文/沈小康 華能慶陽(yáng)煤電有限責(zé)任公司 甘肅慶陽(yáng) 745000

外摻礦渣粉水泥混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

文/沈小康 華能慶陽(yáng)煤電有限責(zé)任公司 甘肅慶陽(yáng) 745000

本文通過(guò)在普通水泥混凝土中外摻不同比例的礦渣粉并進(jìn)行抗折﹑抗壓及其他相關(guān)性能的試驗(yàn)研究，揭示出外摻礦渣粉后，可以有效提高混凝土抗折﹑抗壓及其他相關(guān)力學(xué)性能。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)再回歸理論分析，提出礦渣粉改變普通水泥混凝土力學(xué)性能的理論依據(jù)。

礦渣粉；水泥混凝土；性能；試驗(yàn)

引言：

普通水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度﹑抗剪強(qiáng)度較高，而抗拉和抗折強(qiáng)度較低。水泥混凝土作為路面面層材料，在汽車荷載的作用下，最具有破壞力的是面板底的拉應(yīng)力。水泥混凝土路面施工養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)放交通時(shí)間晚，出現(xiàn)斷裂破壞后維修難度大﹑造價(jià)高，這些無(wú)疑相比瀝青混凝土路面，都成為水泥混凝土作為路面材料的硬傷。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在水泥領(lǐng)域的研究較多，快硬硅酸鹽水泥﹑高鋁水泥﹑快硬硫鋁酸鹽水泥﹑堿硅水泥等先后推廣，在一定程度提高了水泥混凝土的使用性能，但是同時(shí)由于造價(jià)較高，水泥品質(zhì)無(wú)法保障，難以廣泛使用。礦渣粉作為鋼鐵廠的廢棄物，如果能加以有效利用，不僅可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還可以為我國(guó)工業(yè)交通事業(yè)的發(fā)展添磚加瓦，一舉兩得。在水泥混凝土中外摻礦渣粉就是一種新的嘗試，力求通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析改善水泥混凝土的力學(xué)性能幅度，再加以理論研究，為這一發(fā)現(xiàn)尋找合理的理論支撐。

一、抗折強(qiáng)度

（一）測(cè)試方法

混凝土的抗折強(qiáng)度是按照標(biāo)準(zhǔn)的制作方法制成150mm×150mm×550mm的梁形標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度為20±2℃，相對(duì)濕度為95%以上）下，養(yǎng)護(hù)至不同齡期，按三分點(diǎn)加荷方式，測(cè)定其抗折強(qiáng)度。

（二）試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由于本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 抗折強(qiáng)度（MPa）

由上表中可以看出，在1天到7天這一時(shí)間段內(nèi)，隨著礦渣的摻入量的增加，礦渣粉水泥混凝土的抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)得越快，也就是抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)率越大。比較普通混凝土與摻30%礦渣粉混凝土的抗折強(qiáng)度，可以發(fā)現(xiàn)，在1天到7天這一時(shí)間段內(nèi)，摻30%礦渣粉混凝土比普通混凝土的抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)得要快。在7天后，摻30%礦渣粉的抗折強(qiáng)度比普通混凝土高。在2天的齡期中，摻30%礦渣粉的抗折強(qiáng)度達(dá)到了開(kāi)放交通的要求（抗折強(qiáng)度不小于4MPa），而與其他摻量的混凝土相比，其與水泥的搭配比例最為合適。

二、抗壓強(qiáng)度

（一）測(cè)試方法

混凝土立方體抗壓強(qiáng)度是按照標(biāo)準(zhǔn)的制作方法制作以邊長(zhǎng)150mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在溫度為20±2℃，相對(duì)濕度為90%以上的潮濕環(huán)境或靜水中的養(yǎng)護(hù)條件下，采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的混凝土極限抗壓強(qiáng)度。

（二）試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表2

表2 立方體抗壓強(qiáng)度(MPa)

從表2中可以看出，摻加10%﹑20%﹑30%﹑40%礦渣粉的水泥混凝土與普通混凝土進(jìn)行比較，在和易性等同的前提下，其2d的抗壓強(qiáng)度分別提高了：-20.9%﹑25.6%﹑42.5% 和16.5%，其28d的抗壓強(qiáng)度分別提高了：2.5%﹑7.8%﹑14.9%和19.9%。

摻入礦渣粉后，不同齡期的水泥混凝土抗壓強(qiáng)度均有不同程度的提高。

三、其它部分力學(xué)性能

采用100mm×100mm×100mm的立方體試件，100mm×100mm×300mm 的棱柱體試件，按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的要求，對(duì)摻礦渣粉的水泥混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度﹑軸心抗壓強(qiáng)度以及抗壓彈性模量進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 其它部分力學(xué)性能

試驗(yàn)結(jié)果表明：摻礦渣粉的水泥混凝土單軸抗壓彈性模量比普通混凝土有所提高，這說(shuō)明混凝土中摻入礦渣粉是提高混凝土剛度和體積穩(wěn)定性的一種有效方法。劈裂抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律和抗折強(qiáng)度的變化規(guī)津類似。

四、理論分析

通過(guò)外摻一定比例的礦渣粉改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了混凝土中骨料與水泥漿的界面過(guò)渡區(qū)，改善了混凝土的力學(xué)性能可從以下三個(gè)方面來(lái)討論。

1.礦渣粉的膠凝作用

礦渣粉摻入提高了混凝土的水化反應(yīng)速度，生成了更多的凝膠體和晶體，使水化產(chǎn)物在空間分布更加均勻，加速了膠凝材料的水化過(guò)程。

2.界面過(guò)渡區(qū)的改善

礦渣粉的摻入提高了混凝土的粘度，使混凝土中的水分很難泌出，有效地阻止了水囊在粗骨料底部的形成及Ca(OH)2的富集，在粗骨料與水泥漿界面過(guò)渡區(qū)形成無(wú)害微孔。礦渣粉降低了Ca(OH)2在界面的富集和擇優(yōu)取向，有利于界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和界面粘結(jié)強(qiáng)度的提高。

3.填充空隙更加密實(shí)

粗骨料的空隙由細(xì)骨料來(lái)填充，細(xì)骨料的空隙由水泥顆粒來(lái)填充，水泥顆粒的空隙由更細(xì)的超細(xì)顆粒來(lái)填充，礦渣粉的細(xì)度達(dá)到4800kg/ m2，其最小粒徑達(dá)幾十微米左右，可填充到水泥顆粒的空隙，起到了微集料作用，使混凝土形成了細(xì)觀緊密組合體系。

結(jié)束語(yǔ)：

在普通水泥混凝土中外摻不同比例的礦渣粉可以有效提高抗折﹑抗壓及其他相關(guān)力學(xué)性能，對(duì)礦渣粉這一工業(yè)廢棄物進(jìn)行試驗(yàn)探索，證明其在工程建設(shè)領(lǐng)域具有很好的利用價(jià)值，這對(duì)于我國(guó)目前節(jié)約社會(huì)成本﹑降低能耗﹑倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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[3]李庚英.混凝土修補(bǔ)界面的微觀結(jié)構(gòu)及與宏觀力學(xué)性能的關(guān)系.混凝土[J].1999，(6).