（3）骨料

粗骨料采用最大粒径为 25mm 的连续级配碎石，压碎值 8%，含泥量 0.3%，针片状含量 6.5%。

细骨料采用Ⅱ区机制砂，细度模数为 2.7，MB 值 0.5，含粉量 5.5%。

（4）外加剂：聚羧酸减水剂，固含量为 15.5%，减水率为 28.4%。

（5）水：普通自来水。

1.2 试验配合比设计

本试验配制 C30 混凝土，水胶比为 0.49，胶材用量为 350kg/m 3 ，设计了粉煤灰、矿粉、磷渣、石灰石粉的单掺试验，各矿物掺合料掺入量为 10%、20%、30%、40%；同时还设计了各矿物掺合料两两等量复掺试验，矿物掺合料总掺入量为 30%。以新拌混凝土工作性能和硬化后的抗压强度为考察指标，研究分析各掺合料单掺与复掺组合对混凝土性能的影响。试验混凝土基准配合比如表 3 所示。

1.3 试验方法

本试验中混凝土的搅拌、成型以及养护等过程均根据相关的试验规程进行，混凝土抗压强度试验采用的试样尺寸为 (100×100×100)mm 3 。新拌混凝土的工作性能按 GB /T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试；混凝土抗压强度按 GB 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 工作性能

2.1.1 凝结时间

不同掺量的粉煤灰、矿粉、磷渣和石灰石粉对混凝土初凝时间影响的试验结果见表 4 和图 1。

由表 4 和图 1 可见，混凝土在掺入粉煤灰、矿粉、磷渣和石灰石粉后，初凝时间明显延迟，且延长时间均随着矿物掺合料掺量的增加而增加。其中，磷渣对混凝土初凝时间影响最大，在掺量为 40% 时相较于未掺入时延长了约 5h。其次是粉煤灰，最后是矿粉和石灰石粉，两者影响程度相当。磷渣由于其本身的矿物质性能，磷渣中可溶性的磷和氟与 Ca(OH) 2 发生反应，生成磷酸钙，包裹在水泥颗粒表延缓了水化进程，因此磷渣具有明显的缓凝作用 [6]，导致凝结时间明显延长。

2.1.2 坍落度

本试验研究了不同掺量粉煤灰、矿粉、磷渣和石灰石粉对新拌混凝土坍落度和坍落度 2h 经时损失的影响规律，试验结果见表 5 和图 2、图 3。

由表 5 和图 2、图 3 可以看出，掺入粉煤灰、矿粉、磷渣和石灰石粉后，均可以一定程度上改善新拌混凝土工作性能，且坍落度随粉煤灰、矿粉和磷渣的掺量增加而增大，但是当石灰石粉掺量超过 30% 后，坍落度会急剧减小。从结果看，改善混凝土工作性能的能力排序为粉煤灰＞矿粉＞磷渣＞石灰石粉，这与试验所用掺合料的需水量比性能指标相一致。由图 3 可以看出，新拌混凝土 2h 坍落度的变化趋势同初始坍落度相类似，随着粉煤灰、矿粉和磷渣的掺量的增加而增大，随着石灰石粉掺量的增加而先增加后降低。

2.2 力学性能

2.2.1 矿物掺合料单掺

各矿物掺合料单掺时混凝土抗压强度结果如表 6 和图 4～7 所示。

由表 6 和图 4～7 可以看出：

（1）单掺粉煤灰时，混凝土强度随着掺量的增加而降低，粉煤灰掺量为 10% 时，7d 强度降低了 18.8%，60d 强度仅降低了 5.1%，而当掺量为 40% 时，7d 和 28d 强度分别降低了 45.2% 和 33.4%，说明当粉煤灰掺量较高时，对强度影响较大，特别是早期强度。这是因为粉煤灰前期活性较低，参与水化程度小，相应的水化产物较少，因而早期强度较低；随着龄期的增长，粉煤灰与 Ca(OH) 2 发生反应生成 C-S-H 凝胶，强度逐渐增加，且后期强度增长幅度明显高于不掺粉煤灰；但是当粉煤灰掺量过多时，由于没有足够的水泥水化产生 Ca(OH) 2 激发粉煤灰进行二次水化反应，后期强度降低较多 [7]。

（2）单掺矿粉时，混凝土前期强度低于基准组，且随着掺量的增加而降低，当龄期达到 60d，掺量为 10% 组强度已经超过基准组。矿粉具有玻璃体结构，具有较高的活性，但是在混凝土强度发展早期，由于其玻璃体结构在水中几乎为惰性，主要起到填充和形貌效应，对强度贡献较小；随着龄期的增长掺入矿粉后的混凝土强度迅速发展，主要是水泥水化产生的 Ca(OH) 2 与矿粉发生二次水化反应，提高了混凝土内部的致密性 [8]。

（3）单掺磷渣时，前期强度随着掺量的增加而降低，后期强度随着掺量的增加先增加后降低，在 28d 时，掺入 10%、20% 磷渣的强度均已超过基准组强度。由于磷渣具有明显的缓凝作用导致早期强度偏低，但因其具有火山灰活性效应，导致后期强度增长较快，另外由于磷渣粉的缓凝作用延缓了水泥水化放热，使得水化产物的生长质量显著提高，从而改善了混凝土内部孔隙结构，有利于强度的提升[9]。

（4）单掺石灰石粉时，混凝土强度与单掺粉煤灰类似，随着掺量的增加而降低，并且混凝土强度降低幅度也随着龄期的增加而增大，说明掺入石灰石粉后，早期强度相比后期强度损失更少。由于石灰石粉具有微弱的溶解度，溶解的碳酸根离子能够与水泥的铝相生成碳铝酸盐，并消耗 Ca(OH) 2 ，促进 C 3 S 早期水化，故混凝土早期的强度得到了提高 [10]。

2.2.2 矿物掺合料复掺

矿物掺合料等量复掺 30% 时的混凝土抗压强度结果如表 7 和图 8 所示。

由图 8 可以看出，粉煤灰和矿粉、磷渣、石粉复掺，除和磷渣复掺时的 3d 强度较低，其他各龄期强度均高于单掺粉煤灰，且强度增长幅度随着龄期的增加而增加；粉煤灰与石灰石粉复掺，前期 7d 强度高于单掺粉煤灰，28d 后强度低于单掺粉煤灰。由于粉煤灰和其他矿物掺合料作为微小颗粒散堆结构，自身同样存在内部空隙，而复掺时，两者由于颗粒尺寸的不同，可以互相填充，发挥复掺优势，使得混凝土内部结构更加密实，强度更高[11]。但是矿物掺合料复掺后的混凝土强度仍然受其自身的活性影响，分析其他矿物掺合料复掺强度数据可以看出，例如磷渣、矿粉与其他掺合料复掺时，强度均较高，这与其具有较高的活性指数保持一致，粉煤灰、石灰石粉与其他掺合复掺时，强度较低。此外，石灰石粉与其他矿物掺合料复掺时，早期强度的提升较明显。

3 结论

（1）矿物掺合料的掺入，使得混凝土的初凝时间延迟，而且延迟程度随着矿物掺合料掺量的增加而增加，其中磷渣对混凝土初凝时间影响最大。

（2）掺入矿物掺合料后，均可以一定程度上改善新拌混凝土工作性能，改善混凝土工作性能的能力排序为粉煤灰＞矿粉＞磷渣＞石灰石粉。

（3）单掺粉煤灰和石灰石粉时，混凝土强度随着掺量的增加而降低；单掺磷渣和矿粉时，前期强度随着掺量的增加而降低，28d 后的强度随着掺量的增加先增加后降低。

（4）粉煤灰和其他掺合料复掺时，强度有所降低；磷渣和矿粉与其他掺合料复掺时，强度均较高；石灰石粉与其他矿物掺合料复掺时，早期强度的提升较明显。

参考文献

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[2] Wang Y G, Wan C, Huang K J, et al. Study on the Workability of High Performance Concrete Mixture with Compound Mineral Admixtures[J]. Advanced Materials Research, 2013: 1839-1843.

[3] 吴建祥，高岩，韩春勇，等．矿物掺合料对商品混凝土新拌性能的影响[J]．低温建筑技术，2016,38(09): 18-19．

[4] 李明霞，杨华全，闫小虎．不同掺合料对水工混凝土性能影响的研究[J]．混凝土，2012(12): 60-62+65

[5] 陈剑毅，胡明玉，肖烨，等．复杂环境下矿物掺合料混凝土的耐久性研究[J]．硅酸盐通报，2011,30(3): 639-644．

[6] 程麟，盛广宏，皮艳灵，等．磷渣对硅酸盐水泥的缓凝机理[J]．硅酸盐通报，2005: 40-44．

[7] 王立久，董晶亮，谷鑫．不同矿物掺合料对混凝土早期强度和工作性能影响的研究[J]．混凝土，2013(04): 1-3．

[9] 方洪飞，周诚．磷渣掺合料对混凝土抗压强度的影响研究[J]．科技创新导报，2011(27): 31．

[10] 霍俊芳，宋茂祥，佟震，等．石灰石粉掺合料对混凝土性能的影响[J]．混凝土，2015(5): 70-72．

[11] 张小龙，曾馨花，张会苹，等．复掺矿物掺合料混凝土性能试验研究[J]．铁道建筑，2015(09): 121-124．

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