矿粉及粉煤灰混凝土配合比设计研究(20150610修订) (1) (1)

1、 2015届毕业论文 矿粉及粉煤灰混凝土配合比设计研究 院 、 部： 材料与化学工程学院 学生姓名： * 指导教师： 王文革 职称 副教授 专 业： 无机非金属材料工程 班 级： 材本1101班 完成时间： 2015年5月 本页附查重报告目 录摘 要1ABSTRACT21 绪论31.1 水泥混凝土的发展史31.2 高性能混凝土的发展史31.2.1 高性能混凝土产生的背景41.2.2 高性能混凝土的研究现状51.2.3 高性能混凝土的性能研究  51.3 粉煤灰混凝土61.3.1 粉煤灰混凝土发展历程61.3.2 粉煤灰混凝土的工作机理61.4 矿粉混凝土71.4.1 矿粉7

2、1.4.2 矿粉掺入对混凝土的影响71.5 本文研究的内容82 实验部分92.1 实验原材料及实验方法92.2 基准配合比设计92.3 矿粉及粉煤灰混凝土的配合比设计123 矿粉及粉煤灰混凝土性能研究 143.1 粉煤灰矿粉混凝土强度分析153.2 粉煤灰矿粉混凝土工作性分析183.3 粉煤灰矿粉对混凝土耐久性的影响194 结论20参考文献21致 谢22附 表湖南工学院2015 届毕业设计（论文）课题任务书湖南工学院本科生毕业论文开题报告湖南工学院毕业设计(论文)工作进度检查表湖南工学院2015 届毕业设计（论文）指导教师评阅表湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表湖南工学院毕业设计（论文）答辩

3、资格审查表 湖南工学院2015 届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表附 件1、外文翻译，1份（另装订）2、毕业设计（论文）工作记录，1份（另装订）摘 要20世纪以来，混凝土成为了桥梁、公路、水利、房屋建筑等现代工程结构的首选材料，其用量非常巨大。传统使用的混凝土原材料都来自于天然资源，这会损耗大量的资源并严重影响到开采当地的环境和天然景观。“高性能混凝土”(HPC)正是在这种背景下产生的,其中双掺粉煤灰和矿粉技术在混凝土生产企业中的应用日益普及，工艺水平也日趋成熟。本文以设计强度等级为C30型号混凝土为研究对象，主要研究了粉煤灰、矿粉不同掺量时设计的配合比对混凝土强度和工作性的影响。在根据原

4、材料性能算出的理论基准配合比的基础上，以矿粉、粉煤灰等量取代胶凝材料来设计矿粉及粉煤灰混凝土配合比。通过对各组配合比的抗压强度、耐久性、抗冻性能、抗渗性能、工作性等各项指标进行分析，选出最佳的矿粉及粉煤灰混凝土配合比。最佳配合比为水泥284kg,粉煤灰48kg,矿粉96kg，水202kg，砂650kg，石子1062kg，减水率为16%的聚羧酸减水剂8.56kg。粉煤灰矿粉的最佳掺量为粉煤灰掺量11.2%、矿粉掺量22.4%，总掺量占胶凝材料的33.6%。关键词：粉煤灰；矿粉；配合比；抗压强度；耐久性 ABSTRACT Since twentieth Century, concrete has

5、become the preferred material of the bridge, highway, water conservancy, housing construction and other modern engineering structure,so its dosage is very huge. The traditional concrete raw materials are all from natural resources, which will wear a lot of resources and seriously affect the environm

6、ent and natural landscape of the local places. "High performance concrete (HPC) is generated in this context, the double mixture of fly ash and slag technology in concrete production enterprise applications become increasingly popular, and the level of the technology is becoming mature. In this

7、 paper, the design strength grade C30 concrete model as the research object, mainly studies the influence on the workability and strength of concrete in different designed mixture ratio of fly ash, slag with different dosage.On the basis of theoretical benchmark with ratio calculated in according to

8、 the properties of the raw material,the mineral powder and fly ash concrete is designed through the way that slag, fly ash equivalently replace cementitious materials.Through analyzing the compressive strength, durability, frost resistance, impermeability, workabilityand other indicators to each gro

9、up of mixture ratio, choose the best mixture ratio of mineral powder and fly ash concrete.The optimum mixture ratio is 284kg cement,48kg fly ash ,96kg mineral powder, 202kg water,650kg sand,1062kg stone, 8.56kg poly carboxylic acid water reducing agent of 16% reducing water rate.The optimal mixing a

10、mount of fly ash and mineral powder is with 11.2% fly ash,22.4% of slag content, which accounts for 33.6% of the total amount of cementitious materials.Key words：the fly ash；mineral powder；mix ；the compressive strength ；durability21 绪论1.1 水泥混凝土的发展史 水泥不是现代的专属产物，古罗马时期古罗马人和古希腊人就开始用石灰和火山灰拌在一起，用它来砌筑房屋。无独

11、有偶，中国古时候的人们就用黄泥、稻草、糯米汁、猪牛的血和在一起砌成方块，然后用这些方块砌成土房。不管是古罗马人、古希腊人用石灰和火山灰拌在一起的混合物，还是古中国人用黄泥等物质和成的混合物,都类似于现代所使用的石灰火山灰水泥。古罗马人煅烧含有泥土夹杂物（粘土质的）的石灰石，生产出了水硬性石灰，随着石灰砌筑砂浆的广泛应用，古希腊人和古罗马人还意识到火山灰沉积物在建筑领域中有着非常可观的发展前景。石灰、砂子与细磨的火山凝灰岩混合不仅可以配制高强度的砂浆，还可以抵抗水的侵蚀作用。掺有火山灰材料的石灰砂浆不仅可以在水中硬化，而且还可以在空气中硬化，所以被称为“水硬石灰”1。“水硬石灰”加水可胶结碎石、

12、砂子等粗细集料，硬化成型后得到类似于石头的物件（人造石头）。这种“人造石头”不仅强度高，而且还能抵抗恶劣环境中的各种侵蚀。长期以来，这种“人造石头”（即混凝土）在生活中扮演着不可或缺的角色，被广泛地应用于建筑领域中各种重要的工程。 近年来，人们在传统水泥性能的基础上研制出了很多种的新型水泥，比如高铝水泥和特种水泥等。从波特兰水泥到现代的水泥，各式各样的水泥品种数不胜数。据调查，在2013年的时候，全球生产出来的水泥，合计总量已达到了40亿吨，其中我国所生产的水泥就占了一半以上，占到了全球总产量的58.6%（产量为24.2亿吨）。这说明中国的水泥企业已走在了世界发展的前沿，而那些水泥工业发展相对

13、落后的国家，可以被视为中国水泥未来对外输出的重大市场来开发2。1.2 高性能混凝土的发展史 高性能混凝土又被称为HPC，高性能混凝土（HPC）概念的提出始自20世纪80年代。1990年5月，面对混凝土的劣化问题以及混凝土的后期处置对环境带来的影响，美国的混凝土学会和技术研究院第一次主持并召开了关于未来混凝土发展的研讨会。在这次会议上，首次提出了有关HPC的定义：HPC必须具备现代工程中对混凝土所要求的高强度、高耐久性、高工作性等性能，显然这种混凝土的制备与以往制备传统混凝土的方法是不同的3。它首要的设计指标就是必须具备高耐久性这一性能，这种新型的混凝土在工程施工完毕之后具有至少80100年的使

14、用期。高性能混凝土由于其具备高工作性、高耐久性、高强度等优良的性能，已经被广泛地应用于世界各地的工程建筑当中，比如桥梁建筑、军事工程建筑、水利工程建筑等等。高性能混凝土在基础设施工程中体现出来的经济合理性以及在各种恶劣环境下表现出来的长久使用期，大部分的学者认为高性能混凝土是今后混凝土的主要研究方向。1.2.1 高性能混凝土产生的背景 （1）混凝土的需求量大：从新石器时代用黄泥和稻草和成的泥块，到近代用水泥和粗、细集料搅拌而成的普通混凝土，再到最近掺入了各种外加剂和矿物掺料搅拌而成的高性能混凝土。混凝土的发展都致力于以更少的资源来制备出更高性能化和更环保型的混凝土。20世纪以来，伴随着社会生产

15、力的高速发展，人们对自己住宅的质量安全、舒适度等性能的要求也在逐渐地提高4。而在建筑领域一些重要的工程当中，比如桥梁、公路、水利、房屋建筑等现代工程都会选用高性能混凝土作为结构材料。混凝土已经成为了现代工程中必不可少的部分，据调查，2013年的混凝土用量约为109亿立方米，并且其用量还在随着我国快速增长的经济而不断地增加着。（2）混凝土对环境的影响大：100多年以来，混凝土成为了人类在生产建设过程中必不可少的结构材料，作为在建筑领域中使用量最多的人造材料，其生产和使用对生态环境造成了的巨大压力。混凝土结构在使用过程中总是会不可避免地出现裂缝问题，这会降低建筑工程的使用期，甚至会直接导致建筑物垮

16、塌，严重威胁着人民的财产安全和生命安全5。制备混凝土所用的原材料，基本上都取自于自然资源。而在工地上每使用1吨水泥，要0.6吨的洁净水、2吨砂和3吨以上的石子。同时在生产水泥的过程中，需要1.5吨左右的原材料（石灰石）和大量的燃煤资源、电能资源才能生产出1吨的水泥，而且还要排放出1吨左右的二氧化碳气体。尽管制备混凝土所需要的原材料和所造成的污染比生产其它建筑材料要小得多，但由于混凝土的用量过于庞大，所以相对地来说，混凝土的生产和后期处置对环境的影响也是非常巨大的。过度地开采砂、矿石会造成严重的资源破坏，并严重影响到开采当地的环境和天然景观。现在想要在一些遭到严重破坏的城市采取质量合格的砂石集料

17、已经是不可能的了。 （3）高性能混凝土的产生：混凝土需求量大、对环境影响大，这就促使了混凝土的发展方向要以不断提高其耐久性性能和改善其它性能作为标杆来完善自身。而且为了更好的保护环境、节省资源，需要更多的考虑使用天然的材料和工业废渣来制备混凝土,走可持续发展的道路。以工业废料为原材料之一来制备高性能混凝土，不仅节省了水泥用量，还提高了混凝土的耐久性。当然高性能混凝土必须是高耐久性的、高强度性的、高工作性的，要不也不会被称作为高性能混凝土。高强度和高耐久性都意味着高性能混凝土拥有着长久的使用期限，从而能够节省更多的资源、能源，扩大混凝土的使用价值。 1.2.2 高性能混凝土的研究现状  

18、;高性能混凝土在传统上，被定义为高强度、高耐久性、高工作性混凝土6。20世纪80年代开始，各国的研究学会对高性能混凝土的研究方向逐渐从以高强度为首要目标过渡到以高强度和长久的使用期限为主要的研究方向。针对高性能混凝土在不同环境中的抗侵蚀作用，研究各种类型的新型混凝土： （1）绿色高性能混凝土：在建筑领域所使用的结构材料当中，水泥混凝土是必不可少的，而生产水泥和混凝土会消耗大量的自然资源和能源，这对自然环境的破坏是非常巨大的。毫无疑问，这些是不符合可持续发展战略所要求的。而绿色高性能混凝土与传统混凝土不同的是，它大幅度的提高了混凝土的强度和耐久性，延长了混凝土的使用期限，节约了水泥的用量、减轻了

19、环境的负担、减小了环境的污染。而这些正好符合走可持续发展道路所要求的前提条件。     （2）超高性能混凝土：如活性粉末混凝土（Reactive Powder concrete)，简称RPC。RPC的特点是超高强度的抗压强度和超高的密实性，已经被广泛的应用于各种特殊的军事工程和各种大型的水利工程。 （3）智能混凝土：是在原有的基础上，将混凝土的普通成分复合组成智能型成分，而这新组成的智能型成分使得混凝土材料具备能够感知外界环境变化的等特性的多功能型材料，从而调节和控制自身来适应外界的变化。而这种根据外界变化进行的自我调节，可以最大程度

20、的降低混凝土自身的损坏。而近年来研制出来的智能混凝土表明了并它不只是理论上存在的，为今后的进一步研究奠定了基准。1.2.3 高性能混凝土的性能研究   （1）耐久性：在混凝土原材料中掺入矿物掺合料，拌合混凝土时再加入高效减水剂，可减少混凝土的需水量、增加混凝土内部的密实率，使得混凝土的有效使用期增长。 （2）工作性：在测定混凝土工作性的过程中，测试坍落度是必不可少的。而高性能混凝土由于加入了各种外加剂，比如矿物质超细粉、减水剂，导致其拌合所需的自由水较低，从而具备良好的坍落度，使得所搅拌的混凝土易于施工。所以高性能混凝土一般都会具有良好的坍落度，且基本没有泌水和离析的现象。

21、 （3）力学性能：混凝土是由各种原材料胶结硬化而成的，所以不管是哪一种原材料，都有可能影响到混凝土的强度。混凝土的水灰比是对混凝土强度起决定性的因素，理论上来说，水灰比越低混凝土强度就越高。而高性能混凝土中的高效减水剂会大幅度地降低混凝土的单方用水量，从而大幅度地提高强度。 （4）体积稳定性：HPC由于加入了各种外加剂导致其在硬化早期的水化热较低，且基本上不会产生裂缝现象，只会有较小的收缩变形，从而具备良好的体积稳定性。 （5）经济性：HPC在基础设施工程中体现出来的高工作性可以加快工程的施工速度，而在施工完毕之后体现出来的高强度性和高耐久性可以降低混凝土结构的维修费用。更快的施工速度和较低的

22、维修费用自然就意味着良好的经济效益。1.3 粉煤灰混凝土1.3.1 粉煤灰混凝土发展历程长期以来，大多数的国家都是将粉煤灰当成传统的火山灰来使用，甚至一些国家的技术标准还规定了粉煤灰只能用作填充形混合材。而在80年代初的时候，美国弗罗里达州用掺了大量粉煤灰制成的混凝土建成了一座跨海大桥，其工程质量得到了很大的改善。因而在1983年修订规范时，专门对在混凝土中怎样使用粉煤灰作了新的规定：在受侵蚀严重的环境中建筑混凝土大型工程，必须掺入粉煤灰制备混凝土，尤其是大体积混凝土，还给定了其掺量范围（18%50%）。粉煤灰是磨细煤粉经燃烧之后收集起来的物质，其主要成分为SiO2（50%70%），Al2O3

23、（15%40%），Fe2O3（5%20%），一些成分部分可在碱性激发剂或硫酸盐激发剂的作用下激发潜在的火山灰效应，发生水化反应生成硅酸盐胶体、钙矾石等物质。在掺入混凝土的矿物掺合料中，粉煤灰已经成为了不可或缺的替代物。大量研究粉煤灰的实验数据表明，粉煤灰已不仅仅是取代水泥、节约能源以及减少环境污染的问题，而且还是改性混凝土的一种重要组分。粉煤灰掺入混凝土中，可以减少其水化热、提高其密实性、减少裂缝问题、抑制碱骨料反应，从而提高混凝土的耐久性。大量相关的数据表明，粉煤灰替代部分水泥掺入到混凝土中，可起到良好的效果7。1.3.2 粉煤灰混凝土的工作机理用等量的或超量的粉煤灰取代水泥不但可以节省水泥

24、的用量，而且还能提高混凝土的诸多性能。（1） 在微观状态下，我们可以看到粉煤灰颗粒是有一颗颗的球状玻璃体组成的。在混凝土中加入粉煤灰，其特有的球状玻璃体充塞在水泥颗粒之间，可以起到类似于润滑剂的作用，使水泥的水化更加的彻底，这样就会使得骨料拌合时有更多的水泥浆体来润滑。同时，由于减水剂的加入还会降低混凝土的配合比、减少自由水的用水量。综合起来，掺入粉煤灰既会使混凝土具有良好的工作性，也不会产生离析和泌水的现象。这样既保持了泵送施工的可行性，也保证了混凝土的高强度。（2） 粉煤灰混凝土硬化成型后，随着龄期的增长，水泥中的氢氧化钙会和粉煤灰颗粒发生火山灰混合效应，反应生成水化硅酸钙凝胶，而混凝土中

25、水化硅酸钙凝胶数目的多少又影响着混凝土的强度。所以掺入了粉煤灰的混凝土，其后期强度增长的幅度要大于基准混凝土的后期强度增长幅度8。1.4 矿粉混凝土1.4.1 矿粉 矿粉是一种超细粉末材料，是用水碎高炉矿渣作为其主要原料经过干燥、最后粉磨而成的。矿粉疏松多孔，其化学成分与普通硅酸盐水泥的成分非常接近，如含CaO、SiO2、MgO等成分，所以化学成分也相应的比较稳定，可作为原材料之一来制备高性能水泥和混凝土。它自身具有水硬性，当掺入到硅酸盐水泥中时，其活性可以得到更充分的发挥。矿粉作为混凝土的掺合料，掺入混凝土中不仅可以节省水泥用量、降低胶凝材料的水化热，而且可以改善混凝土的绝热温升，使混凝土的

26、结构更密实，从而提高抗渗性以及抗海水、抗酸、抗硫酸盐的化学侵蚀，还具有抑制碱-集料反应的效果等9。1.4.2 矿粉掺入对混凝土的影响 （1）改善了混凝土的和易性：在混凝土中掺加矿物掺合料可以有效地提供混凝土的施工性能，特别是对混凝土的抗氯离子渗透性能，能够起到直接的影响作用10。掺入矿粉的混凝土与未掺入矿粉的混凝土区别在于掺入矿粉的混凝土改善了混凝土的表面特性和比表面积。表面特性可以使得水泥的浆体之间形成光滑的移动面，从而降低混凝土的抗离析性能。而比表面积却可以起到积极的作用，当比表面积较大时，在微观状态下的水泥颗粒可以形成较好的颗粒级配，从而增加混凝土的密实性、改善混凝土的和易性；相反，当比

27、表面积较小时，混凝土的密实性会降低，从而出现离析和泌水的现象，和易性变差。所以掺入适量的矿粉，是改善混凝土和易性的关键。（2）增加混凝土强度：制备混凝土的时候，将矿粉作为掺合料加入进去可以提高其强度，但是其早期强度会较低。而超量的矿粉取代水泥即可解决混凝土早期强度较低的问题。（3）改善了混凝土的早期塑形裂缝：我们都知道混凝土会因为水泥放出的水化热而引起裂缝问题，但是只要掺入了矿物掺合料，这个问题就会得到改善。这是因为矿粉具备形态效应和活性效应11。（4）增强了混凝土的抗渗性能力：在混凝土中掺入矿粉可以发挥掺合料的微集料效应和二次水化反应，从而细化混凝土的孔径、减少连通孔的数目、增加其密实性，密

28、实性增大当然就意味着混凝土的抗渗性能提高了。 （5）增强抗冻融能力：在混凝土中加入适量的引气剂可以提高混凝土的抗冻融能力，而在混凝土中掺入矿粉对其抗冻融能力提高幅度不大。而在混凝土中同时加入矿粉和引气剂的话，能够大幅度的提高混凝土的抗冻融能力。1.5 本文研究的内容 （1）根据混凝土所用原材料的基本性能算出理论配合比，经过实验试拌得出基准配合比。在基准配合比设计的基础上，用不同掺量的矿粉、粉煤灰等量取代水泥来设计混凝土配合比。 （2）分析粉煤灰和矿粉掺入混凝土时，不同掺量组成的混凝土配合比在强度、工作性、耐久性等性能各方面的影响。 （3）对混凝土的配合比方案进行优选，在满足粉煤灰、矿粉混凝土强

29、度、工作性等性能要求的前提下，得出能够降低预拌混凝土成本和提高企业经济效益的粉煤灰、矿粉在混凝土中的最佳掺量。 在混凝土中双掺粉煤灰和矿粉：一方面可以利用矿粉的晶核作用激发粉煤灰的活性、提高混凝土的早期强度，另一方面还可以利用粉煤灰及矿渣的火山灰效应降低混凝土中大晶体的含量，提高混凝土的强度和耐久性12。大量的数据表明，在混凝土中掺入两种或两种以上的工业废渣明显比只掺入一种矿物掺合料的性能要优越的多。2 实验部分2.1 实验原材料及实验方法水：普通自来水。水泥：湖南石门特种有限公司的P·O 42.5R水泥，水泥的28天强度实测值为48.9（MPa），密度为。中砂：湖南岳阳荣城矿产物资

30、有限公司的中砂，级配良好，表观密度，堆积密度，细度模数2.6。碎石：湖南省临武县尧丰碎石厂的碎石，级配良好，表观密度，堆积密度为，压碎值18%，最大粒径。矿粉：湖南省湘乡市红星矿粉厂的S95级矿粉,比表面积480m2/kg。粉煤灰：湖南省电力粉煤灰开发有限公司的I级粉煤灰，细度5.2%，烧失量3.23。减水剂：武汉华轩高新技术有限公司KH-6聚羧酸减水剂，减水率为16%，含固量12%，掺量为胶凝材料用量的2%。实验方法：用矿粉、粉煤灰等量取代部分水泥，通过设计多组不同掺量的矿粉及粉煤灰混凝土配合比，研究粉煤灰、矿粉不同掺量时对混凝土性能的影响。2.2 基准配合比设计本文的研究对象是设计强度为C

31、30型号的混凝土。第一步算出配制强度，第二步根据配置强度算出水灰比，第三步查表得出用水量、算出水泥用量，第四步查表得出砂率，再通过容重法确定理论的混凝土配合比。（1） 按以下公式来计算混凝土的配置强度式中：配制强度（）； 设计强度强度（MPa）； 混凝土的强度标准差（MPa）。表1 标准差的取值强度等级低于C20C20C35高于C35标准差4.05.06.0 （2）用水量：根据碎石的最大粒径和坍落度选取用水量，其选用如表2所示。表2 用水量表 1030355055707590 表2指的是混凝土中未掺外加剂时的用水量，若坍落度大于90mm时可按照每增大20mm用水量就增加5kg来计算用水量；而在

32、混凝土掺人外加剂时，其用水量可按下式计算：式中：； ； 。 （3）水泥用量：水泥的用量可由用水量和水灰比公式计算得出。 水灰比计算公式：上式：、回归系数 水泥28d实测值 、可参照表2使用。表3 回归系数表系数碎石卵石a0.460.48b0.070.33 （4）砂、石用量：首先要确定合理的砂率Bs（是指混凝土中砂的质量占骨料的总质量的百分比），再通过容重法算出砂、石用量。容重法公式如下所示： 上式： ，其取值可取23502450kg。表4 砂率取值范围（%）263225312430303529342732303539342833333832373035333832373136364135403

33、338364135403439394438433641 当坍落度不大于60mm时，可按照以上表4的砂率范围取值，若坍落度大于60mm时可按照坍落度每增加20mm砂率就增大1的幅度予以调整。当然，也可以通过试验来确定砂率。在水泥浆数量不变的情况下：砂率越大，砂的用量也就越大，从而降低水泥浆对砂子的润滑作用。所以砂率越大的混凝土，其拌合物的和易性和工作性也就越差。但是砂率越小，砂的用量也就越小，这就意味着拌合物的砂浆层也就越少，同样的会使得混凝土拌合物的和易性和工作性变差。总之，只有确定了最佳砂率，才能保证拌合物良好的和易性。而选择砂率最重要的参数便是砂的细度模数，砂率是随着细度模数的降低而降低的

34、。混凝土的水泥用量和拌合物的坍落度是影响砂率的主要因素，在混凝土搅拌站一般都是通过适配来确定最佳砂率。经计算知C30混凝土的适配强度为38.225（MPa），水灰比为0.56，坍落度为180±20mm，砂率为38%。其配合比为：水泥428kg，基准用水量202kg，砂650kg，石子1062kg，减水率为16%的聚羧酸减水剂8.56kg（胶凝材料用量的2%）。通过实验室试拌来确定基准配合比。采用水泥用量分别增加20kg和减少20kg，其用水量也相应地增加5kg或减少5kg，其他的单质材料做相应的调整，来进行实验。三组配合比的实际情况见表5。表5 三组配合比的实际情况编号水泥（kg）

35、砂（kg）石子（kg） 水（kg）减水剂（kg）坍落度（mm）拌合物性能7d强度 （MPa）28d强度（MPa）140866010771978.56185良好28.037.5242865010622028.56175良好27.138.0344864110462078.56192良好28.542.1 试验结果表明：坍落度都大于160mm，都能满足设计的要求。编号1配比的混凝土28d强度远低于适配强度，编号3配比的混凝土28天强度值超出了试配强度，配合比编号2的混凝土28天强度为38.0MPa，稍稍低于试配强度（38.225MPa）。因此，既要设计强度的要求，又要节省水泥用量、节约生产成本的目的，

36、可以选用编号2配比的配合比作为基准配合比。即水泥428kg，砂650kg，碎石1062kg，水202kg，减水率为16%的聚羧酸减水剂8.56kg。2.3 矿粉及粉煤灰混凝土的配合比设计在设计矿粉混凝土配合比时一般用的都是等量取代法，而设计粉煤灰混凝土配合比有的是采用等量取代法，有的是采用超量取代法。（1）超量取代法:即用来取代混凝土中水泥的掺合料用量，要大于所取代的水泥用量。在设计粉煤灰混凝土配合比实验时，大多数人都会选择超量取代法。超量取代法即可以把大于水泥用量的那部分当作细集料来使用，而且它也不会因为水泥用量的减少就降低粉煤灰混凝土的强度，至少不会比基准混凝土的强度低。毫无疑问，粉煤灰的

37、细度是比砂的粒径要小的，而粉煤灰的掺入可以使得颗粒之间有着更好的级配，从而使得混凝土的工作性也得到了改善。由于粉煤灰颗粒具备增强效应，可以提高混凝土的早期强度，所以超量取代水泥还可以改善和提高混凝土早期强度较弱的缺点13。综上所述，超量取代不仅可以改善和提高混凝土的早期强度，而且还能改善混凝土拌合物的工作性，使得粉煤灰混凝土在施工时易于泵送，且降低了施工成本。（2）等量取代法:用相等量的粉煤灰或者矿粉取代等量的水泥与各种原材料拌合制备混凝土。用等量的粉煤灰来取代等量的水泥肯定会减少水泥的用量，使得水灰比增大。而水灰比越小，混凝土强度就越大，所以等量取代水泥肯定会降低混凝土的前期强度。但其后期强

38、度会随着粉煤灰活性的增加而逐渐地增强，它的28天强度不会低于基准混凝土的同期强度，而后期强度则会大于基准混凝土的后期强度。若是采用等量取代法来设计粉煤灰混凝土配合比，大多数都会选择I级粉煤灰。矿粉和粉煤灰双掺混凝土时，一般都会采用粉煤灰等量取代来设计矿粉及粉煤灰混凝土配合比14。本论文采用等量取代法来设计矿粉及粉煤灰混凝土配合比，采用胶凝材料总质量428kg不变，矿粉、粉煤灰最大的取代量为192kg（占水泥总质量的45%），粉煤灰、矿粉、水泥以48kg为单位相互增减，其他的原材料质量不变的方法进行配合比设计。配合比具体的情况如下。表6 单掺矿粉时的配合比编号水泥（kg）粉煤灰（kg）矿粉（kg

39、）水(kg)砂(kg)石子(kg)砂率(%)减水剂（kg）F0K042800202650106238%8.56F0K4380048202650106238%8.56F0K8332096202650106238%8.56F0K122840144202650106238%8.56F0K162360192202650106238%8.56表7 粉煤灰用量48kg时矿粉用量相应增加的配合比编号水泥（kg）粉煤灰（kg）矿粉（kg）水 （kg）砂 （kg）石子（kg）砂率（%）减水剂（kg）F4K0380480202650106238%8.56F4K43324848202650106238%8.56F4

40、K82844896202650106238%8.56F4K1223648144202650106238%8.56表8 粉煤灰用量96kg时矿粉用量相应增加的配合比编号水泥（kg）粉煤灰（kg）矿粉（kg）水 （kg）砂 （kg）石子（kg）砂率（%）减水剂（kg）F8K0332960202650106238%8.56F8K42849648202650106238%8.56F8K82369696202650106238%8.56表9 粉煤灰用量144kg时矿粉用量相应增加的配合比编号水泥（kg）粉煤灰（kg）矿粉（kg）水（kg)砂 （kg）石子（kg）砂率（%)减水剂（kg）F12K02841

41、440202650106238%8.56F12K423614448202650106238%8.56表10 粉煤灰用量192kg时矿粉用量0kg的配合比编号水泥（kg）粉煤灰（kg）矿粉（kg）水 （kg）砂 （kg）石子（kg)砂率（%）减水剂（kg）F16K02361920202650106238%8.56 3 矿粉及粉煤灰混凝土性能研究 对各组配合比的7d、28d强度以及各项混凝土性能进行试验分析如下：表11 单掺矿粉时配合比的试验数据编号坍落度(mm)扩展度（mm）拌合物性能7天强度（MPA）28天强度（MPA）抗渗等级（P8）P(300次循环)F0K0175430良好26.538.9

42、合格75F0K4174445良好26.838.5合格75F0K8180460良好27.438.0合格76F0K12185489良好27.537.4合格76F0K16195510离析25.532.4合格70表12 粉煤灰掺量48kg时配合比的试验数据编号坍落度(mm)扩展度（mm）拌合物性能7天强度（MPA）28天强度（MPA）抗渗等级（P8）P(300次循环)F4K0185440良好24.636.6合格74F4K4180455良好25.637.8合格76F4K8190487良好26.938.9合格76F4K12200520离析23.532.5合格65表13 粉煤灰掺量96kg时配合比的试验数据

43、编号坍落度(mm)扩展度（mm）拌合物性能7天强度（MPA）28天强度（MPA）抗渗等级（P8）P(300次循环)F8K0187463良好22.334.2合格72F8K4193476良好25.838.6合格76F8K12192488良好25.437.5合格75表14 粉煤灰掺量144kg时配合比的试验数据编号坍落度(mm)扩展度（mm）拌合物性能7天强度（MPA）28天强度(MPA)抗渗等级（P8）P(300次循环)F12K0196489良好21.332.6合格72F12K4205523离析23.531.5合格65表15 粉煤灰掺量192kg时配合比的试验数据编号坍落度(mm)扩展度（mm）拌

44、合物性能7天强度(MPA)28天强度(MPA)抗渗等级（P8）P(300次循环)F16K0210532离析19.729.6合格643.1 粉煤灰矿粉混凝土强度分析 对各组配合比的7d、28d强度进行分析。(1)单掺矿粉时，混凝土的强度变化曲线如下图1。图1 单掺矿粉(备注：文章中所有图表一律使用黑色线条，不允许使用彩色线条,此范文使用的是彩色线条，应进行改正） 由图1可知，单掺矿粉时：随着矿粉掺量的增加，混凝土的7d强度从低于基准混凝土的7d强度缓慢增大到大于基准混凝土的7d强度,当矿粉掺量增加到33.6%（即144kg）之后，混凝土的7d强度出现明显的降低趋势；而混凝土的28d强度则会随着矿

45、粉掺量的增加从大于基准混凝土的28d强度缓慢的降低到低于基准混凝土的28d强度，当矿粉掺量超过33.6%时，28d强度开始明显的下降。(2) 单掺粉煤灰时，混凝土的强度变化曲线如下图2。图2 单掺粉煤灰 由图2可知，单掺粉煤灰时：随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的7d强度和28d强度都会出现明显的降低趋势，且都会低于基准混凝土的同期强度。不同的是当粉煤灰掺量为0时，7d强度要小于基准混凝土的7d强度，而28d强度则要稍稍大于基准混凝土的28d强度。由（1）（2）可知：矿粉对混凝土的早期强度影响要明显优于粉煤灰的影响，所以在混凝土中加入适量的矿粉可以有效地提高混凝土的早期强度，改善混凝土的性能14。

46、（3）粉煤灰掺量为11.2%时，随着矿粉掺量的增加混凝土的强度变化曲线如下图3。图3 粉煤灰掺量11.2%（48kg） 由图3可知，当粉煤灰掺量为11.2%时：随着矿粉掺量的增加，混凝土的7d强度和28d强度会逐渐地增大，但低于基准混凝土的同期强度；当矿粉的掺量为22.4%时，混凝土的7d强度稍稍低于基准混凝土的同期强度值，但随着龄期的增加，混凝土的强度会明显高于基准混凝土的同期强度值；当矿粉掺量高于22.4%时，混凝土的7d、28d强度会急剧下降，明显地低于基准混凝土的同期强度。（4）粉煤灰掺量为22.4%时，随着矿粉掺量的增加混凝土的强度变化曲线如下图4。由图4可知，当粉煤灰掺量为22.4

47、%时：随着矿粉掺量的增长，混凝土的7d强度会逐渐地增大，但是7d强度要远低于基准混凝土的同期强度；混凝土的28d强度也会逐渐地增大，其强度值也是低于基准混凝土的28d强度，当矿粉掺量为11.2%时，其28d强度会超过基准强度的强度值，但是当掺量大于11.2%时，28d强度会逐渐地减小，甚至少于基准混凝土的28d强度值。图4 粉煤灰掺量22.4%（96kg）（5） 粉煤灰掺量为33.6%时，随者矿粉掺量的增加混凝土的强度变化曲线如下图5图5 粉煤灰掺量33.6%（144kg） 由图5可知，当粉煤灰掺量为33.6%时：随着矿粉掺量的增大，混凝土的7d强度会逐渐地增长，而混凝土的28d强度却是逐渐地

48、减小，但都要低于基准混凝土的同期强度。 （6）粉煤灰掺量为45%（即162kg）时，由图2单掺粉煤灰可以看出混凝土的7d强度和28d强度要远远低于基准混凝土的同期强度。粉煤灰、矿粉双掺混凝土时，由图1图5分析可知：当混凝土中只掺入一种掺合料时，单掺粉煤灰混凝土的前期强度要低于单掺矿粉混凝土的前期强度；当混凝土中同时掺入了粉煤灰和矿粉时，若矿粉的掺量要大于粉煤灰的掺量，则矿粉及粉煤灰混凝土的前期强度会低于基准混凝土的前期强度。尤其是当矿粉、粉煤粉总掺量超过33.6%（144kg）或者粉煤灰掺量超过33.6%（144kg）时，矿粉及粉煤灰的前期强度会明显的低于基准混凝土的前期强度。矿粉和粉煤灰双掺

49、混凝土时，其后期强度会随着总掺量的增加而逐渐地提高。当矿粉和粉煤灰的总掺量增加到接近于33.6%（144kg）时，其后期强度会从低于基准混凝土的后期强度缓慢增大到等于基准混凝土后期强度。而当双掺的总掺量为33.6%时（粉煤灰48kg、矿粉96kg），矿粉及粉煤灰混凝土的后期强度提高的尤为明显，其28d强度值为38.9MPa。但是当矿粉和粉煤灰双掺混凝土的总掺量超过45%（192kg）时，其后期强度会出现明显的下降。 双掺混凝土力学性能提高的原因：由于粉煤灰的火山灰效应比水泥的水化反应相对来说，比较延迟。所以在粉煤灰混凝土的前期时，混凝土中火山灰颗粒之间可能不会具备太强的粘结力，从而使得混凝土的

50、前期强度较低15。而同时在混凝土中双掺矿粉和粉煤灰时，由于矿粉颗粒的掺入，会降低粉煤灰颗粒彼此间的空隙率，且矿粉颗粒的早期火山灰效应可以弥补粉煤灰火山灰效应在前期基本无活性的状态。从而提高矿粉及粉煤灰混凝土的前期强度，使之不低于基准混凝土的前期强度。3.2 粉煤灰矿粉混凝土工作性分析由表1115可知，其中设计矿粉及粉煤灰混凝土配合比编号为F0K4的坍落度为最低值（174mm）都要大于坍落度设计要求的最低值（160mm），所以不管矿粉、粉煤灰双掺混凝土掺量是多少，都会有着良好的工作性，且扩展度、拌合物性能良好。当矿粉、粉煤灰任意一种掺合料单掺时掺量超过33.6%（144kg），或者矿粉和粉煤灰总

51、的掺合料量超过了45%（192kg），混凝土拌合物的和易性会变差，出现离析甚至泌水的现象。工作性机理分析：随着粉煤灰、矿粉双掺混凝土掺量的增加，混凝土的坍落度损失会逐渐地降低。矿粉、粉煤灰的颗粒越小，比表面积就较大，吸附水能力就越强，从而使得自由水分蒸发的速度降低。所以粉煤灰、矿粉掺量越大，矿粉及粉煤灰混凝土的坍落度损失就会越小。同时，由于水泥颗粒的视密度比矿粉颗粒、粉煤灰颗粒的视密度都要大，又矿粉、粉煤灰都是等量取代水泥。所以会使得混凝土拌合物的细集料体积较之前未掺入掺合料要多，从而组成的浆体体积也会较多，使得混凝土的和易性良好。另一方面，矿物掺合料颗粒与水泥颗粒之间彼此填充，从而发挥微集料

52、效应，降低颗粒间的空隙率，降低内部需水量，使得拌合物自由水量增加，混凝土的工作性提高。总之，粉煤灰和矿粉双掺混凝土：单一掺量少于33.6%、总掺量为胶凝材料的33.6%时，矿粉及粉煤灰混凝土拌合物的和易性、工作性会达到最佳状态。3.3 粉煤灰矿粉对混凝土耐久性的影响由表1115可知：a. 从矿粉及粉煤灰混凝土的抗渗结果可以看出：不管是矿粉或粉煤灰单掺混凝土，还是矿粉和粉煤灰双掺混凝土，混凝土的抗渗性都能合格，其中是双掺混凝土的抗渗效果更加明显。这是因为粉煤灰和矿粉的“火山灰效应”改善了混凝土的微观结构，减小了水泥浆体的空隙率，提高了混凝土的密实度，加强了骨料界面间的粘结力，从而提高了混凝土的抗渗能力。混凝土中掺入粉煤灰和矿粉可以减小大孔径的尺寸、改善孔结构、增大密实度从而发挥粉煤灰和矿粉的“微集料效应”，使得矿粉及粉煤灰混凝土的抗渗性性能达标。b. 从矿粉及粉煤灰混凝土的抗冻性能可以看出：单掺掺合料时，矿粉掺入会提高混凝土的抗冻性能，而粉煤灰掺入却会降低混凝土的抗冻性能。但是当单掺矿粉的掺量超过33.6%（即144kg）时，会开始逐渐地降低混凝土的抗冻性能。而矿粉、粉煤灰双掺混凝土时，混凝土的抗冻性能会随着总掺量的增加而缓慢地增长。但是矿粉和粉煤灰的总掺量超过45%（即192kg）后，其抗冻性会开始明显的降低。矿粉及粉煤灰混凝土的抗冻性性能提高是因为