1、混凝土作为我国最重要的建筑材料之一，保证其在不同环境下安全服役是非常重要的。然而，国内外经常发生由于冻害导致混凝土结构破坏的事情，进而造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失1。冻融循环会对混凝土的力学性能和耐久性造成巨大破坏，严重影响了混凝土结构的服役安全2-4。尤其在东北严寒地区，混凝土建筑物大多存在局部或大面积的冻融破坏5，加速了混凝土表面的剥蚀，严重影响到混凝土结构的美观和耐久性，极大地缩短了混凝土结构的服役时间3，进而造成了巨大的经济损失。早期混凝土建设缺乏相关理论和规范指导，且未考虑混凝土的抗冻性能，因而在设计和建造时没有采取任何预防措施6-7。由此可以预见在未来相当长的一段时间内，混凝
2、土结构发生冻融破坏的实例收稿日期：2022-11-07作者简介：钱晓仓，男，助理工程师，主要研究方向为绿色环保混凝土。通讯作者：陈明欣，男，主要研究方向为绿色建筑与建筑节能技术。引文格式：钱晓仓，侯晓乐，徐莎莎，等.不同矿物掺合料对 C30 混凝土抗冻性能影响研究 J.市政技术，2023，41（3）：19-22.（QIAN X C，HOU X L，XU S S，et al.Studyon impact of different mineral admixture on freeze-thaw of C30 concrete J.Journal of municipal technol-ogy，
3、2023，41（3）：19-22.）文章编号：1009-7767（2023）03-0019-04第41卷第3期2023年3月Vol.41，No.3Mar.2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.03.019Journal of Municipal Technology不同矿物掺合料对 C30 混凝土抗冻性能影响研究钱晓仓，侯晓乐，徐莎莎，陈明欣*，张超帆，张庆军，卢萌柯（河南兴业环保科技有限公司，河南 郑州 452370）摘要：基于冻融对混凝土力学性能和耐久性的巨大破坏，设计了 3 组试件进行了对照试验，研究了不同矿物掺合料（如：矿粉、石粉、粉煤灰、砂率等）对 C3
4、0 混凝土力学性能和抗冻性能的影响并总结了规律。研究结果表明：掺入矿粉对 C30 混凝土试件的抗冻性能有利；水胶比相同的情况下，提高混凝土密度更有利于增加其抗压强度和动弹模量；降低砂率有助于增加 C30 混凝土试件的抗压强度；掺入不同矿物掺合料尤其是粉煤灰，对 C30 混凝土试件抗冻性能有利。该研究成果可为混凝土生产提供指导。关键词：混凝土；矿物掺合料；冻融；力学性能中图分类号：TU 528.041文献标志码：AStudy on Impact of Different Mineral Admixture on Freeze-thaw ofC30 ConcreteQian Xiaocang，Ho
5、u Xiaole，Xu Shasha，Chen Mingxin*，Zhang Chaofan，Zhang Qingjun，Lu Mengke（Henan Xingye Eco-Technologies Co.，Ltd.，Zhengzhou 452370，China）Abstract：Because freeze-thaw damage will cause great damage to the mechanical properties and durability of con-crete，three groups of contrast experiments are designed
6、to study the influence of different mineral admixtures（suchas mineral powder，stone powder，fly ash，sand ratio，etc.）on the mechanical properties and frost resistance of C30concrete.The results show that the addition of mineral powder is beneficial to the frost resistance of C30 concretespecimens；When
7、the water binder ratio is same，that increasing the density of concrete is more conducive to improvethe compressive strength and dynamic modulus of concrete；The concrete strength can be appropriately improved byreducing the sand ratio；The various admixtures，especially fly ash is beneficial for the fr
8、ost resistance of concretespecimens.The results will provide referdence for concrete production.Key words：concrete；mineral admixture；freeze-thaw；mechanical propertiesJournal of Municipal Technology第41卷表4外加剂性能Tab.4 Admixture performance减水率/%含固量/%氯离子/%pH值密度/（g/cm3）29154.0147.09.50.161.02抗压强度比/%7 d28 d
9、表5原材料化学成分Tab.5 Chemical compositions of raw materials%原材料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O粉煤灰矿粉骨料天然砂56.3633.311.2980.8724.9515.500.699.115.730.550.402.233.6939.5439.301.372.059.0513.171.821.980.450.282.191.280.740.242.11表6混凝土配合比Tab.6 Concrete mix proportionkg/m3组别水泥 粉煤灰 矿粉 石粉 碎石 机制砂 天然砂水外加剂Y-0360Y-0361Y-0
10、362Y-0363Y-0364Y-0365Y-0366238263238238238238238404040407040252525252525303030703030103010301030103010301030105062562562562562562560525025025025025025025017517517517517517517513131313131313会越来越多，将会成为影响我国北方地区基础建设耐久性的重要因素。因此有必要开展针对混凝土抗冻性能的系统性研究，研发出满足抗冻性能和力学性能要求的混凝土，对指导我国北方地区混凝土结构的耐久性和使用寿命具有重要的意义8-9。1材
11、料与试验设计1.1原材料水泥采用强度等级为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥，其基本性能指标见表1。粉煤灰采用GB/T 15962017用于水泥和混凝土中的粉煤灰中FI级和F级技术要求的粉煤灰，其物理特性见表2。矿粉采用S95级粒化高炉矿渣粉，其物理特性见表3。石灰石粉为骨料整形时的回收石粉；骨料为母料经整形加工所得，表观密度为2 750 kg/m3，天然砂细度为1.2，含泥量为2.8%；拌合水采用自来水。外加剂采用型号为HB-1的聚羧酸高性能减水剂，其性能见表4。原材料化学成分见表5。1.2配合比（见表6）1.3试件制备和基本要求混凝土按照上述配合比进行配制，其中：制成尺寸为100 mm100
12、 mm400 mm的棱柱体试件用于冻融试验；制成尺寸为150 mm150 mm150 mm的立方体试件用于测定标准养护、自然养护期间的抗压强度和回弹强度。试件成型24 h后拆模，然后将对应试件分别放置于标准养护室和室外进行养护10-11。1.4试验思路设计3组试件进行对照试验，以研究不同矿物掺合料（如：矿粉、石粉、粉煤灰、砂率等）对C30混凝土力学性能和抗冻性能的影响并总结规律，以期为混凝土生产提供指导。3组试件对照试验如下：第1组（Y-0360、Y-0361）：在总胶凝材料用量不变的情况下，调整矿粉用量，研究矿粉对C30混凝土力学性能和抗冻性能的影响。第2组（Y-0362、Y-0363、Y-
13、0364、Y-0365）：在总胶凝材料用量不变的情况下，调整石粉、粉煤灰用量，研究石粉、粉煤灰对C30混凝土力学性能和抗冻性能的影响。第3组（Y-0364、Y-0366）：在总胶凝材料用量不变的情况下，调整砂率，研究砂率对C30混凝土力学性能和抗冻性能的影响。2试验结果分析1）试件养护7 d和28 d时，进行抗压强度测定。标准稠度用水量/%1735.232.351.527.5水泥凝结时间/min初凝抗折强度/MPa3 d抗压强度/MPa3 d28 d2267.5终凝28 d表1P.O 42.5普通硅酸盐水泥性能指标Tab.1 Properties indexes of P.O 42.5 ord
14、inary portland cement表2粉煤灰物理特性Tab.2 Physical properties of fly ash细度（80m筛余）需水量比/%烧失量/%密度/（g/cm3）28d活性/%28102.04.32.1273.0表3矿粉物理特性Tab.3 Physical properties of mineral powder比表面积/（m2/g）需水量比/%密度/（g/cm3）455.098.02.9活性指数/%7 d28 d8910420第3期组别7d标准养护抗压强度/MPa28d标准养护抗压强度/MPaY-0360Y-0361Y-0362Y-0363Y-0364Y-036
15、5Y-036626.425.624.926.425.126.626.732.331.235.133.130.537.739.8表7标准养护条件下抗压强度Tab.7 Compressive strength under standard managementconditions标准养护条件下抗压强度见表7。2）抗冻性能试验采用快速冻融试验方法。试件经过24 d标准养护4 d水养护后取出，按照GB/T500822009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行快速冻融试验。2.1矿粉对C30混凝土试件力学性能和抗冻性能影响结果分析对比Y-0360、Y-0361试件试验数据，在总胶凝材料用量不变的
16、情况下，不掺入矿粉的Y-0361试件经过7d和28d标准养护的抗压强度比Y-0360试件稍低，说明掺入矿粉有助于增加C30混凝土试件抗压强度。Y-0360、Y-0361试件经过多次冻融循环后平均质量损失率和平均相对动弹模量试验结果见图1。由图1可知，经过200次循环后，Y-0360试件平均相对动弹模量低于60%，抗冻等级为F200；经过100次循环后，Y-0361试件平均质量损失率超过5%，抗冻等级为F100。由此可知，掺入矿粉对C30混凝土试件抗冻性能有利。2.2石粉、粉煤灰对C30混凝土试件力学性能和抗冻性能影响结果分析对比Y-0362、Y-0363试件试验数据，用石粉替代全部粉煤灰，Y-0363试件经过7 d标准养护的抗压强度均比Y-0362试件高，但经过28 d标准养护的抗压强度均比Y-0362试件低。说明掺入石粉有助于增加C30混凝土试件抗压强度。对比Y-0364、Y-0365试件试验数据，用粉煤灰替代全部石粉，Y-0365试件经过7d和28d标准养护的抗压强度均比Y-0364试件低；对比Y-0363、Y-0365试件试验数据，全部使用粉煤灰，2组试件经过7 d和28 d标准