第3章 掺矿物掺和料的胶凝材料物理及力学性能

3.1 掺粉煤灰的胶凝材料物理力学性能

3.1.1 胶砂强度

用粉煤灰替代部分水泥，与纯水泥胶砂相比，胶砂强度会降低。早期强度相差很大，得益于火山灰反应的持续进行，后期强度的差距逐渐缩小。对于品质较好的粉煤灰，其活性和减水率较高，在掺用高性能减水剂的情况下，后期强度持续发展，采用较少的用水量获得极高的强度，在配制高性能混凝土时具有很好的技术优势。

表3.1-1是不同粉煤灰（Ⅰ级灰）掺量的水泥胶砂强度，掺粉煤灰后水泥胶砂强度降低情况见表3.1-2，不同粉煤灰掺量的胶砂强度增长率列于表3.1-3中。

可以看到，早期水泥胶砂抗压强度及抗折强度是随着粉煤灰掺量的增加而降低。不同品种水泥7d、28d、90d及180d龄期抗折强度随粉煤灰掺量增加而降低的幅度均低于粉煤灰代替水泥的百分数，而且龄期越长，抗折强度随粉煤灰掺量增加而降低幅度越小；不同水泥（粉煤灰掺量大于等于30%）7d龄期抗压强度随粉煤灰掺量增加而降低的幅度均高于粉煤灰替代水泥的百分数，90d及180d龄期抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低的幅度均低于粉煤灰替代水泥的百分数，且随着龄期的增加，抗压强度的降低率在逐步减少，到180d龄期，甚至超过对比基准胶砂抗压强度（粉煤灰掺量小于30%）。因此，90d、180d龄期掺粉煤灰的胶砂强度增长率高于纯水泥基准胶砂，且粉煤灰掺量越大，强度增长率越高。

对三峡42.5中热水泥、32.5低热矿渣水泥进行了掺不同厂家粉煤灰的胶砂强度对比试验，试验结果列于表3.1-4。掺不同品种粉煤灰胶砂强度降低率列于表3.1-5。

3.1.2 水化热

水泥的水化热对冬季施工而言，有利于水泥的正常凝结硬化，可不因环境温度过低而使水化太慢。但如结构尺寸太大，热量不易散失，温度升高，与其表面的温差过大，就会产生较大的温度应力而导致裂缝。因此，对于水工大体积混凝土，水化热是一个相当重要的使用性能。

对三峡42.5中热水泥及32.5低热矿渣水泥，分别做了不同粉煤灰品种与掺量的水化热试验（重庆电厂Ⅱ级粉煤灰、安徽淮南平圩电厂Ⅰ级粉煤灰），试验结果列于表3.1-6～表3.1-9。其中三峡42.5中热水泥及32.5低热矿渣水泥掺粉煤灰（安徽淮南平圩电厂Ⅰ级粉煤灰）胶凝材料水化热放热速率与时间的关系如图3.1-1和图3.1-2所示。从试验结果可以得出以下结论：

（1）水泥水化热有随粉煤灰掺量的增加而降低的趋势，但水化热降低的百分比要低于粉煤灰替代水泥的百分比，且随龄期的增长，水化热随粉煤灰掺量而降低的百分比越来越小。

（2）中热水泥20%粉煤灰和低热水泥掺15%粉煤灰只降低早龄期的水化热，对7d龄期的水化热几乎没有影响。

（3）中热水泥掺40%粉煤灰的水化热与低热水泥掺15%粉煤灰的水化热基本相同。

（4）从水泥水化热放热曲线可以看到水泥早期水化过程的全貌。当水泥与水接触时马上开始了一个短的、但却是激烈的放热反应，在这段时间里，放热速率的增长十分迅速，在几分钟内就达到最大值（出现第Ⅰ峰值）。然后放热速率迅速下降，这可能是由于在水泥粒子周围形成由水化硫铝酸钙及水化硅酸钙等初期水化物组成的包覆层，由于包覆层的存在，阻碍了水与水泥的进一步作用，放热值仍然很低。之后，放热速度又开始上升，并在6h左右达到最高值（第Ⅱ峰值），这时水化反应速度的上升，可以认为是包覆层在渗透压力和结晶压力下不断破坏，从而使水与水泥的反应过程得到加速的结果。综上所述，水泥的水化过程可分为四个时期，一是水泥加水以后立即开始的反应活泼期；跟着是一个相对的不活泼期或称为静止期（或称诱导期）；然后又出现一个加速期，或称为凝结期；最后是反应速度不断下降期，或称之为硬化期。

（5）掺粉煤灰不仅使水泥水化热的放热速率减慢，而且使放热峰值推迟出现，这在低热矿渣水泥中更为明显。

3.1.3 凝结时间

掺粉煤灰一般会使混凝土的凝结时间延长。粉煤灰导致的缓凝受其掺量、细度、化学成分等的影响。随粉煤灰掺量的增加，凝结时间延长。工程中，对于低水胶比的砂浆和混凝土，由于水化后形成的水泥石结构非常致密，水不容易渗入内部。为保证水泥初凝后的水化能够正常进行，应该在初凝后立即进行洒水保湿养护。在高性能混凝土中，对凝结时间有显著影响的还有用水量、环境温度等，因此，应该通过试验预测凝结时间，以确定混凝土构件开始洒水养护的时间。