矿物掺合料与水胶比对混凝土性能的影响

矿物掺合料与水胶比对混凝土性能的影响

郭丰

江门华润混凝土棠下有限公司529000

摘要：随着社会主义经济的快速发展，社会各界对混凝土建筑工程的需求量也随之日益增多。不言而喻，混凝土工程自然离不开混凝土，而且混凝土的性能会在很大程度上影响混凝土建筑工程的可靠性、安全性以及使用寿命，而水胶比和矿物掺合料又会对混凝土的性能造成极大的影响，因此本文分析了矿物掺合料与水胶比对混凝土性能产生的影响。

关键词：矿物掺合料；水胶比；混凝土性能

前言：混凝土的发展与时俱进，从最初的的高强混凝土发展到当今的高性能混凝土，人们越来越多地关注其综合的耐久性能。混凝土的耐久性问题涉及的内容较多，其影响因素和破坏机理也较复杂。尽管影响因素很多，但归根结底，这些因素影响着混凝土的2个重要的基本特性，即渗透性和强度。

1相关概述

（1）矿物掺合料

矿物掺合料是指在配制混凝土时加入的能改善新拌混凝土和硬化混凝土性能的无机矿物细粉。通常矿物掺合料掺量大于水泥用量的5%，细度与水泥细度相同或比水泥更细。矿物掺合料有粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉、复合矿物掺合料。具有改善硬化混凝土力学性能、改善拌合混凝土和易性、改善混凝土的耐久性的特性。

（2）水胶比

水胶比，每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值。

（3）混凝土

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

2试验准备

2.1原材料准备

准备适量水泥、砂、石子、减水剂、水、粉煤灰和矿渣粉。

2.2实验方案

基准混凝土采用水胶比0.38、不掺矿物掺合料，分别配制水胶比不变，掺入不同比例的粉煤灰及矿渣粉，以及相同比例粉煤灰及矿渣粉，不同水胶比的混凝土进行研究。

2.3实验方法

混凝土抗氯离子渗透检测。采用氯离子渗透快速试验方法，将混凝土切割成相同大小的混凝土试样，采用电通量测定仪测定6h电通量，评价混凝土的抗氯离子渗透性能。

抗冻性检测。采用快速冻融的试验方法，将混凝土试件进行冻融，测试300次冻融循环后试件的横向基频，并计算冻融后试件的相对动弹性模量，评定混凝土的抗冻性能。

耐磨性检测。制作相同大小混凝土试件，进行耐磨试验，测量磨槽深度和磨头的研磨转数，计算耐磨度，评价混凝土的耐磨性能。

抗硫酸盐腐蚀检测。制作相同尺寸的水泥胶砂试件，将试件分成两组，一组9块放入20℃饮用水中养护，一组9块放入3%的Na2SO4侵蚀溶液中浸泡。测试两组水泥胶砂试件的抗折强度之比，作为水泥胶砂的抗硫酸盐腐蚀系数，评定胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀性能。

3矿物掺合料和水胶比对混凝土性能的影响

3.1粉煤灰、矿渣粉对混凝土抗渗性能的影响

（1）粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响

抗渗性与混凝土耐久性的关系十分密切，因为一切破坏作用的因素总是随液体或气体进人混凝土。粉煤灰在混凝土具有充填行为和致密作用，粉煤灰的致密作用是粉煤灰在混凝土中活性充填行为的综合结果，在新拌混凝土阶段，粉煤灰充填于水泥颗粒之间，使水泥颗粒解絮扩散，改善了和易性，增加浇筑密实性，从而使混凝土初始结构致密化；在硬化发展阶段，主要发挥了物理充填料的作用；在硬化后期，又发挥了活性充填料的作用，粉煤灰的活性物质在混凝土中会发生二次水化反应，使粉煤灰具有一定胶凝性，填充了水泥水化后微小孔隙，使混凝土密实度得以提高，使混凝土的抗渗性能得以大大提高，但若要最大功效地发挥粉煤灰在混凝土的抗渗功能，其在胶凝在材料中的掺量控制尤为重要，

（2）矿渣粉对混凝土抗渗性能的影响

矿渣粉的主要成分为SiO2和Al2O3，具有超高活性，将其作为掺合料掺入水泥混凝土中，这些活性的SiO2和Al2O3即可与水泥的C2S水化产生反应，进一步形成水化硅酸钙产物，大幅度提高水泥混凝土的致密性，从而改善孔结构，减少孔隙率和最大孔径尺寸，使混凝土形成密实填充结构和细观层次的自紧密堆积体系，达到提高混凝土抗渗性能，使混凝土的水渗透系数得到明显降低，同时防止产生泌水和离析现象的发生。研究表明，采用粉煤灰与矿物掺合料双掺，同时注重混凝土的养护可以极大地提高混凝土的抗渗性能。

3.2水胶比对混凝土抗渗性能的影响

通过不同水胶比不同，掺入矿物掺合料相同进行对比实验可知，水胶比增大，电通量值将增大，混凝土渗透性降低。是因为水胶比增大，混凝土硬化时，水分散失较多，孔隙率增大，连通的毛细孔增多，导致渗透性增大。由于矿物掺合料的掺入，即使是水胶比达到了0.38，混凝土的电通量值也未超过1500C，满足混凝土100年的设计使用年限要求，说明矿物掺合料对提高混凝土抗氯离子渗透性有显著作用。

3.3水胶比和矿物掺合料对混凝土抗冻性、耐磨性和抗硫酸盐腐蚀性的影响

通过对矿渣粉掺入量、粉煤灰掺入量以及水胶比与抗硫酸盐侵蚀系数、耐磨度实验结果进行分析，这充分说明，矿渣粉与粉煤灰的掺入量与混凝土的抗硫酸侵蚀性能、耐磨性能以及抗冻性能呈现正关联极性，这证明矿渣粉与粉煤灰的添加能够使混凝土的抗硫酸侵蚀性能、耐磨性能以及抗冻性能实现显著的提升；而水胶比与混凝土的抗硫酸侵蚀系数、耐磨度及相对动弹性模量则呈现负关联极性关系，这表明水胶比会在一定程度上降低混凝土的抗硫酸侵蚀性能、耐磨性能以及抗冻性能，且水胶比越大，混凝土的抗硫酸侵蚀性能、耐磨性能以及抗冻性能减弱得越明显。

3.4矿物掺合料对混凝土抗裂性能的影响

混凝土中水泥在水泥过程会生成大量的Ca（OH）2晶体，而粉煤灰和矿渣粉较水泥颗粒要细，掺入混凝土后可显著改善界面过渡区的微结构，因为矿物掺合料与富集在界面的Ca（OH）2反应，生成C-S-H凝胶，使Ca（OH）2晶体、钙矾石和孔隙大量减少，凝胶相对增加，同时颗粒极细的磨细矿渣粉和粉煤灰的掺入可减少泌水，消除骨料下部的水隙，使界面过渡区的原声微裂缝大大减少，界面过渡区的厚度相应减小，使其结构的密室度与水泥浆体的相同或接近，骨料与浆体的粘结力得到增强，而且改善了界面过渡区的机构，减少了界面区的微裂缝，使抗裂性得以提高。

4结语

在混凝土中添加矿渣粉及粉煤灰可以使混凝土的电通量实现明显的减少，同时，按照一定的比例把矿渣粉与粉煤灰混合加入混凝土中，能够产生复合超叠加效应，而且在掺入15%的矿渣粉与粉煤灰，且水胶比是0.38的情况下，混凝土的抗氯离子渗透性能可达到最大值，而如果继续增大水胶比的话，又会减弱混凝土的抗氯离子渗透性能；而且矿渣粉与粉煤灰的掺入可以使混凝土的抗硫酸侵蚀系数、耐磨度及相对动弹性模量得到显著的提升，而水胶比则会减弱混凝土的抗硫酸侵蚀系数、耐磨度及相对动弹性模量。

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