当矿粉掺量相同时（A1A2A3、B1B2B3、C1C2C3），粉煤灰每多取代水泥5%，相同龄期强度值都有所下降，而90d强度下降值在2.4%～2.9%。在总掺合料掺量相同时（A1B1C1、A2B2C2、A3B3C3），每当矿粉增加5%、粉煤灰减少5%，龄期强度值呈现出上升趋势。虽然试验批次28d强度普遍低于普通混凝土龄期强度，但由于二次水化反应的存在，28d到60d和90d混凝土强度还有一定程度的增长，且增长速度超过了普通混凝土，甚至60d或90d强度超过了普通混凝土强度，从试验可以得出结论配合比可以满足设计强度要求。

3结论

（1）胶砂单掺试验说明粉煤灰与矿粉的后期强度增长周期较长，缓慢的二次水化反应有助于混凝土强度的长期增长，粉煤灰的掺量在5%～35%时强度值增加明显，掺量15%～20%时出现强度峰值，矿粉的掺量在25%～30%时出现强度峰值。

（2）在C30混凝土中掺合料掺量在50%～60%区间、矿粉掺量为25%时，混凝土拌合物性能良好且抗压强度符合设计要求。

（3）结合胶砂单掺试验和混凝土适配，发现矿粉的加入，能与粉煤灰产生一定的互补作用，体现出单掺所不具备的优势，弥补单掺粉煤灰早期强度的缺陷。

文章来源：砼话