楊世東中鐵二十二局集團第三工程有限公司 摘 要：為研究石灰石粉-煤渣粉摻合料對混凝土性能的影響，結合室内試驗方法，針對C40和C50兩種混凝土，對比分析不同礦物摻合料含量對混凝土工作性能、力學性能及幹燥收縮性能影響，研究表明:礦物摻合料含量超過30%會導緻C40混凝土工作性能下降，增加礦物摻合料含量可以增強C50工作性能最佳;過大增加礦物摻合料含量會使C40混凝土抗壓強度減小，增加礦物摻合料含量C50混凝土可有效增強混凝土抗壓強度;随着礦物摻合料的增加，C40和C50混凝土幹燥收縮率均呈減小趨勢，其中C50混凝土幹燥收縮率整體要比C40混凝土幹燥收率稍大。研究結果可為石灰石粉-煤渣粉混凝土設計提供理論借鑒。

　　關鍵詞：混凝土;石灰石粉-煤渣粉;工作性能;幹燥收縮性能;

　　近年來，我國許多工程建設規模日益龐大。混凝土作為最基本的建築材料，因其具有制作工藝簡單和适用性強等特點，逐漸被廣泛應用于各個工程領域。目前，混凝土已成為最常用的建築材料，但如何保證混凝土優良的性能和耐久性是當下學者亟需進一步研究的課題。

　　國内外學者關于混凝土性能展開了大量研究，如王麗等針對高溫作用下混凝土力學性能試驗進行了分析，研究發現随着混凝土溫度的升高，混凝土的抗壓強度降低，峰值應變呈逐漸增大趨勢，彈性模量則呈逐漸降低趨勢;聶立武等關于再生粗骨料對再生混凝土力學性能及碳化性能的影響展開了研究，研究表明随着RCA取代率的增加，RAC的力學性能及抗碳化性能逐漸降低;與天然骨料混凝土相比，抗壓強度分别降低了5.4%、23.8%，用水量提高了6.1%、12.4%，碳化深度分别提高了29.3%、72.5%;張恒春等關于礦物摻和料對混凝土早期收縮開裂性能的影響進行了探讨，結果發現未摻加摻和料的混凝土中砂漿28d幹燥收縮率最大，單摻粉煤灰的最小;雙摻和适比例的粉煤灰、礦粉，混凝土的抗開裂性能和力學性能最佳;張萌等針對自密實混凝土凍融循環後基本力學性能展開了研究，研究表明立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度随着凍融循環次數的增加而降低;相對立方體抗壓強度和相對劈裂抗拉強度分别與抗凍性能指标拟合相似性較好;縱向應力-應變曲線随凍融循環次數增加斜率降低，混凝土剛度退化。上述研究分别從高溫作用、混合摻料及凍融循環作用探讨了混凝土性能，但在提倡可持續發展的今天，關于工業廢渣等廢棄材料重複利用的研究還值得更為深入研究。基于此，以石灰石粉-煤渣粉作為混凝土的礦物摻合料，針對其不同含量對混凝土性能的影響和作用展開了研究，其結論可為再生混凝土研究提供借鑒和參考。

　　1 原材料 (1)水泥:試驗采用表觀密度為2.8g/cm3，比表面積為345m2/kg的P·O 42.5普通矽酸鹽水泥，其具體物理學參數如表1所示。

　　表1 水泥基本物理性能表 下載原圖

　　(2)石灰石粉:試驗采用石灰岩經多次粉磨後制得，粉磨成粉的石灰石粉表觀密度為2680kg/m3，比表面積為578m2/kg，其主要化學成分如表2所示。

　　表2 石灰石粉主要化學成分表 下載原圖

　　(3)煤渣粉:試驗采用煤渣經多次粉磨後制得，粉磨成粉的煤渣粉表觀密度為2580kg/m3，比表面積為510m2/kg，其主要化學成分如表3所示。

　　表3 煤渣粉主要化學成分表 下載原圖

　　(4)粗骨料:試驗采用骨料粒徑為5～20mm的石灰石碎石，連續級配，表觀密度為2680kg/m3，含泥量為0.6%，針片狀含量為5.6%。

　　(5)細骨料:采用天然細砂，細度模數為2.6，表觀密度為2670kg/m3，含泥量為1.8%。

　　(6)外加劑:采用高性能的聚羧酸高效減水劑，減水率為18%～25%。

　　(7)水:采用潔淨的自來水。

　　2 試驗方案2.1 試驗方法 (1)混凝土工作性能試驗:試驗分别制備攪拌均勻的C40和C50混凝土試樣，将混凝土分3次均勻倒入坍落桶，并采用導棒均勻搗實至桶高三分之一位置，然後馬上豎直平穩的提出坍落度筒，整個過程不超過2min。此時坍落度筒混凝土高度和坍落的混凝土試樣高度之間的落差即表示混凝土的實際坍落度。測試混凝土粘聚性采用導棒敲打坍落得混凝土椎體，在敲打過程中，若混凝土椎體緩慢下沉則代表粘聚性良好，若混凝土椎體出現崩塌或離析現象則代表粘聚性不佳。混凝土保水性通過觀察坍落度筒提起過程漿體溢出量來判定，若筒底部溢出漿體較多則代表混凝土保水性差，若溢出漿體較少或沒有則代表保水性良好。

　　(2)混凝土力學性能試驗:試驗分别制備尺寸為80mm×80mm×80mm的C40和C50混凝土多組試件，并分别對混凝土試件進行3d、7d、28d養護，養護完成後将試件依次放入電子萬能試驗機進行抗壓強度測試，即可得到3d、7d、28d混凝土試件的抗壓強度。

　　(3)混凝土幹燥收縮試驗:試驗分别制備兩個尺寸為100mm×100×515mm的C40和C50混凝土試件，澆築前需提前在試模内鋪好兩層塑料薄膜，并均勻塗抹上潤滑油，對帶模混凝土試件進行2d養護後再拆模。拆模後将混凝土試件迅速轉移相對濕度在(60±5%)和室内溫度為(20±2℃)的養護室進行觀察。首先記錄好兩組試件的初始長度，記錄期為100d，每5d對試件進行一次長度測試。

　　2.2 配合比設計 為研究不同含量礦物摻合料對混凝土性能的影響，試驗采用石灰石粉-煤渣粉作為礦物摻合料，分别配制不同含量礦物摻合料的C40和C50混凝土試件，并針對混凝土的工作性、力學性能及幹燥收縮性進行對比分析，混凝土配合比設計如表4所示。

　　表4 混凝土配合比 下載原圖

　　3 結果與分析3.1 礦物摻量對混凝土工作性能影響 混凝土良好的工作性能可以有效增強粘聚性和塑性，為研究礦物摻合料含量對混凝土工作性能的影響，針對礦物摻合料含量分别為0%、10%、20%及30%的C40和C50混凝土試件的工作性能進行對比分析，其具體工作性能如圖1所示。

　　由圖1可以看出，對C40混凝土試件而言，随着礦物摻合料含量的增加，混凝土的坍落度先增大後減小，擴展度持續減小，粘聚性始終良好且無離析沁水現象。當礦物摻合料含量小于30%時，混凝土的坍落度呈現較小的增大趨勢，而當礦物摻合料含量達到30%後，混凝土坍落度出現較大幅度的減小，說明礦物摻合料含量過大時，會大幅度的降低C40混凝土的坍落度。對C50混凝土試件而言，随着礦物摻合料含量的增加，混凝土的坍落度和擴展度均呈先增後減變化，粘聚性始終良好且無離析沁水現象。當礦物摻合料含量小于30%時，混凝土的坍落度和擴展度均呈現較小的增大趨勢，而當礦物摻合料含量達到30%後，混凝土坍落度和擴展度均有所減小，但此時混凝土坍落度和擴展度均滿足基準混凝土取值，說明增大礦物摻合料含量，可以有效提高C50混凝土的工作性能。

　　3.2 礦物摻量對混凝土力學性能影響 為研究礦物摻合料含量對混凝土力學性能的影響，試驗制備礦物摻合料含量分别為0%、10%、20%及30%的多組C40和C50混凝土試件，并針對不同礦物摻合料含量的混凝土3d、7d及28d的抗壓強度進行對比分析，得出礦物摻合料含量-混凝土抗壓強度變化曲線如圖2所示。

　　圖1 礦物摻合料含量-工作性能變化曲線圖 下載原圖

　　圖2 礦物摻合料含量-抗壓強度變化曲線圖 下載原圖

　　根據圖2可知，C40混凝土試件中，随着礦物摻合料含量的增加，養護期為3d的混凝土抗壓強度逐漸減小，養護期為7d的混凝土抗壓強度先增加後減小，在含量為10%時呈現最大值，養護期為28的混凝土抗壓強度呈先減後增再減趨勢，在含量為20%時混凝土抗壓強度呈現最大值，當含量為30%時，各養護期混凝土抗壓強度均呈現最小值，說明過大增加礦物摻合料含量會導緻混凝土抗壓強度降低。C50混凝土試件中，随着礦物摻合料含量的增加，養護期為3d的混凝土抗壓強度呈現先減後增趨勢，養護期為7d的混凝土抗壓強度逐漸減小，養護期為28的混凝土抗壓強度呈先增後減再增趨勢，且各養護期的混凝土抗壓強度均要遠大于C40混凝土。随着混凝土養護期的增長，抗壓強度呈現較大的增強趨勢，說明對于養護期較長的混凝土，增加礦物摻合料含量可以有效增強混凝土抗壓強度，從而提高混凝土力學性能。

　　3.3 礦物摻量對混凝土幹燥收縮性能影響 試驗通過制備礦物摻合料含量分别為0%、10%、20%及30%的多組C40和C50混凝土試件，并針對不同礦物摻合料含量的混凝土進行為期100d收縮變化觀測，對比分析了礦物摻合料含量對混凝土幹燥收縮性能的影響，得出礦物摻合料含量-混凝土幹燥收縮曲線變化如圖3所示。

　　圖3 礦物摻合料含量-幹燥收縮率變化曲線圖 下載原圖

　　分析圖3可知，随着養護期的增長，不同礦物摻合料含量的C40和C50混凝土幹燥收縮率均呈不斷增長趨勢，當養護期由0d增至30d時，混凝土幹燥收縮率呈現較大增長趨勢，當養護期超過30d後，混凝土幹燥收縮率增長趨勢逐漸變緩。随着礦物摻合料的增大，C40和C50混凝土幹燥收縮率均呈減小趨勢，其中C50混凝土幹燥收縮率整體要比C40混凝土幹燥收率稍大，說明增大礦物摻合料含量會同時增大C40和C50混凝土的幹燥收縮率，且C50混凝土幹燥收縮率受礦物摻合料含量的影響更加明顯。

　　4 結論 (1)過大增加礦物摻合料含量會導緻C40混凝土工作性能下降，建議不超過30%。增加礦物摻合料含量可以增強C50混凝土的粘聚性和塑性，當含量為30%時，混凝土工作性能最佳。

　　(2)對于C40混凝土，過大增加礦物摻合料含量會使抗壓強度減小，對于C50混凝土，增加礦物摻合料含量增可以有效增強混凝土抗壓強度，且随着養護期的增長，增強效果越明顯，混凝土力學性能越好。

　　(3)随着養護期的增長，不同礦物摻合料含量的C40和C50混凝土幹燥收縮率均呈不斷增長趨勢，随着礦物摻合料的增大，C40和C50混凝土幹燥收縮率均呈減小趨勢，其中C50混凝土幹燥收縮率整體要比C40混凝土幹燥收率稍大。

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