矿粉掺量对混凝土强度影响的实验研究
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摘要：文章对高强度等级混凝土重的矿粉掺量进行了实验研究，结果表明，矿粉的掺量变化对早期强度有较大影响，但在7d以后，这种影响比较微弱，在30%等量替代时，各个龄期的砂浆强度都高于纯水泥砂浆强度，等量替代70%以内时，对强度几乎没影响。
关键词：矿粉 混凝土 砂浆 强度 替代量
矿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。矿渣作为混合材在水泥中应用非常广泛，矿粉等量取代部分水泥时，随着掺量的增加，混凝土早期强度会下降，而目前各工程工期紧、施工进度快是普遍现象，两者是一对矛盾，混凝土是区域性很强的材料，了解本地区材料性质，可以更好的发挥材料性能。
1 材料选用
水泥选用冀东水泥厂生产的P.O42.5级普通硅酸盐水泥；
矿粉为唐山钢铁公司唐龙矿粉
选用天津建筑科学研究院生产的YNB高效减水剂
蓟县产中砂，细度模数为2.7；
拌和用水为天津市政工程研究院自来水
为考核矿粉对混凝土强度的影响，固定水胶比0.3不变，不断变换矿粉的产量，维持胶砂比不变（以C50配比的混凝土中的砂浆为基准），进行不同龄期的强度检测，模拟其在混凝土中的影响。
表1 不同龄期的砂浆强度（MPa）
1天强度 | 3天强度 | 7天强度 | 14天强度 | 28天强度 | |
0%矿粉 | 45.6 | 73.9 | 72.2 | 77.2 | 98.6 |
10%矿粉 | 40.3 | 72.4 | 74.4 | 82.5 | 93.7 |
20%矿粉 | 39.5 | 67.6 | 72.0 | 85.3 | 100.8 |
30%矿粉 | 27.7 | 64.1 | 80.2 | 81.0 | 95.5 |
40%矿粉 | 22.4 | 63.6 | 80.9 | 75.3 | 97.9 |
50%矿粉 | 11.4 | 59.4 | 75.1 | 84.9 | 97.0 |
60%矿粉 | 6.5 | 52.9 | 71.6 | 81.9 | 86.8 |
70%矿粉 | 2.5 | 47.3 | 69.6 | 72.1 | 85.9 |
为便于了解矿粉的影响，以纯水泥砂浆的强度为100%，考核不同龄期矿粉的影响，见表2
表2 不同龄期砂浆发展（%，以纯水泥砂浆为基准）
1天强度 | 3天强度 | 7天强度 | 14天强度 | 28天强度 | |
0%矿粉 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
10%矿粉 | 88 | 98 | 103 | 107 | 95 |
20%矿粉 | 87 | 92 | 100 | 111 | 102 |
30%矿粉 | 61 | 87 | 111 | 105 | 97 |
40%矿粉 | 49 | 86 | 112 | 98 | 99 |
50%矿粉 | 25 | 80 | 104 | 110 | 98 |
60%矿粉 | 14 | 72 | 99 | 106 | 88 |
70%矿粉 | 6 | 64 | 96 | 93 | 87 |
图1和图2给出了直观的曲线
图1 矿粉掺量对砂浆强度的影响
图2 不同龄期砂浆强度受矿粉掺量的影响
从以上的试验数据可以看出，从强度而言，早期矿粉产量越大，强度发展越慢，但7天后基本一致，掺量不超过50%，对砂浆的28天强度毫无影响，即便掺到70%，砂浆的强度也保留近90%。
2 桥梁混凝土配合比设计
对耐久性而言，在课题《城市污水环境下混凝土腐蚀与耐久性评价》中的研究表明，掺合料超过50%，耐久性开始下降，国内一些研究也得到类似的结论。
基于以上研究，我们在大量实验研究的基础上，工程中应用了表3配比。
表3 桥梁结构不同部位的典型混凝土配比
使用部位 | 设计强度等级 | 水泥kg/m3 | 细骨料 kg/m3 | 粗骨料kg/m3 | 水kg/m3 | 外加剂（kg/m3） | 掺合料kg/m3 |
W/C | |
减水剂 | 防腐剂 | ||||||||
配比一 （灌注桩） | C30 D级环境 | 200 | 699 | 1141 | 160 | 10 | 36 | 164 | 0.44 |
配比二 （管道基础、墩柱、盖梁） | C35 D级环境 | 232 | 655 | 1164 | 160 | 8.42 | —— | 189 | 0.38 |
配比三 （承台、防撞护栏） | C30 E级环境 | 236 | 644 | 1146 | 155 | 12.77 | 27 | 193 | 0.36 |
配比四 （箱梁、盖梁） | C50 D级环境 | 336 | 672 | 1144 | 154 | 12 | —— | 144 | 0.32 |
相应地，表4 给出了几个配比的强度值，表5给出了氯离子扩散系数。
表4 抗压强度测定值
抗压强度 （MPa） | 配比一 | 配比二 | 配比三 | 配比四 | ||||||||
3d | 7d | 28d | 3d | 7d | 28d | 3d | 7d | 28d | 3d | 7d | 28d | |
15.3 | 27.3 | 42.3 | 19.2 | 37.1 | 43.4 | 18.0 | 36.0 | 46.8 | 25.0 | 48.0 | 59.5 | |
表5 氯离子扩散系数
配合比一 | 配合比二 | 配合比三 | 配合比四 | |
DRCM | 3.39 | 2.88 | 2.11 | 3.06 |
实验表明，几种混凝土的氯离子扩散系数都很低，强度也高于设计强度要求，超过工程混凝土的技术指标要求，同时由于大掺量，也有明显的经济效益。
3 结论
实验条件下，矿粉的掺量变化对早期强度有较大影响，但在3d以后，这种影响比较微弱，在30%等量替代时，各个龄期的砂浆强度都高于纯水泥砂浆强度，等量替代70%以内时，对强度几乎没影响。
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