養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)地聚物混凝土強(qiáng)度的影響研究

韓愛紅 湯小松 侯亞杰 牛宏祥

摘 要：地聚物混凝土的應(yīng)用，其不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)廢料的再利用，還能夠降低對(duì)水泥依賴，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，低碳生產(chǎn)。此外，地聚物混凝土性能良好，能夠在工程建設(shè)中發(fā)揮作用，需要進(jìn)行大量研究。筆者主要對(duì)地聚物混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行研究，測(cè)得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，研究養(yǎng)護(hù)齡期與地聚物混凝土強(qiáng)度的關(guān)系，同時(shí)進(jìn)一步探索地聚物混凝土的其他性能。

關(guān)鍵詞：地聚物混凝土;養(yǎng)護(hù)齡期;強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TU528 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）2-0085-03

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.020

Research on the Effect of Curing Ageon the Strength of

Geopolymer Concrete

HAN Aihong ? ?TANG Xiaosong ? ?HOU Yajie ? ?NIU Hongxiang

（School of Ciril Egineering and Communicution North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450045，China）

Abstract：The application of geopolymer concrete can not only realize the reuse of industrial waste， but also reduce the dependence on cement， so as to achieve energy conservation and environmental protection， low carbon production.In addition，geopolymer concrete has good performance and can play a role in engineering construction，which needs a lot of research.The author mainly studied the strength index of geopolymer concrete，measured the compressive strength and tensile strength of geopolymer concrete at 3days，7days，28days，60days，90days，120days and 150days，explored the influence of curing age on the strength of geopolymer concrete，and further studies the mechanical proper ties of geopolymer concrete.

Keywords：geopolymerconcrete;curing age;strength

傳統(tǒng)的混凝土膠凝材料基本以水泥為主，在生產(chǎn)過程中會(huì)消耗大量資源，造成環(huán)境污染，不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求[1]。因此尋找若干種可以代替水泥的綠色膠凝材料迫在眉睫。

地質(zhì)聚合物（Geopolymer，簡(jiǎn)稱地聚物）的主要原材料為粉煤灰、礦渣等工業(yè)固體廢物，其中都含有大量的鋁硅酸鹽。鋁硅酸鹽與堿激發(fā)劑反應(yīng)產(chǎn)生的鋁硅酸鹽無機(jī)聚合物可以用作與水泥類似的膠凝材料，所以使用地聚物代替水泥拌制混凝土不僅可以減少水泥生產(chǎn)所帶來的污染，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)廢料的再利用，被稱為一種新型的“綠色建筑材料”[2-3]。

近年來對(duì)于地聚物混凝土力學(xué)性能的研究，大多都是以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下立方體的28 d抗壓強(qiáng)度為基礎(chǔ)，不能客觀反映其中后期的抗壓強(qiáng)度。因此，研究地聚物混凝土在較長(zhǎng)齡期下的強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)地聚物混凝土的研究具有重要意義[4]。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

粉煤灰是從煤燃燒后產(chǎn)生的煙氣中收集的細(xì)灰，化學(xué)成分以SiO2和Al2O3為主，本試驗(yàn)使用的粉煤灰為Ⅱ級(jí)粉煤灰，其化學(xué)組成見表1。

礦渣是礦石冶煉時(shí)從高爐中排出的廢棄物，是一種富含硅鋁的原材料，本試驗(yàn)使用的礦渣粉為級(jí)別為S95級(jí)，其化學(xué)組成見表2。

水玻璃是硅酸鈉（Na2SiO3）的水溶液，硅酸鈉在以水為分散劑的體系中為無色、略帶色的透明或半透明黏稠狀液體，其檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

氫氧化鈉為NaOH為化學(xué)純。

粗骨料為花崗巖碎石。

細(xì)骨料為普通河砂。

水為自來水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

相同原材料的不同配合比設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)地聚物混凝土的性能產(chǎn)生較大影響，本試驗(yàn)查閱大量文獻(xiàn)[5-6]，設(shè)計(jì)出一個(gè)較為成熟的配合比如表4所示。

1.3 制備方法

首先將稱好的NaOH、水玻璃、水三者混合到一起，攪拌充分后直至冷卻，作為本試驗(yàn)的激發(fā)劑;隨后把粉煤灰、礦渣、碎石、河砂攪拌均勻，再把激發(fā)劑倒入攪拌機(jī)中攪拌;最后往100 mm的立方體模具中灌注已攪拌均勻的漿體，并在模具外露面貼一層塑料薄膜。硬化的地聚物混凝土試塊用保鮮膜包裹兩層以上，然后進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)[7]，到達(dá)指定齡期再取出進(jìn)行性能研究[8]。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

依據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019），以200 t電液伺服式壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)[9]。

①將養(yǎng)護(hù)至指定齡期的試塊從蒸汽養(yǎng)護(hù)室中取出，放置在陽光下晾曬10 min，用干毛巾把試塊外表面擦拭干凈后，把試塊放置在下壓板上，保證試塊的中心與下壓板的中心相互對(duì)齊，最后啟動(dòng)荷載。

②試驗(yàn)時(shí)的加載速率宜為0.2～0.6 MPa/s，且應(yīng)勻速加載，加載至試塊破壞變形時(shí)，活塞回退，記錄下力值和強(qiáng)度，然后提升上壓板，取出破壞試塊，進(jìn)行下一試塊的加載;將同一齡期的6個(gè)試塊的強(qiáng)度算術(shù)平均值作為該齡期的地聚物混凝土強(qiáng)度值。

本試驗(yàn)依次測(cè)得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的混凝土抗壓強(qiáng)度值，并算出其平均值，如表5所示。

從表5可以看出，地聚物混凝土抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期同時(shí)增長(zhǎng)，即養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)促進(jìn)地聚物混凝土抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

以試驗(yàn)得出的抗壓強(qiáng)度平均值作為對(duì)應(yīng)齡期的地聚物混凝土抗壓強(qiáng)度值，28 d試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度平均值為地聚物混凝土28 d抗壓強(qiáng)度值，則齡期3 d的混凝土試塊，劈裂抗壓強(qiáng)度值為38.3 MPa，達(dá)到了28 d強(qiáng)度值的73.37%;當(dāng)齡期為7 d時(shí)，劈裂抗壓強(qiáng)度值為43.4 MPa，達(dá)到了28 d強(qiáng)度值的83.14%。

根據(jù)抗壓強(qiáng)度隨著齡期增加的變化可以看出，前3 d的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)比較快，能夠達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的73.37%以上，繪制出地聚物混凝土抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而變化的折線圖如圖1所示。

2.2 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

混凝土劈裂抗拉試驗(yàn)的設(shè)備采用LM-02型數(shù)字測(cè)力儀，《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）規(guī)定加載[10]。

①用雙手把試塊放置到半圓柱形平臺(tái)上，對(duì)中并扶穩(wěn)，隨后旋轉(zhuǎn)上方圓盤，直至上部板接觸到試件上表面，然后卡緊試件。

②啟動(dòng)測(cè)力儀，緩慢增加加載速度，直至0.5 kN/s，等待試件被劈裂;試件劈裂時(shí)關(guān)閉閥門，記下破壞荷載;劈裂抗拉強(qiáng)度按照公式（1）計(jì)算。

[fts=2FπA=0.636 6×2FA] ? ?（1）

其中：fts為地聚物混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa;F為試件破壞荷載，N;A為試件劈裂面積，mm2。

公式（1）是150 mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件的劈裂抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式，當(dāng)試件為100 mm立方體時(shí)，需要再乘以換算系數(shù)0.85[11]。

本試驗(yàn)依次測(cè)得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的混凝土抗拉強(qiáng)度，并計(jì)算其平均值，如表6所示。

從表6可以看出，齡期與地聚物混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度成正相關(guān)，延長(zhǎng)地聚物混凝土的養(yǎng)護(hù)齡期，會(huì)促進(jìn)其抗拉強(qiáng)度的提升。

以試驗(yàn)得出的抗拉強(qiáng)度平均值作為對(duì)應(yīng)齡期的地聚物混凝土抗拉強(qiáng)度值，28 d試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度平均值為地聚物混凝土28 d抗拉強(qiáng)度，則齡期3 d的混凝土試塊，抗拉強(qiáng)度值為1.803 MPa，達(dá)到了28 d強(qiáng)度值的70.98%;當(dāng)齡期為7 d時(shí)，抗拉強(qiáng)度值為2.026 MPa，達(dá)到了28 d強(qiáng)度值的79.76%。

根據(jù)抗拉強(qiáng)度隨著齡期增加的變化可以看出，前3 d的抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)比較快，能夠達(dá)到28 d強(qiáng)度值的73.37%以上，繪制出地聚物混凝土抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而變化的折線圖如圖2所示。

3 結(jié)論

①隨著養(yǎng)護(hù)齡期的逐漸增加，地聚物混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸增大，混凝土強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期成正相關(guān)。

②3 d的地聚物抗壓和抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的70%以上，而7 d的地聚物抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的80%左右，隨后強(qiáng)度增加則逐漸平緩。

③地聚物混凝土的抗壓和抗拉強(qiáng)度在早期都增長(zhǎng)較快，在養(yǎng)護(hù)之初就能夠達(dá)到較高的強(qiáng)度，因此地聚物混凝土的前期養(yǎng)護(hù)對(duì)其有很大影響。

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