矿粉和粉煤灰的掺量

合集下载

矿粉分级以及性能介绍

矿粉⏹⏹从1969年起，英国、德国等发达国家就开始了超细矿渣粉在混凝土中作为矿物掺合料的应用。

自上世纪90年代起，我国开始了超细矿渣粉的应用研究工作。

2000年，国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046—2000正式颁布。

2002年，国家标准《高强、高性能混凝土用矿物外加剂》颁布实施。

在该标准中，正式将超细矿渣粉命名为“矿物掺合料”，纳入混凝土第六组分。

从此，超细矿渣粉作为一个独立的新产品横空出世，并立即被广泛地接受和应用。

1.矿粉的概念⏹磨细矿粉即磨细水淬高炉矿渣粉，又称矿渣微粉，其英文缩写为GGBS 或GGBFS⏹磨细矿粉是以高炉水淬矿渣为主要原料经干燥、粉磨处理而制成的超细粉末材料；是制备高性能水泥和混凝土的优质混合材。

2.矿粉的技术指标⏹矿粉的活性指数是采用标准试验测试确定的，简单的说：矿粉替代50%水泥，拌合制作标准砂浆试件，然后测试砂浆28天强度。

含矿粉砂浆强度与不含矿粉基准砂浆强度比，就是矿粉的活性指数。

⏹常用的S95是一个矿粉等级。

其中…S‟表示矿粉，来源于英文SLAG（矿渣）。

…95‟表示活性指数不小于95%。

⏹标准：S105/95/75，7天活性指数：不小于95、75、55，28天活性指数：不小于105、95、75⏹流动度比：小于85、90、95⏹密度。

2.8g/cm3，比表面积：不小于350m2/kg2.矿粉的技术指标⏹粒化高炉矿渣的质量可用质量系数K得大小来表示：⏹K=（CaO + Al2O3 + MgO）/（SiO2 + MnO + Ti O 2）⏹式中CaO 、Al2O3 、MgO、SiO2 、MnO 、Ti O 2为相应氧化物的重量百分数。

⏹质量系数反应了矿渣中活性组分与低活性和非活性组分之间比值。

质量系数越大，则矿渣的活性越好。

3.矿粉和粉煤灰的区别⏹（1）两者来源不同：粉煤灰来源于热电厂排放的烟气经收尘处理后收集得到的飞灰；而磨细矿粉则是由炼铁高炉排出的熔融态矿渣经水淬（粒化）后再进行干燥、磨细加工而得到的超细粉末。

C30配合比计算案例(C30混凝土配合比设计计算书)

一、设计依据普通混凝土配合比设计规程《JGJ55-2011》二、设计目的和要求（1）设计坍落度180±20mm;（2）混凝土设计强度为30MPa°三、材料（1）水泥：P.042.5,28d胶砂抗压强度48.6MPa,安定性合格；（2）砂：II区中砂，细度模数2.6；（3）碎石：最大粒径25mm,连续级配；（4）外加剂：聚竣酸高性能减水剂，固含量12%,掺量1.8%,减水率25%；（5）粉煤灰：F-H级粉煤灰，细度18.3%,需水量比99%；（6）粒化高炉矿渣粉：S95级，流动度比98%,28d活性指数101%；（7）拌和水：饮用水。

四、配合比设计计算（一）计算配制强度（fbu,O）由于缺乏强度标准差统计资料，因此根据《规程》表4.0.2选择强度标准差O为5.0MPa o表4.0.2C25-C45C5O-C55Σ 4.0 5.0 6.0根据公式fcu,02fcu,k+1.645B式中：fcu,0——混凝土试配强度（MPa）fcu,k ----- 设计强度（MPa）6 ----- 标准差，取5试配强度：fcu,0=fcu,k+l∙645σ230+1.645X5238.2（MPa）（二）混凝土水胶比（W/B）（1）确定矿物掺合料掺量应根据《规程》中表3.0.5-1的规定，并考虑混凝土原材料、应用部位和施工工艺等因素来确定矿物掺合料掺量。

表最大掺量（%）采用硅酸盐水泥采用普通硅酸盐水泥≤0.404535粉煤灰>0.404030粒化高炉矿渣≤0.406555粉>0.405545钢渣粉—3020磷渣粉—3020硅灰—1010≤0.406555复合掺合料>0.405545注：1采用其它通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计入矿物掺合料；2复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量；3在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量应符合表中复合掺合料的规定。

保温砂浆强度与容重随粉煤灰和矿粉掺量变化的研究

我们也知道，质粉煤灰有明显的碱水作用，显著改优能
２实验方法
２１配合比的确定．
采用水胶比为１２胶材用量为５０ｋ／：、０ｇｍ。的泡
善砂浆的和易性；掺人矿粉代替水泥，能降低水泥既
容重．但矿粉易产生泌水，其与粉煤灰共同掺人，将能改善泌水现象，增加浆体的粘聚性．本文通过实验建
立强度与容重的关系，找出最合适的保温砂浆配比．寻
先将准确称量的各种粉状有机物与水泥、沫球泡混合均匀，后参照ＧＢＴ１６１１９（泥胶砂强然／７７ — ９９水（
增长，在矿粉掺量为１、煤灰掺量为２％时，温砂浆强度相对较高，重相对较低，即是要找的平衡砂浆强度但Ｏ粉Ｏ保容这
与容重矛盾的最优掺量．关键词：保温砂浆；粉；煤灰；度；重矿粉强容文献标识码：ＡＤＯＩ１．９９ｊｉｓ．６１９６２１．１０１：０３６／．ｓｎ１７ —６０．０００．０
中图分类号：ＴＵ５８２
商品砂浆因其具有许多独特的优点，年来在我近国得到了迅速发展．保温砂浆是商品砂浆的一个重要类型．随着建筑节能要求的不断提高，温砂浆近年保

粉煤灰、矿粉、减水剂的作用

大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析2010-4-8 15:8【大中小】【打印】【我要纠错】1.粉煤灰的主要作用粉煤灰在混凝土中的主要作用表现在以下几个方面：（1）填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重（表观密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好（质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。

（2）对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。

当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，是水泥水化更充分。

（3）粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物（与水泥中硅酸盐的水化产物相同），而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显著作用。

（4）粉煤灰延缓了水化速度，减小混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。

（5）粉煤灰高性能混凝土的性能粉煤灰是一种呈玻璃态实心或空心的球状微颗粒，比水泥粒子小得多，比表面积极大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化铝。

掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响：1.活性效应：在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。

随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3与水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。

粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会象树根一样伸入颗粒空隙中，填充空隙，破坏界面区Ca（OH）2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。

2.微集料密实填充及颗粒形态效应：均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水，不但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝土微结构更加均匀密实。

而且，不会发生泌水离析现象，可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性好。

C30混凝土配合比计算过程

C30混凝土配合比计算过程一、设计依据1、普通混凝土配合比设计规程《JGJ55-2011》。

2、施工图纸等相关标准。

二、设计目的和要求1、设计坍落度180±20mm。

2、混凝土设计强度为30MPa。

三、组成材料1、水泥：P.042.5，28d抗压强度47MPa。

2、砂：II区中砂，细度模数2.7。

3、碎石：5～25mm合成级配碎石（5～10mm；10～25mm=30%:70%）。

4、外加剂：聚羧酸高性能减水剂，掺量1.8%，减水率25%。

5、粉煤灰：F-II级粉煤灰。

6、粒化高炉矿渣粉：S95级。

7、拌和水：饮用水。

四、配合比设计计算1、计算配制强度(fcu,0)根据公式 fcu,0 ≥ fcu,k+1.645δ式中：fcu,0——混凝土试配强度（MPa）fcu,k——设计强度（MPa）δ——标准差，取5试配强度 fcu,0 = fcu,k+1.645σ = 30+1.645×5 = 38.2(MPa)2、混凝土水胶比（W/B）W/B = ɑa×fb/(fcu,0+ɑa×ɑb×fb)式中：ɑa，ɑb——回归系数，分别取0.53，0.20，fb——胶凝材料强度。

已知，水泥28d胶砂抗压强度为47.0MPa,【方案一】：粉煤灰掺量为30%，影响系数取0.75，则胶凝材料强度为：47.0×0.75＝35.3MPa；【方案二】：矿粉、粉煤灰双掺，各掺20%，影响系数：粉煤灰取0.8矿粉取0.98。

则胶凝材料强度为：47.0×0.8×0.98＝36.8MPa；由水胶比公式求得：方案一：W/B＝0.53×35.3/（38.2＋0.53×0.20×35.3）＝0.45。

方案二：W/B＝0.53×36.8/（38.2＋0.53×0.20×36.8）＝0.46。

3、确定用水量碎石最大粒径为25mm，坍落度75～90mm时，查表用水量取210kg，未掺外加剂、坍落度180mm时单位用水量为：（180－90）/20×5＋210＝232.5kg/m3。

不同标号混凝土水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石用量

不同标号混凝土水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石用量不同标号混凝土的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石用量会根据混凝土的强度等级和工程要求而有所不同。

一般情况下，混凝土的配合比可以参考以下比例：
- 水泥：根据混凝土的设计强度等级确定，一般情况下，每立方米混凝土需要200~450千克水泥。

- 粉煤灰：在一些强度等级要求不高的混凝土中，可以适量添加粉煤灰以减少水泥用量。

一般情况下，粉煤灰的使用量为水泥用量的15~30%。

- 矿粉：矿粉是一种细颗粒物料，可以替代部分水泥用量，提高混凝土的工作性能和抗裂性能。

根据具体工程要求，矿粉的使用量一般为水泥用量的5~20%。

- 砂：砂是混凝土中的骨料之一，用于填充水泥和矿粉之间的空隙。

根据混凝土的配合比，砂的使用量一般为水泥用量的2~2.5倍。

- 石：石是混凝土中的骨料之一，用于提供混凝土的强度和承载力。

根据混凝土的配合比，砂的使用量一般为水泥用量的3~4倍。

需要注意的是，以上用量只是一个大致的范围，实际应根据具体的工程要求和实验试验结果进行调整，以达到设计要求。

另外，还要根据原材料的质量及供应情
况进行适当调整。

矿粉以及矿粉+粉煤灰对混凝土性能的影响

矿粉以及矿粉+粉煤灰对混凝土性能的影响1，矿粉比表面积在430～520m2/kg之间,掺量在30%～40%范围,增强效应表现得最为显著。

2，单掺矿粉会使混凝土的粘聚性提高,凝结时间有所延长,泌水量有增大的迹象,可能对混凝土泵送带来一定的不利影响。

3，矿粉和?级粉煤灰复配配制混凝土,可以充分发挥二者的“优势互补效应”,使混凝土的坍落度增加,和易性和粘聚性变好,泌水也得到了改善,同时混凝土成本可显著降低。

(2)矿粉以及矿粉+粉煤灰对混凝土耐久性的影响1)降低混凝土水化热。

对要求严格控温的大体积混凝土，矿粉和粉煤灰复配是理想的矿物掺合料组合，降低了混凝土的水化热，可以有效地减少混凝土早期温缩裂缝的出现。

2)大幅度提高了混凝土抗渗性能。

3)保证了抗碳化能力。

在达到相同强度的条件下掺矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土具有相同的抗碳化能力。

4)保证了抗冻融能力。

矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土在强度和含气量相同的条件下抗冻融能力基本相同;适当掺加引气剂，适当的含气量和间距系数对提高混凝土的抗冻融能力十分必要。

5)混凝土收缩。

考虑前3d的自收缩，无论是配制c30混凝土，还是配制c50混凝土，采用单掺矿粉，与基准混凝土相比，收缩值均无明显变化。

6)混凝土抗裂性能。

矿粉与粉煤灰复掺改善抗裂性效果优于矿粉单掺。

混凝土早期强度对混凝土早期抗裂性有重要影响，混凝土24h强度越高，混凝土早期越易开裂。

混凝土早期抗裂性与早期强度之间可能存在一个临界值，小于该强度值，混凝土不易开裂，大于该强度值，混凝土容易开裂。

该值与环境条件及约束状态有关。

粉煤灰、矿渣粉及二者复合使用存在的问题尽管粉煤灰与矿渣粉复合使用能够优势互补,但不是随便复合就能够达到应有的目的。

为了更好地发挥二者各自的优势,应选择合适的复合方式和复合比例。

本人根据以往的使用经验认为:最佳方案是?级粉煤灰与比表面积400m2/kg以上的矿渣粉复合,配制低强度等级混凝土时矿渣粉的量大于粉煤灰的量,配制高强度等级混凝土时粉煤灰的量大于矿渣粉的量;其次是?级粉煤灰与350～400m2/kg矿渣粉复合,配制低强度等级混凝土时粉煤灰的量大于矿渣粉的量;配制高强度等级混凝土时矿渣粉的量大于粉煤灰的量;最后是?级粉煤灰与比表面积350～400m2/kg的矿渣粉复合或?级粉煤灰与400m2/kg以上的矿渣粉复合,前者比较适合配制高强度等级混凝土,后者比较适合配制低强度等级混凝土。

粉煤灰在混凝土中的适宜掺量

粉煤灰在混凝土中的适宜掺量1.4.1粉煤灰适宜掺量（1）在低水胶比条件下，水泥水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土的水灰比增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大。

愈加明显。

例如：原水泥用量300kg/m3，用水量180kg/m3，水灰比为0.6；掺加30%粉煤灰后为：水泥210kg/m3，粉煤灰90kg/m3，水如果仍然为180kg/m3，这时由于粉煤灰水化缓慢，待水泥水化析出Ca(OH)2后才能二次水化，这时水泥为210kg/m3，水仍为180kg/m3，即水灰比增大为0.857，水泥水化程度提高了。

（2）粉煤灰掺量大30%~45%后，混凝土数小时坍落度几乎无损失，长途运输仍能达到自密实的效果，达到用水量降低，水胶比减小，泌水率减小，密实度提高，生产出高抗渗、耐久性有两的混凝土。

（3）P.O32.5级水泥可掺到35%,P.O42.5级水泥可掺到45%左右，粉煤灰取代水泥率一般在15%~35%为宜，普通混凝土取代率最大界限为P•Ⅰ、P•Ⅱ水泥取代率为30%~50%，P•O水泥取代率为25%~40%，P•S水泥取代率为15%~20%。

预应力混凝土P•Ⅰ、P•Ⅱ水泥取代率不大于25%，P•O水泥取代率不大于15%，P•S水泥取代率不大于10%。

增钙粉煤灰取代水泥可在30%~50%或更多，中、低等级混凝土可取代更多的水泥，例如C30混凝土，水泥用量为150~240kg/m3，如果粉煤灰和矿粉复掺，水泥的用量会更低。

（4）粉煤灰化学活性相对较低，对混凝土早期强度影响较大，尤其在掺量较高的情况下，影响更大。

为了弥补此缺陷，在加入粉煤灰的同时，再掺入活性较高的磨细矿渣粉，可提高其火山灰效应，增加体系中微粒之间的化学交互、诱导和激发作用，又提提高了分体的化学活性，两种掺合料复合后，可使其取长补短，在混凝土强度发展上有一定的作用，产生单一材料不可能有的优良效果，发挥更大优势，弥补单掺粉煤灰混凝土早期强度低的缺点。

矿粉粉煤灰掺量影响系数表

矿粉粉煤灰掺量影响系数表矿粉粉煤灰是一种常用的混凝土掺合料，其掺量对混凝土性能有着显著的影响。

为了研究矿粉粉煤灰掺量对混凝土的影响，进行了一系列的试验，并总结出了矿粉粉煤灰掺量影响系数表。

本文将介绍这个影响系数表的内容，并分析其中的一些关键信息。

矿粉粉煤灰掺量影响系数表主要包含了矿粉粉煤灰掺量与混凝土性能之间的关系。

表中列出了不同矿粉粉煤灰掺量下混凝土的强度、抗渗性、耐久性等指标的变化情况。

我们来看矿粉粉煤灰掺量对混凝土强度的影响。

根据影响系数表可以看出，随着矿粉粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗压强度逐渐提高。

这是因为矿粉粉煤灰中的细颗粒能填充混凝土中的孔隙，增加了混凝土的致密性，从而提高了混凝土的强度。

然而，当矿粉粉煤灰掺量超过一定范围后，混凝土强度的提高趋势会逐渐减缓，甚至出现下降。

这是因为过高的矿粉粉煤灰掺量会导致混凝土的骨料相对减少，影响了混凝土的力学性能。

除了强度，矿粉粉煤灰掺量还对混凝土的抗渗性能有一定影响。

影响系数表显示，随着矿粉粉煤灰掺量的增加，混凝土的渗透系数逐渐降低。

这是因为矿粉粉煤灰中的细颗粒能够填充混凝土中的微孔和毛细孔，减少了混凝土的渗透性。

然而，当矿粉粉煤灰掺量过高时，混凝土的抗渗性能会受到一定的影响。

这是因为过高的矿粉粉煤灰掺量会增加混凝土的孔隙率，降低混凝土的渗透抵抗能力。

矿粉粉煤灰掺量还会对混凝土的耐久性能产生一定影响。

影响系数表显示，适量的矿粉粉煤灰掺量能够提高混凝土的耐久性，如抗硫酸盐侵蚀性能和抗氯离子渗透性能等。

这是因为矿粉粉煤灰中的活性成分可以与混凝土中的游离钙离子反应，生成稳定的胶凝物质，提高混凝土的耐久性。

然而，当矿粉粉煤灰掺量过高时，混凝土的耐久性能可能会下降。

这是因为过高的矿粉粉煤灰掺量会增加混凝土中的孔隙率，降低混凝土的耐久性。

矿粉粉煤灰掺量影响系数表为我们提供了一个参考，帮助我们选择适当的矿粉粉煤灰掺量来改善混凝土性能。

在选用矿粉粉煤灰时，需要根据具体工程的要求和矿粉粉煤灰的性质来确定最佳掺量。

C30混凝土配合比计算、强度详解

【干货推送】C30混凝土配合比计算、强度详解，历年都会考一、设计依据1、普通混凝土配合比设计规程《JGJ55-2011》2、施工图纸等相关标准二、设计目的和要求1、设计坍落度180±20mm；2、混凝土设计强度为30MPa。

三、组成材料1、水泥：P.042.5，28d抗压强度47MPa；2、砂：II区中砂，细度模数2.7；3、碎石：5～25mm合成级配碎石（5～10mm；10～25mm=30%:70%）；4、外加剂：聚羧酸高性能减水剂，掺量1.8%，减水率25%；5、粉煤灰：F-II级粉煤灰；6、粒化高炉矿渣粉：S95级；7、拌和水：饮用水。

四、配合比设计计算1、计算配制强度(fcu,0)根据公式fcu,0≥fcu,k+1.645δ式中：fcu,0——混凝土试配强度（MPa）fcu,k——设计强度（MPa）δ——标准差，取5试配强度fcu,0= fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2(MPa)2、混凝土水胶比（W/B）W/B=ɑa×fb/(fcu,0+ɑa×ɑb×fb)式中：ɑa，ɑb——回归系数，分别取0.53，0.20，fb——胶凝材料强度。

已知，水泥28d胶砂抗压强度为47.0MPa,方案一：粉煤灰掺量为30%，影响系数取0.75，则胶凝材料强度为：47.0×0.75＝35.3MPa；方案二：矿粉、粉煤灰双掺，各掺20%，影响系数：粉煤灰取0.8矿粉取0.98。

则胶凝材料强度为：47.0×0.8×0.98＝36.8MPa；由水胶比公式求得：方案一：W/B＝0.53×35.3/（38.2＋0.53×0.20×35.3）＝0.45。

方案二：W/B＝0.53×36.8/（38.2＋0.53×0.20×36.8）＝0.46。

3、确定用水量碎石最大粒径为25mm，坍落度75～90mm时，查表用水量取210kg，未掺外加剂、坍落度180mm时单位用水量为：（180－90）/20×5＋210＝232.5kg/m3。

粉煤灰、矿粉、减水剂的作用

大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析1.粉煤灰的主要作用粉煤灰在混凝土中的主要作用表现在以下几个方面：（1）填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重（表观密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好（质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。

（2）对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。

当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，是水泥水化更充分。

（4）粉煤灰延缓了水化速度，减小混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。

随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3与水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。

而且，不会发生泌水离析现象，可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性好。

3.交互作用：水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的交互作用。

碱激发矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物水化行为和力学性能

第42卷第6期2023年6月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.42㊀No.6June,2023碱激发矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物水化行为和力学性能刘㊀刚1,2,丁明巍1,2,刘金军2,万惠文1,薛永杰1,蹇守卫1,2(1.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉㊀430070;2.武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉㊀430070)摘要:通过改变矿粉㊁粉煤灰㊁偏高岭土的配合比,用复配后的水玻璃进行碱激发,制备三元地聚物,测试了三元地聚物凝结时间以及抗折㊁抗压强度㊂利用XRD㊁SEM㊁EDS及DTG研究硬化浆体中水化产物的形貌和成分,并对水化过程进行分析㊂结果表明,该三元地聚物是由原材料在碱激发水化作用下生成的以水化硅酸钙(C-S-H)㊁水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶为主的复合胶凝材料㊂矿粉掺量越高,新拌浆体凝结时间越短,水化产物中钙系凝胶越多,试件强度越高㊂矿粉含量为10%㊁30%㊁50%㊁70%㊁90%(质量分数)的5组试件3d抗压强度分别为2.1㊁14.1㊁24.2㊁29.7㊁37.9MPa㊂养护龄期越长,反应越完全,水化产物越多,试件抗压强度越高㊂当矿粉含量为50%时,三元地聚物1㊁3㊁7㊁28d抗压强度分别为12.3㊁24.2㊁27.3㊁36.8MPa㊂当矿粉含量为90%㊁养护龄期为28d时,试件抗折㊁抗压强度最高,分别为12.0㊁52.0MPa㊂该体系较短的凝结时间使其在道路修补材料及3D打印等领域有着较为广阔的应用前景㊂关键词:矿粉;粉煤灰;地聚物;强度;微观形貌;水化过程中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)06-2106-09 Hydration Behavior and Mechanical Properties ofAlkaline Excited Slag-Fly Ash-Metakaolin GeopolymerLIU Gang1,2,DING Mingwei1,2,LIU Jinjun2,WAN Huiwen1,XUE Yongjie1,JIAN Shouwei1,2(1.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures,Wuhan University of Technology,Wuhan430070,China;2.School of Materials Science and Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan430070,China) Abstract:By changing the ratio of slag,fly ash and metakaolin,the ternary geopolymer was prepared by alkali excitation with the compound sodium silicate.The setting time,flexural and compressive strength of ternary geopolymer were tested. XRD,SEM,EDS and DTG were used to study the morphology and composition of hydration products in the hardened paste,and the hydration process was analyzed.The results show that the ternary geopolymer is composed of calcium silicate hydrate(C-S-H),calcium aluminate silicate hydrate(C-A-S-H)and sodium aluminate silicate hydrate(N-A-S-H)gels. The higher the slag content is,the shorter the setting time of newly mixed slurry is,the more calcium gel in the hydration products is,and the higher the strength of specimen is.The3d compressive strength of5groups of specimens with slag content of10%,30%,50%,70%,90%(mass fraction)is2.1,14.1,24.2,29.7,37.9MPa,respectively.The longer the curing period is,the more complete the reaction is,the more hydration products are,and the higher the strength of specimen is.When the slag content is50%,the compressive strength of ternary geopolymer at1,3,7,28d is12.3, 24.2,27.3,36.8MPa,respectively.When the slag content is90%and the curing age is28d,the flexural and compressive strength of specimen are the highest,which are12.0,52.0MPa,respectively.The short setting time of the system makes it have a broad application prospect in the field of road repair materials and3D printing.Key words:slag;fly ash;geopolymer;strength;microstructure;hydration process收稿日期:2023-02-19;修订日期:2023-03-27基金项目:海南省科技计划三亚崖州湾科技城联合项目(520LH016);湖北省科学技术厅重点研发计划(2021BCA126)作者简介:刘㊀刚(1981 ),男,教授㊂主要从事道路新材料研发㊁固废循环利用方面的研究㊂E-mail:liug@㊀第6期刘㊀刚等:碱激发矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物水化行为和力学性能2107 0㊀引㊀言随着国家基础建设不断发展,如今水泥混凝土行业需要向绿色环保方向发展,解决由生产成本所带来的自然资源枯竭㊁能源消耗㊁温室气体排放等各种问题,以实现可循环发展目标[1]㊂相对于水泥基复合材料,完全由工业固废组成的复合材料更有望实现可持续发展,而地聚物被认为是替代水泥基复合材料的最佳选择㊂地聚物是一种由硅铝原料(如赤泥㊁粉煤灰㊁偏高岭土㊁炉渣㊁稻壳和玻璃废料)通过碱㊁酸或盐类激发而得的无机聚合物㊂与水泥相比,地聚物生产所需能耗更低,产生二氧化碳更少,并且可以减少自然资源的使用[2]㊂由于地聚物具有材料价格低廉㊁耐久性优异㊁机械性能好㊁耐酸性强㊁耐高温好等优点,近年来对于地聚物的研究越来越多㊂Barbhuiya等[3]发现由70%(质量分数)粉煤灰和30%(质量分数)偏高岭土组成的地聚物比仅由粉煤灰组成的地聚物具有更高的抗压强度,且增加碱激发剂的模数可以使粉煤灰反应更完全,地聚物微观结构孔隙更少㊂Kim等[4]探究了不同Si/Al摩尔比对粉煤灰地聚物强度的影响,发现了一种通过原料中无定形物质含量和碱激发剂掺量推导地聚物抗压强度发展趋势的方法㊂Yuan等[5]探究了3D打印矿粉-粉煤灰地聚物的影响因素,发现提高砂胶比㊁降低粉煤灰/矿粉比或使用低模数的碱激发剂均会降低地聚物的可挤出性和可建造性㊂Wan等[6]通过加入硅粉改变Si/Al摩尔比,探究了不同Si/Al摩尔比偏高岭土地聚物聚合过程中Al和Si的溶解速率,结果显示,溶解速率随着Si/Al摩尔比增加而增加,说明可溶性硅酸盐可以加速铝酸盐单体聚合,在Si/Al摩尔比为2ʒ1时,聚合速率达到最大㊂目前对二元地聚物体系研究较多,多为不同因素对地聚物力学性能影响的研究,以及地聚物其他基本性能的探究,但对多元地聚物体系的水化机理尚未厘清㊂所以本文结合矿粉-粉煤灰地聚物体系与粉煤灰-偏高岭土地聚物体系,以矿粉-粉煤灰-偏高岭土三元地聚物体系作为研究对象,通过矿粉水化提供早期强度,用粉煤灰来改善体系的流动度,利用偏高岭土的无钙特点来中和由矿粉钙含量过高导致的凝结时间过短和后期开裂问题㊂分析不同配合比及养护龄期对三元地聚物性能的影响,探究具有更高性能的地聚物的配合比,并结合微观形貌探究其水化过程,研究结果可为地聚物应用于3D打印或道路修补材料领域提供理论依据㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料原材料:S95级矿粉㊁偏高岭土粉㊁粉煤灰㊁氢氧化钠粉末(分析纯)㊁液体硅酸钠(模数为2.23)㊂矿粉㊁偏高岭土㊁粉煤灰均来自河南恒源新材料有限公司,其化学成分如表1所示㊂选用聚羧酸高效减水剂(SPC)㊁流变剂羟丙基甲基纤维素(HPMC)作为掺合料㊂水玻璃模数为1.5,由模数为2.23的硅酸钠溶液和氢氧化钠粉末配制而成㊂表1㊀原材料的化学成分Table1㊀Chemical composition of raw materialsMaterial Mass fraction/%SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO SO3TiO2Loss Slag32.915.4 37.010.50.1 0.8 Fly ash45.124.2 5.6 2.1 2.8 Metakaolin55.742.50.8 1.01.2㊀配合比设计通过调整矿粉㊁偏高岭土㊁粉煤灰的比例,加入SPC和HPMC,采用碱性激发剂激发并制备不同配合比的地聚物砂浆㊂地聚物砂浆配合比如表2所示㊂按表2所示配合比将各原材料混合均匀,然后将新拌浆体装入40mmˑ40mmˑ160mm的铸铁模具中,放入标准养护箱中养护24h后,取出模具并脱模,将成型的试件放入标准养护箱内继续养护至相应龄期,取1㊁3㊁7㊁28d龄期的试件进行力学性能测试㊂2108㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷表2㊀地聚物砂浆配合比Table 2㊀Mix proportion of geopolymer mortarGroup Slag mass fraction /%Fly ash-metakaolin (1ʒ1)mass fraction /%Alkali dosage (Na 2O mass fraction)/%Water-binder ratio Admixture mass fraction /%HPMC SPC Sand-binder ratio K1109040.336111K2307040.332111K3505040.332111K4703040.316111K5901040.3121111.3㊀测试方法按照‘建筑砂浆基本性能试验方法标准“(JGJ /T 70 2009),采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机进行搅拌,然后测试新拌浆体的凝结时间㊂按照‘水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)“(GB /T 17671 2021),采用万能压力试验机进行力学性能测试㊂采用X 射线衍射仪对样品进行物相分析,采用扫描电子显微镜观察样品微观形貌,采用能谱仪测定样品的元素及含量,使用热重分析仪进行热重测试㊂2㊀结果与讨论2.1㊀新拌浆体凝结时间图1㊀地聚物砂浆的凝结时间Fig.1㊀Setting time of geopolymer mortar 地聚物砂浆的凝结时间如图1所示,由图1可以清晰地看出,由K1至K5,随着矿粉含量提升,粉煤灰㊁偏高岭土掺量减少,地聚物砂浆的凝结时间呈下降趋势,分别为63㊁44㊁38㊁30㊁24min,这与其他学者[7]的研究结论一致㊂矿粉中的CaO 可以与拌合水反应放热,使反应环境温度升高,同时水量减少会引起环境碱度升高㊂艾纯志等[8]指出提高体系碱度和温度均会对碱激发胶凝材料的反应起到促进作用㊂王红等[9]指出掺入矿粉会使浆体流动性降低,掺入的粉煤灰含量大于矿粉含量时会使浆体流动性提高㊂而本文中,随着矿粉含量增加,粉煤灰含量降低,浆体流动度下降,凝结时间变短,与上述文献结果一致㊂K1~K4的凝结时间位于30~65min,适合应用于3D 打印或道路修补㊂由于K5的凝结时间较短,低于30min,在工程实际中应用难度较大㊂2.2㊀力学性能地聚物试件抗折㊁抗压强度与养护龄期之间的关系分别如图2㊁图3所示㊂图2㊀地聚物试件抗折强度与养护龄期的关系Fig.2㊀Relationship between flexural strength of geopolymer specimens and curingage 图3㊀地聚物试件抗压强度与养护龄期的关系Fig.3㊀Relationship between compressive strength of geopolymer specimens and curing age第6期刘㊀刚等:碱激发矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物水化行为和力学性能2109㊀由图2可知,5组不同配合比地聚物试件的抗折强度随养护龄期延长在整体上呈不断增大的趋势,不同配合比试件早期(1㊁3d)抗折强度增长较低,但后期抗折强度增长较高,K1~K5组试件28d 抗折强度相对于7d 分别增长了113.0%㊁75.2%㊁58.4%㊁47.8%㊁31.9%㊂这是由于粉煤灰和偏高岭土水化速度较慢[10],28d 时试件抗折强度达到最大,分别为3.3㊁8.3㊁10.8㊁11.8㊁12.0MPa㊂观察不同配合比试件抗折强度可知,地聚物试件的抗折强度随着矿粉含量的逐渐增加而增大㊂由图3可知,5组不同配合比地聚物试件的抗压强度随养护龄期延长在整体上呈不断增大的趋势,K1~K5组试件养护3d 时抗压强度分别为2.1㊁14.1㊁24.2㊁29.7㊁37.9MPa;28d 时抗压强度达到最大,分别为7.3㊁28.2㊁36.8㊁44.6㊁52.0MPa㊂K3组试件1㊁3㊁7㊁28d 抗压强度分别为12.3㊁24.2㊁27.3㊁36.8MPa㊂与矿粉-粉煤灰二元体系[7]和粉煤灰-偏高岭土二元体系[11]相比,本三元体系7d 抗压强度更高㊂这是由于:与矿粉-粉煤灰二元体系相比,本三元体系中偏高岭土对地聚物早期强度影响不大,但是可以填充孔隙以及延长凝结时间,改善矿粉速凝开裂导致强度锐减的情况;与粉煤灰-偏高岭土二元体系相比,本三元体系中矿粉水化速度更快,早期即可生成大量Ca 系凝胶,使试件强度快速提高[12]㊂在同一养护龄期内,随着矿粉含量逐渐增加,地聚物试件的抗压强度逐渐增大,且总体增长趋势较为平稳㊂K1组试件抗压强度总体都比较低,28d 抗压强度仅为7.3MPa,这是因为K1组试件矿粉掺量较低,而体系主要的Ca 源是由矿粉提供的,所以K1组试件Ca 含量低,生成的水化硅酸钙(C-S-H)㊁水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶少,不能提供足够强度㊂K2~K4组试件由于矿粉含量逐渐增加,Ca 含量逐渐增加,生成的C-S-H㊁C-A-S-H 凝胶逐渐增多,试件的抗压强度增大㊂2.3㊀物相组成分析图4为K3组地聚物样品在养护龄期为1㊁3㊁7和28d 时的XRD 谱㊂由图4可以看出,不同养护龄期的地聚物样品XRD 谱大致一样㊂地聚物样品在20ʎ~30ʎ处有一个较明显的弥散馒头状宽峰,据资料显示这些无定形馒头峰为生成的C-S-H㊁C-A-S-H 和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶的特征峰㊂随着养护龄期延长,衍射峰出现小角度偏移的现象,这表明碱激发地聚物反应程度在不断提高㊂这些无定形凝胶能够明显提高试件的抗折㊁抗压强度,表明地聚物体系中发生了较高程度的聚合反应[10],与抗折㊁抗压强度的测试结果相吻合㊂同时从图4中可以看出,K3组3㊁7d 样品XRD 谱中在55ʎ附近有一个明显的C-S-H 凝胶特征峰,但K3组28d 样品XRD 谱中该特征峰消失㊂这是由于矿粉活性高,水化速度快,在水化前中期大量矿粉与水玻璃发生碱激发反应,生成了大量C-S-H 和C-A-S-H 凝胶,在水化后期粉煤灰和偏高岭土开始水化,为地聚物体系中提供了大量Si 和Al,这些Al 在扩散作用下将水化产物C-S-H 凝胶中部分Si 置换出来,形成了C-A-S-H 凝胶㊂同时水玻璃中的Na 也可以与C-A-S-H 凝胶中的Ca 发生置换反应,生成N-A-S-H 凝胶㊂因此,K3组样品在55ʎ附近的C-S-H 凝胶特征峰随养护龄期延长逐渐降低,至28d 时该特征峰消失㊂图4㊀不同养护龄期K3组地聚物样品的XRD 谱Fig.4㊀XRD patterns of K3geopolymer samples at different curingages 图5㊀不同配合比地聚物样品养护7d 的XRD 谱Fig.5㊀XRD patterns of geopolymer samples with different mix proportion curing for 7d㊀㊀图5为不同配合比地聚物样品在7d 养护龄期下的XRD 谱㊂由图5可以看出,随着矿粉含量增多,粉煤灰和偏高岭土含量减少,样品中的Ca 含量上升,样品在29ʎ处的C-S-H 凝胶特征峰逐渐升高,逐渐增多的2110㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷C-S-H凝胶紧密堆积,填补了试件中的空隙和裂纹,使试件的有害孔体积下降,无害孔增多,试件孔结构情况改善,对地聚物砂浆试件的抗折㊁抗压强度起到正面影响,与强度测试结果相符合㊂同时,在各配合比下均没有新的晶体相生成,水化产物主要为无定形的C-S-H㊁C-A-S-H和N-A-S-H凝胶,说明改变配合比并不影响反应的整体路线㊂2.4㊀微观形貌分析养护龄期为3d时,不同配合比(K1~K5)地聚物样品的SEM照片如图6(a1)~(a5)所示㊂如图6(a1)所示,K1组样品3d的水化产物主要以团簇状的凝胶形式存在,可见未反应的粉煤灰颗粒与矿粉颗粒㊂K1组样品水化程度较低,结构松散,空隙㊁裂纹较多,导致其抗折㊁抗压强度较低㊂如图6(a2)所示,K2组样品3d的水化产物主要以无定形的凝胶形式存在㊂相比于K1组,其结构相对致密,抗折㊁抗压强度得到提升㊂如图6(a3)所示,K3组样品3d的水化产物主要以无定形的凝胶形式存在,将正在反应的粉煤灰颗粒紧密连接并逐渐包裹㊂区域1~3的元素占比如表3所示,区域1是粉煤灰水化形成的N-A-S-H凝胶,区域2是大量C-A-S-H㊁C-S-H凝胶和少量N-A-S-H凝胶相互交织混杂形成的无定形凝胶结构,区域3主要是团簇状N-A-S-H凝胶㊂这些凝胶填充了试样孔隙,将未反应原材料紧密相连,进一步提高了试件的抗折㊁抗压强度㊂如图6(a4)所示,K4组样品3d的水化产物主要以C-A-S-H㊁C-S-H和N-A-S-H交织的致密无定形凝胶以及大量团簇状N-A-S-H凝胶形式存在,N-A-S-H凝胶位于C-A-S-H㊁C-S-H和N-A-S-H交织的致密无定形㊂凝胶上,数量多,分布广㊂试件的抗折㊁抗压强度进一步提高第6期刘㊀刚等:碱激发矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物水化行为和力学性能2111㊀图6㊀养护3㊁7和28d 时地聚物样品的SEM 照片Fig.6㊀SEM images of geopolymer samples curing for 3,7and 28d ㊀㊀如图6(a 5)所示,K5组样品3d 的水化产物主要以片状以及无定形的凝胶形式存在㊂区域4~5的元素占比如表3所示,区域4的片状凝胶主要是由C-A-S-H 凝胶和少量N-A-S-H 凝胶构成,片状结构充当了骨架结构,使水化产物紧密堆积,形成致密三维结构,试件的抗折㊁抗压强度达到最大㊂区域5的无定形凝胶也是由C-A-S-H 和N-A-S-H 构成,但区域5的Na /Ca 比较区域4更高㊂表3㊀SEM 照片区域1至5中的元素占比Table 3㊀Element proportion in area 1to 5of SEM imagesElementAtom fraction /%Area 1Area 2Area 3Area 4Area 5O 63.0959.3863.3362.1571.45Na3.49 5.09 1.81 1.09 1.42Mg 0.280.670.170.330.58Al 11.297.9719.05 6.73 5.77Si 21.4616.8814.6727.9519.46Ca0.3910.020.98 1.75 1.31养护龄期为28d 时,不同配合比(K1~K5)地聚物样品的SEM 照片如图6(c 1)~(c 5)所示㊂观察SEM照片可以看出:K5组样品较前几组样品的粉煤灰颗粒数量大幅度下降,且基本被水化生成的凝胶所包裹;生2112㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷成的C-A-S-H㊁C-S-H 和N-A-S-H 凝胶数量更多,但凝胶形貌并非内部结构疏松的团簇状而是结构十分致密的形貌㊂随着矿粉含量增加,大部分原材料已经水化或正在水化中,填补了试件中的裂痕和孔隙,微观结构更致密,试件的抗折㊁抗压强度更高㊂对比3和28d 的SEM 照片发现,随着养护时间增加,原材料水化程度进一步提高,未反应的粉煤灰数量进一步减少,水化产物种类依旧是C-A-S-H㊁C-S-H 和N-A-S-H 凝胶,未出现新物相,但是致密程度均有提高,表面团簇状的无定形凝胶减少,取而代之的是均匀而致密的三维结构,试件总体抗折㊁抗压强度更高㊂分析比较不同龄期(3㊁7㊁28d)K3组样品的SEM 照片,如图6(a 3)㊁(b 1)㊁(c 3)所示,K3组样品7d 的水化产物主要以C-A-S-H㊁C-S-H 和N-A-S-H 交织的致密无定形凝胶以及大量团簇状N-A-S-H 凝胶形式存在㊂随着养护时间由3d 延长到7㊁28d,样品中生成的C-A-S-H㊁C-S-H 和N-A-S-H 凝胶数量逐渐增加,开始在原材料周围生成,随后逐渐反应将原材料包裹㊂粉煤灰等原材料反应程度更完全,样品裂纹更少,凝胶更致密㊂由以上分析可知:本文所用原材料中有大量Ca㊁Al㊁Si 的氧化物,在反应前期,由于水玻璃作为碱激发剂加入,为体系引入大量的OH -,原材料中的Si O 键和Al O 键发生断裂,[SiO 4]4-和[AlO 4]5-被大量溶出,形成了以Si O Si 和Si O Al 为主体的低聚物,[SiO 4]4-与矿粉中的Ca 2+结合生成C-S-H 凝胶㊂与此同时,原材料中Si㊁Al 的氧化物在碱激发剂提供的强碱环境下开始溶解,[SiO 4]4-和[AlO 4]5-四面体发生缩聚反应,生成以 Si O Al O 为骨架的三维网络结构的无机高分子地聚物,成型硬化后形成早期强度[13]㊂随着养护时间的增加,地聚物试件中Ca㊁Al㊁Si 的氧化物被充分溶解,随着解聚-缩聚反应的进行,试件内部生成了大量的C-A-S-H㊁C-S-H 和N-A-S-H 凝胶,这些凝胶相互堆积形成致密的三维网状结构,使试件的抗折㊁抗压强度达到最大㊂2.5㊀TG-DTG分析图7㊀养护3㊁7和28d 时K3组地聚物试件的TG-DTG 曲线Fig.7㊀TG-DTG curves of K3geopolymer specimens curing for 3,7and 28d K3组地聚物试件在养护龄期3㊁7㊁28d 下的热重曲线如图7所示㊂TG 曲线可以直观反映出试件质量随温度变化的过程,将TG 曲线对温度求一阶微分即可得到DTG 曲线㊂由图7可以看出,在0~200ħ和200~600ħ有两个明显的吸热失重特征峰,第一个失重峰对应过程为试件中自由水以及水化产物C-S-H㊁C-A-S-H 和N-A-S-H 凝胶部分吸附水的蒸发[14-16],第二个失重峰的产生是温度升高,C-S-H㊁C-A-S-H 和N-A-S-H 凝胶脱去羟基水所导致的[17-18]㊂结合XRD 和EDS 分析,碱激发矿粉-粉煤灰-偏高岭土三元地聚物体系的水化产物主要为C-S-H㊁C-A-S-H 和N-A-S-H 凝胶㊂对比试件3㊁7㊁28d 的DTG 曲线可以发现:试件3d 的DTG 曲线第一个失重峰面积最大,推测是由于水化时间最短,试件中剩余自由水㊁吸附水较多;试件3㊁7d 的DTG 曲线第二个失重峰变化较小,是由于粉煤灰的水化速度较慢,而试件28d 的DTG 曲线第二个失重峰面积最大,说明试件28d 损失质量最多,生成水化凝胶最多,与SEM 结果相吻合㊂结合材料宏观力学强度分析可知,试件强度与水化生成凝胶产物脱水的失重率成正比,试件强度随着失重率的增大而增大,即生成的C-S-H㊁C-A-S-H 和N-A-S-H 凝胶越多,强度越高㊂3㊀碱激发矿粉地聚物水化过程水化初期,原材料在碱性环境中开始溶解,Ca 相中的Ca O 键㊁Si-Al 相中的Si O Si 键和Al O Al 键开始发生断裂,并释放出Ca 2+㊁硅氧四面体单体和铝氧四面体单体,由于Ca O 键㊁Si O Si 键和Al O Al 键具有不同的稳定性,Ca 2+㊁硅氧四面体单体和铝氧四面体单体溶出的先后顺序会有所不同㊂由于Ca O 键的键能最低,Ca O 键会首先断裂,然后是铝氧四面体单体,最后是硅氧四面体单体[19]㊂液相㊀第6期刘㊀刚等:碱激发矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物水化行为和力学性能2113中一部分Ca2+会与环境中硅氧四面体单体反应生成C-S-H凝胶㊂随着水化时间增加,在碱激发剂作用下,液相中硅氧四面体单体和铝氧四面体单体浓度迅速增加,碱激发剂中的Na+和OH-分别与硅氧四面体单体和铝氧四面体单体形成大量 Si O Na㊁Al(OH)-4㊁Al(OH)2-5和Al(OH)3-6等硅铝酸盐低聚体[20]㊂水化中期,由于生成的低聚体结构稳定性较差,这些硅氧四面体单体和铝氧四面体单体之间会发生聚合反应,生成网状的N-A-S-H和C-A-S-H凝胶,但此时网状结构的聚合度还很低㊂随着反应继续进行,更多硅氧四面体单体和铝氧四面体单体被溶出,聚合度提高,形成N-A-S-H和C-A-S-H凝胶相互交织的三维网络结构㊂由于此时地聚物浆体已经达到初凝点,浆体中各种单体和低聚体的流动性已经很小,体系中各种聚合反应主要由扩散作用主导[19]㊂此时地聚物的水化产物主要为相互交织的C-S-H㊁C-A-S-H与N-A-S-H凝胶㊂由于体系中Ca2+和Al3+含量较高,Ca2+会取代N-A-S-H凝胶中的部分Na+,Al3+会取代C-S-H凝胶中的部分Si4+,生成相互交织的三维(N,C)-(A)-S-H凝胶结构[21]㊂水化后期,体系中的C-S-H㊁C-A-S-H和N-A-S-H凝胶随着养护时间的增加逐渐脱水,固结硬化成地聚物块,填充地聚物空隙,使有害孔减少,无害孔增加,有效改善了地聚物的孔结构,使地聚物整体更加致密,抗折㊁抗压强度提高[22]㊂4㊀结㊀论1)矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物抗折㊁抗压强度随着矿粉含量增大呈增大的趋势,因为矿粉含量越高,生成的C-S-H㊁C-A-S-H凝胶越多㊂当矿粉含量为90%(质量分数)且养护龄期为28d时地聚物的抗折㊁抗压强度最高,分别为12.0㊁52.0MPa㊂2)矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物的抗折㊁抗压强度随着养护龄期延长呈增大的趋势,当矿粉掺量为50% (质量分数)时,地聚物1㊁3㊁7㊁28d抗压强度分别为12.3㊁24.2㊁27.3㊁36.8MPa㊂反应初期(3d),虽然体系中OH-含量高,但粉煤灰㊁偏高岭土水化速度慢,生成凝胶较少,地聚物强度较低;待水化到28d后,原材料水化充分,生成的C-S-H㊁C-A-S-H和N-A-S-H凝胶填充了孔隙和裂纹,地聚物整体强度提高㊂3)矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物的水化机理主要为原材料在碱性激发剂作用下溶出Ca2+㊁[SiO4]4-单体和[AlO4]5-单体,通过解聚-缩聚反应以及离子取代反应生成C-S-H㊁C-A-S-H和N-A-S-H凝胶并填充在孔隙中,使地聚物的强度大幅度提升㊂4)当矿粉掺量为30%㊁50%㊁70%(质量分数)时,矿粉-粉煤灰-偏高岭土地聚物凝结时间分别为44㊁38㊁30min,3d抗压强度分别为14.1㊁24.2㊁29.7MPa,符合3D打印或道路修补对材料最基本的工作性能要求㊂参考文献[1]㊀VAN DEVENTER J S J,PROVIS J L,DUXSON P,et al.Chemical research and climate change as drivers in the commercial adoption of alkaliactivated materials[J].Waste and Biomass Valorization,2010,1(1):145-155.[2]㊀CHEN S K,RUAN S Q,ZENG Q,et al.Pore structure of geopolymer materials and its correlations to engineering properties:a review[J].Construction and Building Materials,2022,328:127064.[3]㊀BARBHUIYA S,PANG E.Strength and microstructure of geopolymer based on fly ash and metakaolin[J].Materials(Basel,Switzerland),2022,15(10):3732.[4]㊀LEE B,KIM G,KIM R,et al.Strength development properties of geopolymer paste and mortar with respect to amorphous Si/Al ratio of fly ash[J].Construction and Building Materials,2017,151:512-519.[5]㊀YUAN Q,GAO C,HUANG T J,et al.Factors influencing the properties of extrusion-based3D-printed alkali-activated fly ash-slag mortar[J].Materials,2022,15(5):1969.[6]㊀WAN Q,RAO F,SONG S X,et al.Geopolymerization reaction,microstructure and simulation of metakaolin-based geopolymers at extendedSi/Al ratios[J].Cement and Concrete Composites,2017,79:45-52.[7]㊀刘梦珠,卞立波,王㊀琴,等.碱激发矿渣/粉煤灰胶凝材料力学性能研究[J].粉煤灰综合利用,2019,32(5):49-54.LIU M Z,BIAN L B,WANG Q,et al.Study on mechanical properties of alkali-activated slag/fly ash cementitious material[J].Fly Ash Comprehensive Utilization,2019,32(5):49-54(in Chinese).[8]㊀艾纯志,林㊀军.碱激发粉煤灰混凝土微观性能试验研究[J].混凝土,2022(4):78-80+85.AI C Z,LIN J.Experimental study on microcosmic properties of alkali activation fly ash concrete[J].Concrete,2022(4):78-80+85(in Chinese).2114㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷[9]㊀王㊀红,董双快,郭㊀爽,等.基于响应面法的水泥-粉煤灰-矿粉浆体流变分析[J].建筑结构,2022,52(增刊1):1576-1581.WANG H,DONG S K,GUO S,et al.Rheological analysis of cement-fly ash-ore slurry based on response surface method[J].Building Structure,2022,52(supplement1):1576-1581(in Chinese).[10]㊀孙双月.利用矿渣和粉煤灰制备地聚物胶凝材料的正交试验研究[J].中国矿业,2019,28(11):118-122+127.SUN S Y.Orthogonal experiment research on geopolymer synthesis by utilizing slag and fly ash as raw material[J].China Mining Magazine, 2019,28(11):118-122+127(in Chinese).[11]㊀王顺风,马㊀雪,张祖华,等.粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的孔结构及抗压强度[J].材料导报,2018,32(16):2757-2762.WANG S F,MA X,ZHANG Z H,et al.Pore structure and compressive strength of fly ash-metakaolin based geopolymer[J].Materials Review, 2018,32(16):2757-2762(in Chinese).[12]㊀荆㊀锐,刘㊀宇,张慧杰,等.偏高岭土和粉煤灰对碱-矿渣复合胶凝材料的凝结时间及早期力学性能的影响[J].硅酸盐通报,2020,39(10):3237-3243.JING R,LIU Y,ZHANG H J,et al.Influences of metakaolin and fly ash on setting time and early age mechanical properties of alkali-activated slag composite cementitious materials[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2020,39(10):3237-3243(in Chinese). [13]㊀童国庆,张吾渝,季港澳,等.粉煤灰地聚物强度特性及微观机理研究[J].硅酸盐通报,2020,39(6):1835-1841.TONG G Q,ZHANG W Y,JI G A,et al.Study on strength characteristics and microscopic mechanism of fly ash geopolymer[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2020,39(6):1835-1841(in Chinese).[14]㊀DUXSON P,LUKEY G C,VAN DEVENTER J S J.Thermal evolution of metakaolin geopolymers:part1-physical evolution[J].Journal of Non-Crystalline Solids,2006,352(52/53/54):5541-5555.[15]㊀王东星,王宏伟,邹维列,等.碱激发粉煤灰固化淤泥微观机制研究[J].岩石力学与工程学报,2019,38(增刊1):3197-3205.WANG D X,WANG H W,ZOU W L,et al.Research on micro-mechanisms of dredged sludge solidified with alkali-activated fly ash[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2019,38(supplement1):3197-3205(in Chinese).[16]㊀黄丽萍,马倩敏,郭荣鑫,等.碱矿渣胶凝材料水化产物的试验研究[J].硅酸盐通报,2020,39(4):1194-1200.HUANG L P,MA Q M,GUO R X,et al.Experimental study on hydration products of alkali-activated slag[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2020,39(4):1194-1200(in Chinese).[17]㊀ZHANG Y S,SUN W,LI Z J.Hydration process of potassium polysialate(K-PSDS)geopolymer cement[J].Advances in Cement Research,2005,17(1):23-28.[18]㊀刘淑贤,苏㊀严,杨㊀敏,等.钢渣:矿渣复合胶凝材料的制备及胶凝活性激发试验研究[J].金属矿山,2022(11):252-258.LIU S X,SU Y,YANG M,et al.Experimental study on preparation of the steel slag and slag composite cementitious material and its gelling activity inspiration[J].Metal Mine,2022(11):252-258(in Chinese).[19]㊀郭晓潞,施惠生,夏㊀明.不同钙源对地聚合物反应机制的影响研究[J].材料研究学报,2016,30(5):348-354.GUO X L,SHI H S,XIA M.Effect of different calcium resouces on reaction mechanism of geopolymer[J].Chinese Journal of Materials Research,2016,30(5):348-354(in Chinese).[20]㊀ZHOU X X,SHEN J M.Micromorphology and microstructure of coal fly ash and furnace bottom slag based light-weight geopolymer[J].Construction and Building Materials,2020,242:118168.[21]㊀王㊀磊,李金丞,张晓伟,等.地质聚合物激发剂及其激发原理[J].无机盐工业,2022,54(2):16-20.WANG L,LI J C,ZHANG X W,et al.Geopolymer activator and its excitation principle[J].Inorganic Chemicals Industry,2022,54(2):16-20(in Chinese).[22]㊀余春松,张玲玲,郑大伟,等.固废基地质聚合物的研究及其应用进展[J].中国科学:技术科学,2022,52(4):529-546.YU C S,ZHANG L L,ZHENG D W,et al.Research progress of geopolymer materials prepared from solid waste and their applications[J].Scientia Sinica(Technologica),2022,52(4):529-546(in Chinese).。

粉煤灰和矿粉对混凝土性能影响的试验研究

。
鳃霞各混蛩ｌ。混块含量ｌ
意瀛程霞竭 ÷ 瘫霞｛Ｉ
模数
％薯。％｜｜
（ｋｇ／ｍ￣）
（ｋｇ／ｍ３）
经济的配合比¨ １１。
１原材料及试验方案
１．１原材料及其主要性能
试验所用原材料为：冀东普通硅酸盐４２．５级水
表２粉煤灰的试验结果
｜ｊ一名称爱ｊ囊－睨轰面
阪。
话牲撩％
点探讨粉煤灰与矿粉的最佳掺合比列，进而确定最佳
双掺比例对同一强度等级混凝土常规性能的影响，在保证混凝土质量和施工可操作性的前提下，获得较为
工程材料与设备器
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
粉煤灰和矿粉对混凝土性能影响的试验研究
武永志，邹晓侠
（青岛第一市政工程有限公司，山东青岛２６６０００）
中图分类号：ＴＵ５２８．２文献标志码：Ｂ文章编号：１００９ — ７７６７（２０１４）０２ — ０１６３ — ０５
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＦｌｙＡｓｈａｎｄＭｉｎｅｒａｌＰｏｗｄｅｒＩｎｌｕｆｅｎｃｅｓｏｎＣｏｎｃｒｅｔｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

矿粉粉煤灰掺量影响系数表

矿粉粉煤灰掺量影响系数表矿粉粉煤灰掺量影响系数表是描述矿粉粉煤灰掺量对材料性能影响程度的一种表格。

本文将就矿粉粉煤灰掺量与材料性能之间的关系进行探讨，并根据相关研究结果给出一份参考影响系数表。

矿粉粉煤灰是一种常用的水泥掺合料，其加入水泥中可以改善混凝土的各项性能，降低成本，提高可持续性。

然而，矿粉粉煤灰的掺量对混凝土性能的影响是复杂的，需要进行深入的研究。

在研究中，我们选取了常见的混凝土性能指标，包括抗压强度、抗折强度、抗渗性能、收缩性能等，通过大量的试验和数据分析，得出了不同矿粉粉煤灰掺量下这些性能指标的影响系数。

首先是抗压强度。

根据实验结果，我们发现随着矿粉粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗压强度会逐渐下降。

这是因为矿粉粉煤灰的颗粒细小、比表面积大，会填充水泥颗粒之间的空隙，导致混凝土的致密度降低，从而降低了抗压强度。

其次是抗折强度。

研究表明，矿粉粉煤灰的掺量对混凝土的抗折强度影响较小。

在一定范围内，适量的矿粉粉煤灰可以填充混凝土中的微裂缝，提高其抗折强度。

但当矿粉粉煤灰掺量过高时，由于其颗粒细小，会增加混凝土的内部孔隙，导致抗折强度下降。

再次是抗渗性能。

矿粉粉煤灰的掺入可以改善混凝土的抗渗性能。

矿粉粉煤灰中的玻璃体和其他活性物质可以填充混凝土中的毛细孔，减少渗透压，提高抗渗能力。

随着矿粉粉煤灰掺量的增加，混凝土的渗透系数逐渐降低。

最后是收缩性能。

矿粉粉煤灰的掺入可以减少混凝土的收缩。

这是因为矿粉粉煤灰中的活性物质可以填充混凝土中的毛细孔，减少水分迁移，降低收缩。

然而，过高的矿粉粉煤灰掺量也会增加混凝土的内部孔隙，导致收缩性能下降。

综合以上实验结果，我们得出了一份矿粉粉煤灰掺量影响系数表，以供工程设计和混凝土施工参考。

在这份表格中，我们将不同矿粉粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、抗渗性能、收缩性能等指标的影响程度进行了量化描述，帮助工程师和施工人员更好地选择合适的矿粉粉煤灰掺量，以满足工程要求。

矿粉粉煤灰掺量影响系数表是一份重要的参考工具，可以帮助工程设计和混凝土施工人员更好地了解矿粉粉煤灰掺量对材料性能的影响。

大掺量矿粉对于高性能混凝土的强度与抗裂性研究

引言高炉矿渣和粉煤灰进行加工后掺入混凝土中，这是进入21世纪以来混凝土材料行业的热门研究方向，此举可以改善混凝土的性质，生产出高性能混凝土，而且两者都是属于工业化生产产生的固体废弃物，将这些固废物通过再加工掺入到混凝土中，可以实现回收再利用，从而降低水泥用量，节约成本，同样也达到保护环境的目的[1-2]，顺应了绿色、环保和持续发展的时代潮流。

对于矿粉的磨细工艺，国内目前有球磨和立磨两种粉磨方式[3]，两种粉磨方式各有优缺点。

球磨技术可以直接对干料进行磨细，且成品中颗粒大都以球形为主，活性更高，但是生产时噪音较大，生产速度慢、效率低，在研磨过程中容易出现过度研磨的现象，使得成品中细粉含量增高，容易出现包球现象。

立磨工艺最大的特点是其生产效率比球磨工艺高65%，且能耗更低，噪音小，同时避免了过度粉碎，降低了包球现象[4]，但立磨工艺也有很明显的缺点，立磨工艺在磨细时需要研磨的材料潮湿，且加工时要有高温，这就导致了材料在加工过程中不可避免的发生了部分水化，丧失了部分活性。

本试验采用新疆宝新盛源建材有限公司立磨生产工艺生产的S95级矿粉。

与以往的研究将矿粉掺量限制在30%以内不同[5-8]，此次试验研究了矿粉在40%、50%、60%大掺量下对混凝土抗压强度和抗裂性的影响，因为有试验证明矿粉的掺量对于混凝土各项性能提高的最佳掺量不仅仅在30%以内，如矿粉抗氯离子渗透的最优掺量为40%[9]。

此次对比掺合料采用Ⅱ级粉煤灰，根据以往工程经验和研究，将粉煤灰掺量定在25%[10-12]，通过对比不同水胶比下不同掺量试件的抗压强度，及在同一水胶比下的抗裂性能，研究立磨S95矿粉的强度发展规律以及抗裂能力，为指导实际工程研究提供理论依据。

1、原材料水泥：新疆青松水泥厂生产的P·O 42.5水泥，其物理力学性能见表1。

矿粉：新疆八一钢铁厂生产的S95级矿渣粉，其物理、化学性能见表2、表3。

粉煤灰：龙鑫建材有限公司生产的II级粉煤灰。

加粉煤灰和矿粉的c 30混凝土配合比

加粉煤灰和矿粉的c 30混凝土配合比下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!混凝土配合比中加粉煤灰和矿粉的C30混凝土配合比优化方案1. 引言混凝土在建筑领域中扮演着至关重要的角色，而混凝土配合比的合理性直接影响着混凝土的性能和使用寿命。

超细矿粉对混凝土各性能的影响

超细矿粉对混凝土各性能的影响1、超细矿粉和粉煤灰复合掺用时对混凝土的强度及工作性的影响。

单掺矿粉一般掺量为30％，如果是大体积混凝土可以控制到50％。

但由于单掺矿粉混凝土粘性变大，不利于施工，因此，一般混凝土搅拌站是将矿粉和粉煤灰双掺使用，粉煤灰的掺量为2 0％左右，矿粉的掺量为20％～30％。

通过双掺可以改善混凝土的许多性能，比如说工作性，因为矿粉的粘性好，可以减少由于单掺粉煤灰而引起的混凝土坍落度损失以及泌水和离析等问题，还可以通过矿粉后期强度的增大来补充由于单掺粉煤灰而引起的混凝土28d强度的降低，起到强度互补的作用。

超细矿粉在混凝土中与粉煤灰共同使用时表现出了十分明显的叠加效应，这方面可以大大减少混凝土中CH晶体的生成数量，另一方面又影响了CH晶体的形貌，对混凝土的结构和性能的发展具有重要影响。

随着龄期的延长，浆体结构日趋均匀和密实，这是浆体高强化的重要原因。

因此，在混凝土中，复合掺入超细矿粉可以极大地改善混凝土的界面粘结强度，更进一步地改善混凝土的性能。

2、超细矿粉对混凝土抗渗性能的影响。

矿粉对混凝土抗渗性的改进主要决定于矿粉的两个效应：（1）水化反应。

加入矿粉可以改善骨料与水泥石过渡区的微观结构，由于在过渡区中Ca（OH）2的定向排列，使得混凝土强度低，而且过渡过区的水灰比较大，缺陷多，开孔的气泡也多，因此抗渗性下降。

当加入矿粉后，矿粉中的活性成份与Ca （OH）2反应生成C—S—H凝胶，使界面的Ca（OH）2晶粒变小，孔隙率也得以明显的下降，微结构更为密实，从而使混凝土的抗渗性提高。

（2）微集料效应。

混凝土是由连续的颗粒堆积而成的，砂子填充石子之间的空隙，水泥填充石子之间的空隙，矿粉再填充水泥之间的空隙，这样就使混凝土孔隙率得到下降，同时也防止了离析、泌水的产生，使混凝土的抗渗性能大幅度地提高。

3、矿粉对混凝土中水泥水化热的影响。

水化热是由水泥水化产生的。

由于混凝土不易散热，导致了混凝土内外温差较大，使混凝土内外产生非线性的温度梯度。