矿物掺合料对混凝土强度的影响是多方面的,不同种类的矿物掺合料在不同阶段、不同掺量下,对混凝土强度有着不同的作用,以下是详细介绍:
粉煤灰
早期强度影响
抑制水化:粉煤灰的活性较低,在混凝土早期(一般指7天以内),它主要起填充作用,会吸附一部分水泥水化释放的钙离子和氢氧根离子,减缓水泥的水化速度,从而抑制混凝土的早期强度发展。例如,在C30混凝土中,当粉煤灰掺量达到30%时,其3天强度可能比不掺粉煤灰的混凝土降低20%
- 30%。
改善微观结构:虽然粉煤灰抑制了早期水化,但它能优化混凝土的孔结构。粉煤灰颗粒填充在水泥颗粒之间的空隙中,使混凝土更加密实,减少了大孔的数量,为后期强度增长创造了有利条件。
后期强度影响
二次水化反应:随着龄期的延长(一般28天以后),粉煤灰中的活性成分(如二氧化硅、氧化铝等)会与水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质。这些胶凝物质进一步填充混凝土的孔隙,增强混凝土的密实性和强度。例如,在上述C30混凝土中,当龄期达到90天时,掺30%粉煤灰的混凝土强度可能超过不掺粉煤灰的混凝土。
强度增长规律:粉煤灰混凝土的后期强度增长幅度较大,且增长持续时间较长。一般来说,在合理掺量范围内,粉煤灰掺量越高,后期强度增长越明显。但当掺量过高时,可能会因粉煤灰活性成分不足而导致后期强度增长缓慢。
矿渣粉
早期强度影响
促进水化:矿渣粉具有较高的活性,其玻璃体结构在碱性环境下容易被激发。在混凝土早期,矿渣粉能与水泥水化产生的氢氧化钙迅速反应,生成水化硅酸钙等胶凝物质,促进水泥的水化进程,从而提高混凝土的早期强度。例如,在C40混凝土中,当矿渣粉掺量为20%时,其3天强度可能比不掺矿渣粉的混凝土提高10%
- 15%。
增强界面过渡区:矿渣粉的颗粒较细,能填充在水泥颗粒和骨料之间的界面过渡区,改善界面结构,增强界面粘结力,进一步提高混凝土的早期强度。
后期强度影响
持续水化反应:矿渣粉的活性较高,在后期仍能持续进行水化反应,不断生成新的胶凝物质,填充混凝土的孔隙,使混凝土的密实性和强度不断提高。与粉煤灰相比,矿渣粉的后期强度增长速度更快,增长幅度更大。例如,在上述C40混凝土中,当龄期达到90天时,掺20%矿渣粉的混凝土强度可能比不掺矿渣粉的混凝土提高20%
- 30%。
提高强度等级:通过合理掺加矿渣粉,可以在不增加水泥用量的情况下提高混凝土的强度等级。例如,将矿渣粉掺量控制在30% - 50%,可以将C30混凝土配制成C40甚至更高强度等级的混凝土。
硅灰
早期强度影响
超高活性:硅灰的主要成分是二氧化硅,其含量高达90%以上,且颗粒极细(平均粒径约为0.1μm),具有极高的活性。在混凝土早期,硅灰能迅速与水泥水化产生的氢氧化钙发生反应,生成大量的水化硅酸钙凝胶,填充混凝土的孔隙,使混凝土在短时间内获得较高的强度。例如,在C50混凝土中,当硅灰掺量为5%
- 10%时,其3天强度可能比不掺硅灰的混凝土提高30% - 50%。
改善工作性:虽然硅灰的掺入会增加混凝土的粘聚性,但由于其颗粒极细,能填充在水泥颗粒之间,起到润滑作用,改善混凝土的工作性,使混凝土更容易浇筑和振捣,从而有利于混凝土的密实成型,进一步提高早期强度。
后期强度影响
极高强度增长:硅灰的活性极高,在后期仍能持续进行水化反应,不断生成新的水化硅酸钙凝胶,使混凝土的强度持续增长。掺硅灰的混凝土后期强度增长幅度非常大,甚至可以达到普通混凝土的数倍。例如,在上述C50混凝土中,当龄期达到90天时,掺5%
- 10%硅灰的混凝土强度可能比不掺硅灰的混凝土提高50% - 100%。
提高耐久性:硅灰的掺入不仅能提高混凝土的强度,还能显著改善混凝土的耐久性。硅灰填充在混凝土的孔隙中,能有效阻止水汽和腐蚀性介质的渗透,提高混凝土的抗渗性、抗冻性和抗化学侵蚀性等。