矿粉掺量对混凝土性能的影响

矿渣粉是水淬粒化高炉矿渣经粉磨后达到规定细度的一种粉体材料。 近年来，随着矿渣磨细技术的不断发展，矿渣被磨至相应细度的能耗越来越低，并且细度也可达到 400 m2/kg 以上，为矿粉的大量应用打下了良好基础；矿粉与水泥存在一定的价差，等量取代后其经济效益是显而易见的。 因此，矿粉已成为理想的掺合料逐渐被广大混凝土企业采用。 本文对各掺量矿粉混凝土进行了一些试验工作，为粒化高炉矿渣粉的技术研究及工程应用提供了有参考价值的相关技术参数。
1 试验原材料
矿粉： S95 级，其性能见表 1。
 
碎石： 5～25mm 连续级配碎石， 其主要性能见表 3。
 
外加剂：JC-2 高效标准型减水剂，掺量为 1.5%时，减水率为 21.8%。
2 试验配合比试验
用 C30 混凝土配合比见表 4。
 

3 试验结果与分析
　　采用表 4 混凝土配合比， 按 GB/T50080-2002《 普 通 混 凝 土 拌 合 物 性 能 试 验 方 法 标 准 》、GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和 GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 分别进行混凝土拌合物性能、力学性能、长期性能和耐久性能试验，如下所示。
3.1 混凝土拌合物性能
混凝土拌合物性能见表 5。
 
    从表 5 可以看出，掺入矿粉能够有效改善混凝土的坍落度和流动性，具有一定的减水效果；在相同水灰比条件下，随着矿粉掺量的增加，混凝土出现泌水现象，粘聚性增强，和易性变差；掺入矿粉的混凝土较基准混凝土有一定的缓凝效果；随着矿粉掺入量的增加，其对凝结时间影响程度增加，效果比较显著。
3.2 混凝土力学性能
混凝土力学性能测试结果见表 6。
 
    从表 6 试验结果可以看出：掺矿粉后对混凝土的抗折强度影响不大， 而随着矿粉掺量的增加，混凝土 7d 和 28d 抗压强度较基准混凝土逐渐降低。
3.3 混凝土长期性能和耐久性能
3.3.1 抗渗性能
采用渗水高度法测试混凝土的抗水渗透性能。试 件 为 上 口 内 部 直 径 175mm、 下 口 内 部 直 径185mm、高度 150mm 的圆台 体 ，水 压 在 24h 内 恒 定控制在（1.2±0.05）MPa，试验结束后等间距测量 10个测点的渗水高度值，以一组 6 个试件渗水高度的算术平均值作为该组试件渗水高度的测量值，结果见表 7。
 
    从表 7 试验结果可以看出：掺入矿粉后，混凝土的抗渗性能较基准混凝土有所增强。 由于矿粉等量取代水泥掺入，使混凝土结构中细小颗粒的数量增多，填充了混凝土中的空隙，混凝土密实度增加，有利于提高混凝土抗渗性能。 随着矿粉掺量的增加，混凝土的抗渗性能相对变差，这可能是由于矿粉的掺入，早期收缩有所增大，硬化时产生了一些微通道，使水渗透高度增加，不利于抗渗性能的提高。
3.3.2 收缩
采用接触法测定无约束和规定温湿度条件下硬化混凝土试件的收缩变形性能。 试件尺寸为100mm×100mm×515mm 的棱柱体，在卧式收缩仪上读取试件的长度，试验结果见表 8。
    从表 8 试验结果可以看出：掺入矿粉后，混凝土 28d 塑性收缩较基准混凝土均有不同程度的增大。
3.3.3 碳化
采用在一定浓度的二氧化碳气体介质中测定混 凝土试件的 碳化程度 ， 试件尺 寸 为 100mm×100mm×300mm，采用石蜡密封，试验结果见表 9。从表 9 试验结果可以看出：基准混凝土及掺矿粉后的混凝土 28d 内基本无碳化，混凝土的抗碳化性能未随着矿粉的掺入而降低。
3.3.4 抗氯离子渗透
采用混凝土试件的电通量为指标，测定混凝土的抗氯离子渗透性能。 将质量浓度为 3.0%的 NaCl溶液和摩尔浓度为 0.3mol/L 的 NaOH 溶液注入试件两侧，每隔 10min 记录一次电流值，直至通电 6h，试验结果见表10。
 
 
 
    从表 10 试验结果可以看出， 掺矿粉后能有效改善混凝土抗氯离子渗透性能，随着矿粉掺量的逐步增加，混凝土抗氯离子渗透性能显著增强。
3.3.5 混凝土中的钢筋锈蚀
采用尺寸为 100mm×100mm×300mm 的棱柱体试件，每组 3 块，试件中预埋直径为 6.5mm 的 Q235普通低碳钢热轧盘条钢筋，成型试件移入标准养护室养护 28d 后进行碳化，碳化时间为 28d，碳化处理后立即移入潮湿环境中， 放置 56d 后取出破型，先测其碳化深度， 然后进行钢筋锈蚀程度的测定，试验结果见表 11。
 
    从表 11 试验结果可以看出：基准混凝土和掺矿粉的混凝土破型后基本无碳化， 钢筋无锈蚀的痕迹。 究其原因，一方面由于水泥水化，生成氢氧化钙， 碱性环境下混凝土中钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不易锈蚀；另一方面，由于矿粉的掺入，混凝土结构更加密实，能有效阻止空气中二氧化碳的侵入，有效地保护了混凝土中的钢筋。
4 结语
（1）矿 粉 的掺入 ，对 混凝土 具 有 一 定 的 减 水 效果，并有缓凝的功效，但会降低混凝土 7d 及 28d 抗压强度。
（2）矿粉的掺入对混凝土的耐久性能有一定程度的改善。 随着矿粉掺量的提高，混凝土抗渗性能有所降低，但较基准混凝土仍有提高，混凝土抗氯离子渗透性能增强。
（3）矿粉的掺入，增加了混凝土的硬化收缩，一定程度上可能会造成混凝土的早期开裂。

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