礦渣微粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

解 偉，王 朋，李樹山

(華北水利水電學(xué)院河南省高校水工混凝土材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450011)

礦渣微粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

解 偉，王 朋，李樹山

(華北水利水電學(xué)院河南省高校水工混凝土材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450011)

通過(guò)對(duì)不同水膠比的礦渣微粉混凝土力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析了礦渣微粉摻量對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及靜力抗壓彈性模量的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明，礦渣微粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能影響顯著，隨著礦渣微粉摻量增加，混凝土7 d強(qiáng)度指標(biāo)有降低趨勢(shì)，但90 d強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，適宜摻量可達(dá)30%.

礦渣微粉;水膠比;力學(xué)性能;摻量

礦渣粉用作混凝土摻合料，比粉煤灰具有更高的活性，而且品質(zhì)和均勻性更易得到保證.礦渣粉摻入混凝土中不僅可以節(jié)約水泥，降低膠凝材料的水化熱，而且可以改善混凝土的某些性能，如顯著提高混凝土的強(qiáng)度、降低混凝土的絕熱溫升等.而這些性能的改善均與礦渣粉的摻量有關(guān)［1］.筆者對(duì)不同礦渣微粉摻量的混凝土進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)研究，分析了混凝土中礦渣微粉的適宜摻量，可為礦渣微粉混凝土的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用提供試驗(yàn)參考.

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

試驗(yàn)采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能見表1.采用粒徑為5.0～31.5 mm連續(xù)級(jí)配碎石.砂子為中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，含泥量為3.9%.選用S95級(jí)礦渣微粉，其物理性能見表2.外加劑為河南省建材院生產(chǎn)的JKH－1型高效減水劑，減水率為18% ～25%，適宜摻量為0.5% ～1.0%.

表1 水泥物理力學(xué)性能

表2 礦渣微粉物理性能

1.2 試驗(yàn)方案

該試驗(yàn)中，混凝土的各力學(xué)性能指標(biāo)均按照文獻(xiàn)［2－3］中的方法進(jìn)行測(cè)定.混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用邊長(zhǎng)為100 mm的立方體試塊，每組3個(gè);劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)采用邊長(zhǎng)為150 mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊，每組3個(gè);抗折強(qiáng)度試驗(yàn)采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試塊，每組3個(gè);靜力抗壓彈性模量試驗(yàn)采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱體試塊，每組6個(gè)(其中3個(gè)用于先行測(cè)量軸心抗壓強(qiáng)度).以上試塊均在養(yǎng)護(hù)室按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù).

水膠比分別為0.50，0.40，0. 32;每個(gè)水膠比的礦渣微粉摻量均分別為0%，15%，30%，45%;共12組試驗(yàn).采用礦渣微粉等量替代水泥的方法，研究不同齡期礦渣微粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，尤其是 對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響.混凝土配合比見表3.

表3 混凝土試驗(yàn)配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 立方體抗壓強(qiáng)度

混凝土抗壓強(qiáng)度隨礦渣微粉摻量的變化情況如圖1所示.7 d齡期時(shí)，摻有礦渣微粉的混凝土的抗壓強(qiáng)度均比不摻礦渣微粉的基準(zhǔn)混凝土低，且摻量越大，抗壓強(qiáng)度越低;28 d齡期時(shí)，摻量為15%的礦渣微粉混凝土強(qiáng)度發(fā)展較快，且超過(guò)了基準(zhǔn)混凝土;60 d齡期與90 d齡期時(shí)，摻量為30%的礦渣微粉混凝土強(qiáng)度超過(guò)了其他摻量的混凝土強(qiáng)度，摻量為45%的礦渣微粉混凝土的抗壓強(qiáng)度也已接近或超過(guò)了基準(zhǔn)混凝土.礦渣微粉取代少量水泥時(shí)，早期強(qiáng)度略有提高，主要是礦渣微粉的微填充效應(yīng)和形貌效應(yīng)在起作用.當(dāng)取代量增大時(shí)，礦渣微粉的微填充效應(yīng)和形貌效應(yīng)不足以補(bǔ)償因水泥大量減少而對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響.混凝土后期強(qiáng)度的提高是由于礦渣微粉與Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)，減少Ca(OH)2晶體在集料－水泥石界面的富集，降低Ca(OH)2晶體尺寸，提高界面的致密性，從而有效地改善了集料－水泥石界面結(jié)構(gòu)所致［4－5］.

2.2 劈裂抗拉強(qiáng)度

混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨礦渣微粉摻量的變化情況如圖2所示.水膠比越小，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度越大.3個(gè)系列中混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著礦渣微粉摻量的增加，先增大后減小.A系列中，礦渣微粉摻量為30%時(shí)最大.B系列與C系列，礦渣微粉摻量對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律相似，摻量為15%時(shí)最大.90 d齡期時(shí)，摻有礦渣微粉的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均超過(guò)了基準(zhǔn)混凝土.

2.3 抗折強(qiáng)度

28 d齡期抗折強(qiáng)度隨礦渣微粉摻量的變化情況如圖3所示.水膠比越小，抗折強(qiáng)度越大.A系列中，礦渣微粉摻量為15%時(shí)抗折強(qiáng)度最大;B系列中，摻量為30%時(shí)最大;C系列中，摻量為45%時(shí)最大.礦渣微粉混凝土抗折強(qiáng)度均大于基準(zhǔn)混凝土.

2.4 靜力抗壓彈性模量

28 d齡期混凝土靜力抗壓彈性模量隨礦渣微粉摻量的變化情況如圖4所示.由圖可知，礦渣微粉摻量應(yīng)控制在15%左右.

圖3 礦渣微粉摻量對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響

3 結(jié)語(yǔ)

1)混凝土的早期抗壓強(qiáng)度隨礦渣微粉摻量的增加而下降，后期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快.部分礦渣微粉混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，礦渣微粉的最佳替代率可達(dá)30%.

2)水膠比越小，混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及靜力抗壓彈性模量越大，且影響顯著.

3)礦渣微粉混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，而這里研究的只是短期強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，缺乏長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)，所以仍需要對(duì)礦渣微粉混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度進(jìn)行研究.

圖4 礦渣微粉摻量對(duì)混凝土靜力抗壓彈性模量的影響

［1］楊華全，李文偉.水工混凝土研究與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［2］中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.SL 352—2006水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［3］南京水利科學(xué)研究院，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.DL/T 5150—2001水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2002.

［4］張彩霞，秦學(xué)政，吳蓉，等.礦渣微粉在高性能混凝土中的應(yīng)用［J］.混凝土，2004(11):78－79.

［5］馬安.礦渣微粉混凝土試驗(yàn)研究［J］.混凝土與水泥制品，2003(6):19－20.

Influences of Fine Slag Powder Content on the Mechanical Properties of Concrete

XIE Wei，WANG Peng，LI Shu-shan
(Henan Institution of Higher Learning Engineering Technology Research Center of Hydraulic Concrete Materials and Structures，North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China)

The paper studies the mechanical properties of fine slag powder content with different water-cement ratios，and analyzes the influence of fine slag powder content on concrete compressive strength，splitting tensile strength，flexural strength and static compressive modulus of elasticity.The results show that the fine slag powder content has significant effect on the mechanical properties of concrete，and the 7 d strength index of concrete decreases with the increase of fine slag powder content，yet 90 d strength grows fast，and the appropriate powder content could reach 30%.

fine slag powder;water-cement ratio;mechanical property;content

1002－5634(2012)02－0062－03

2012－01－07

河南省科技創(chuàng)新杰出人才計(jì)劃(094200510011);鄭州市科技領(lǐng)軍人才培育計(jì)劃(112PLJRC354).

解 偉(1959—)，男，河南開封人，教授，博士，主要從事混凝土材料與結(jié)構(gòu)性能方面的研究.

(責(zé)任編輯:陳海濤)