摘要：采用粉煤灰（F）、矿渣粉（Sl）、硅灰（Si）和石灰石粉（L）复合组成5种复合矿物掺合料，研究了复合掺合料的组成和掺量对水泥胶砂流动度、长期抗压强度和抗折强度的影响。结果表明：掺粉煤灰和石灰石粉的FSlL和FL复合掺合料流动性较好，流动度比达到%以上；掺硅灰的FSlSi和SlSiL复合掺合料流动性较差，流动度比在80%左右；5种复合掺合料在30%、40%、50%掺量下，胶砂试件d抗压强度和抗折强度均达到纯水泥试件的%~%；FSlSi、FSl和FL复合掺合料随着掺量的提高，长龄期胶砂抗压强度有所增加，抗折强度发展趋势与抗压强度相同；SlL和SlSiL复合掺合料随着掺量的提高，长龄期胶砂抗压和抗折强度均略有下降。
关键词：复合掺合料；流动度；长期强度；抗压强度；抗折强度
0前言在现代混凝土中，矿物掺合料成为高性能混凝土不可或缺的组分之一。由于矿物掺合料具有较好的形态效应、活性效应和微集料效应，因此，能够降低混凝土水化温升，改善混凝土拌和物的工作性，提高混凝土的耐久性等。各种矿物掺合料由于其化学组成和物理形态的不同而表现出的性能不同。当采用两种以上掺合料复合使用时，多元材料之间会存在梯度水化、优势互补，相较于单一掺合料，不同矿物掺合料之间由于粒度和活性的差异而发生超叠加效应。因此，复合掺合料是矿物掺合料发展的一个重要方向，在我国已有相应的标准。目前，复合掺合料对水泥胶砂性能影响的研究相对较多，但对其长期强度的研究相对较少。本文采用常用的矿物掺合料，即粉煤灰、矿渣粉、硅灰和惰性掺合料石灰石粉（以下简称F、Sl、Si和L），分别复合组成5种复合矿物掺合料，研究纯水泥试件和5种复合掺合料试件分别掺30%、40%、50%时胶砂的流动度以及7d、28d、56d、90d、d和d的抗压和抗折强度，对比分析掺入复合掺合料及惰性复合掺合料对胶砂长期强度的影响。
1试验1.1原材料
（1）水泥：P·Ⅰ42.5级水泥，其性能见表1。
（2）砂：中国ISO标准砂。
（3）矿物掺合料：粉煤灰为Ⅰ级，矿渣粉为S级，硅灰中的SiO2含量为92%，石灰石粉的MB值为0.3，45μm筛余为0，将上述优质矿物掺合料配成5种复合掺合料，调整每一种复合掺合料的组分比例，复合掺合料分别掺加30%、40%、50%，水泥胶砂的胶凝材料组成见表2。
（4）水：自来水。
1.2试验方法
胶砂流动度按照GB/T—《水泥胶砂流动度测定方法》进行试验，胶砂抗折强度和抗压强度按照GB/T—《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行试验。
2结果与讨论2.1复合矿物掺合料对水泥胶砂流动度的影响
将复合掺合料按照表2的胶凝材料组成进行胶砂流动度试验，见图1。由图1可知，FSlL和FL流动性能较好，FSlL在30%掺量下流动度为%，保持石灰石粉掺量不变，同时增加粉煤灰和矿渣粉的掺量，复合掺合料总量至40%、50%，流动度比增加至%、%；FL在30%掺量下流动度比达到%，继续增加复合掺合料掺量至40%、50%，胶砂流动度比增加为%，主要是由于粉煤灰和石灰石粉的滚珠效应，降低了浆体的屈服应力和塑性黏度。掺硅灰的复合掺合料FSlSi和SlSiL在30%、40%、50%掺量下流动度比均在80%左右，主要是由于硅灰的比表面积一般在m2/kg左右，需水量大，增大浆体的屈服应力、塑性黏度，导致胶砂流动度比较小，当保持硅灰在胶凝材料中比例为10%，增加其他组分的比例使复合掺合料掺量增加至40%、50%时，胶砂流动度比并没有增大，主要是因为硅灰显著增大了浆体的触变性，即使增加了其他能组分也不足以改变胶砂流动度。
2.2复合掺合料种类对水泥胶砂长期强度的影响
2.2.1掺30%复合掺合料
图2和图3分别为5种复合掺合料掺量为30%时胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图2、图3可知，纯水泥试件7d的抗压强度和抗折强度基本高于掺复合掺合料试件，随着龄期延长，掺加复合掺合料试件的抗压强度和抗折强度增长率大于纯水泥试件，90d时掺加复合掺合料的抗压强度和抗折强度均接近或超过纯水泥试件，d时掺加复合掺合料试件的抗压强度和抗折强度均已明显超出纯水泥试件，d掺加复合掺合料的抗压强度和抗折强度与纯水泥的差距逐渐增大；FL1早期的抗压和抗折强度均明显低于其他4种复合掺合料，7d抗压强度只有SlL1的74%，随着龄期的延长，两者差距逐渐减小，d时FL1的抗压强度已达到97%；SlL1早期抗压强度最高，7d强度已达到纯水泥的97%；FSlSi1的d抗压强度最高，达到纯水泥的%；5种复合掺合料早期抗压和抗折强度差别较大，随着龄期的延长，各类复合掺合料试件的抗压和抗折强度差别逐渐减小。
2.2.2掺40%复合掺合料
图4和图5分别为5种复合掺合料掺量为40%时胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图4、图5可知，SlL2在7d时的抗压强度已和纯水泥相当，均远高于其他复合掺合料，随着龄期的延长，掺加40%复合掺合料的胶砂长期性能发展规律和掺加30%时相同；FL2的7d抗压和抗折强度仍为最低，FL2的7d抗压强度仅为SlL2的54%，但随着龄期的延长，两者差距逐渐减小，d时两者抗压强度相近，d时FL2的抗压和抗折强度均超过SlL2。
2.2.3掺50%复合掺合料
图6和图7分别为5种复合掺合料掺量为50%时胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图6、图7可知，SlL3在7d时的抗压强度已超过纯水泥，远高于其他复合掺合料，随着龄期的延长，掺加50%复合掺合料的胶砂长期性能发展规律和掺加30%、40%时相同；FL3的7d抗压和抗折强度仍为最低，FL3的7d抗压强度仅为SlL3的42%，但随着龄期的延长，d时FL3的抗压和抗折强度已超过SlL3，d时FL3的抗压和抗折强度分别达到SlL3的%、%。
综上所述，5种复合掺合料长期抗压强度和抗折强度较高的为FSlSi3、FSlL3、FL3，略低的为SlL3、SlSiL3。
2.3不同复合掺合料掺量对水泥胶砂长期强度的影响
2.3.1粉煤灰-矿渣粉-硅灰（FSlSi）复合掺合料
图8和图9分别为FSlSi掺合料在不同掺量下胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图8、图9可知，随着复合掺合料掺量的增加，早期的胶砂抗压和抗折强度均逐渐降低，7d时50%掺量的胶砂抗压强度是30%掺量的78%。随着龄期的延长，50%掺量复合掺合料胶砂抗压强度增长率高于30%掺量复合掺合料，56d时50%掺量时的胶砂抗压强度已达到30%掺量时的96%，90d时为30%掺量时的%，随着龄期的延长，掺加复合掺合料的胶砂抗压强度均稳定增长，d时30%、40%、50%掺量复合掺合料的胶砂抗压强度分别为纯水泥的%、%、%。掺加复合掺合料的胶砂抗折强度随掺量增加时的发展趋势在早期与抗压强度相同，后期有所不同，掺加FSlSi复合掺合料的胶砂抗折强度在90d时均已超过纯水泥，随着龄期的延长抗折强度仍稳定增长，但随着复合掺合料掺量的增加，其后期抗折强度随着掺量增加而降低。
2.3.2粉煤灰-矿渣粉-石灰石粉（FSlL）复合掺合料
图10和图11分别为FSlL掺合料在不同掺量下胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图10、图11可知，随着复合掺合料掺量的增加，早期胶砂抗压和抗折强度均降低，7d时50%掺量的胶砂抗压强度是30%掺量的82%。随着龄期的延长，50%掺量复合掺合料胶砂抗压强度增长率高于30%掺量复合掺合料，90d时30%掺量时的胶砂抗压强度已达到50%掺量时的94%，d时为50%掺量时的%，随着龄期的延长，掺复合掺合料的胶砂抗压强度均稳定增长，d时30%、40%、50%掺量复合掺合料的胶砂抗压强度分别为纯水泥的%、%、%。掺加复合掺合料的胶砂抗折强度随掺量增加时的发展趋势与抗压强度相同。
2.3.3矿渣粉-石灰石粉（SlL）复合掺合料
图12和图13分别为SlL类复合掺合料在不同掺量下胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图12、图13可知，SlL类复合掺合料早期强度较高，7d时30%、40%、50%掺量的胶砂抗压强度分别为纯水泥的97%、%、%。故随着复合掺合料掺量的增加，早期的胶砂抗压强度逐渐增加，7d时50%掺量的胶砂抗压强度是30%掺量的%。随着龄期的延长，不同掺量复合掺合料的胶砂抗压强度均稳定增加，长期抗压强度与FSlSi和FSlL类复合掺合料不同，SlL类复合掺合料d的胶砂抗压和抗折强度均随着掺量增加而有所降低，SlL类复合掺合料30%、40%、50%掺量时在d的胶砂抗压强度分别为纯水泥的%、%、%。
2.3.4矿渣粉-硅灰-石灰石粉（SlSiL）复合掺合料
图14和图15分别为SlSiL类复合掺合料在不同掺量下胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图14、图15可知，随着复合掺合料掺量的增加，早期胶砂抗压和抗折强度发展趋势相近，7d时30%、40%、50%掺量的胶砂抗压强度分别是纯水泥的84%、84%、82%，其胶砂抗折强度分别为纯水泥的81%、82%、81%。随着龄期的延长，掺加复合掺合料的胶砂抗压和抗折强度均稳定增长，各掺量复合掺合料的胶砂强度增长率也相近，均高于纯水泥，胶砂抗压强度28d时均超过纯水泥，胶砂抗折强度56d时均超过纯水泥。d时，SlSiL类复合掺合料在30%、40%、50%掺量的胶砂抗压强度分别是纯水泥的%、%、%。抗折强度随掺量增加时的发展趋势与抗压强度相同。
2.3.5粉煤灰-石灰石粉（FL）复合掺合料
图16和图17分别为FL类复合掺合料在不同掺量下胶砂抗压强度和抗折强度随龄期的变化情况。由图16、图17可知，随着复合掺合料掺量的增加，早期的胶砂抗压和抗折强度均降低，且降低幅度较大，7d时30%、40%、50%掺量的胶砂抗压强度分别为纯水泥的72%、55%、43%，其胶砂抗折强度分别为纯水泥的73%、59%、51%。随着龄期的延长，掺加复合掺合料试件的强度增长率高于纯水泥试件，90d时，掺加复合掺合料的胶砂抗压强度已接近纯水泥，50%掺量复合掺合料胶砂抗压强度达到30%掺量的90%。当龄期达到d时，掺加复合掺合料的胶砂抗压强度均已超过纯水泥，50%掺量复合掺合料胶砂抗压强度已达到30%掺量的%，随着龄期继续延长，复合掺合料的胶砂抗压和抗折强度仍稳定增加，d时30%、40%、50%掺量复合掺合料的胶砂抗压强度分别为纯水泥的%、%、%。掺加复合掺合料的胶砂抗折强度随掺量增加时的发展趋势与抗压强度相同。
2.4机理分析
复合掺合料中粉煤灰早期反应程度较低，主要以物理填充作用参与胶凝材料的水化硬化过程，随着龄期的延长，粉煤灰的火山灰效应逐渐明显；矿渣粉早期强度较高，主要来自AFt晶体结构的产生，随着矿渣粉掺量的增加，水化产生的AFt也随之增加，矿渣粉后期强度主要来源于其在Ca(OH)2激发下反应得到的C-S-H多；硅灰的比表面积大，活性SiO2含量高，早期火山灰效应明显，能够降低胶凝材料体系中Ca(OH)2的含量，细化浆体内部孔隙，提高活性；石灰石粉28d以前的水化程度较低，随着水化龄期的延长，逐步参与水化反应，生成三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙，且以单碳水化铝酸钙为主。将两种以上矿物掺合料复合使用时，一方面，由于不同矿物掺合料的粒径分布不同，复合时能够更好地优化胶凝材料的颗粒级配，填充水泥颗粒间孔隙，改善孔结构，降低孔隙率；另一方面，不同矿物掺合料的火山灰效应发挥时效不同，混合后增强了火山灰效应；再者，不同矿物掺合料水化产物之间产生诱导激发作用，复合掺合料将产生多种叠加效应，持续发生水化反应，能够提高后期胶凝体系的密实度，使复合掺合料后期强度的持续增长较纯水泥更显著。因此，大掺量复合掺合料以及掺有石灰石粉的复合掺合料胶砂长期抗压强度能够达到纯水泥的%~%。
3结论（1）掺加粉煤灰和石灰石粉能够提高复合掺合料的流动性，掺加硅灰则降低复合掺合料的流动性。
（2）掺加复合掺合料的胶砂长期强度均随着龄期的延长而逐渐提高，至d时胶砂的抗压强度均能高出纯水泥试件10%~20%。
（3）掺加30%复合掺合料的胶砂强度在56d时均已超过或接近纯水泥试件；掺加40%、50%复合掺合料时，其超过或接近纯水泥试件强度的龄期需要延长至90d。
来源：《混凝土与水泥制品》杂志年第1期
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