張積安 馬芹永

摘 要：為提高玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早齡期抗壓強(qiáng)度，用磁化水代替普通水拌制混凝土。采用10種不同水流量流經(jīng)磁化器后的水分別攪拌混凝土，進(jìn)行混凝土早齡期抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后選出合適水流量。合適水流量流經(jīng)磁化器后的水分別攪拌10%、12%、14%、16%和18%不同鋼渣粉摻量下玄武巖纖維鋼渣粉混凝土，再進(jìn)行早齡期抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得出合適的鋼渣粉摻量。試驗(yàn)結(jié)果表明：玄武巖纖維摻量3 kg/m3和鋼渣粉摻量15%時(shí)，合適水流量為16 L/min。磁化水加快了混凝土水化速率，生成更多水化產(chǎn)物，有效填充了結(jié)構(gòu)中孔隙，混凝土強(qiáng)度得到提高。7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值26.4 MPa，較未用磁化水?dāng)嚢璧幕炷猎缙趶?qiáng)度增長(zhǎng)15.3%。鋼渣粉合適摻量范圍為12%～15%。

關(guān)鍵詞：玄武巖纖維；鋼渣粉；抗壓強(qiáng)度；磁化水；水流量

中圖分類號(hào)： TU528.572 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-1098（2017）05-0025-04

Abstract：In order to enhance the early-age compressive strength of basalt fiber reinforced steel slag powder concrete， the magnetic water was used to take place of ordinary water in mixing procedure. Experiments of the early-age compressive strength of concrete were conducted to select suitable water flow when ten different types of water flow that flowed through the magnetizer respectively in mixing concrete. When the suitable water flow flowed through magnetizer， the experiments of early-age compressive strength of basalt fiber reinforced steel slag powder concrete were respectively conducted with 10%，12%，14%，16% and 18% amounts of steel slag powder， and the suitable amount of steel slag powder was obtained. The results indicated that the suitable water flow was 16 L/min when the basalt fiber value was 3 kg/m3 and the steel slag powder value was 15%. The magnetic water accelerated hydration rate of concrete， generated more hydration products， and filled the pores in concrete structure effectively， which improved the strength of concrete. Meanwhile the 7-day compressive strength of concrete reached maximum 26.4 MPa， which increased by 15.3% compared with the early-age compressive strength of basalt fiber reinforced steel slag powder concrete without using magnetic water. And the reasonable dosage of steel slag powder ranged 12%～15%.

Key words：basalt fiber； steel slag powder； compressive strength； magnetic water； water flow

綠色混凝土作為一種新型混凝土材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。具有節(jié)約水泥、充分利用工業(yè)廢渣及減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)[1]，其將成為未來(lái)建筑材料研究發(fā)展的必然趨勢(shì)。

相關(guān)試驗(yàn)表明，作為新型混凝土材料的玄武巖纖維鋼渣粉混凝土具有節(jié)約水泥，流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)；玄武巖纖維的適量加入可增強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度[2]。文獻(xiàn)[3]研究了鋼渣粉混凝土中摻入無(wú)機(jī)纖維后的力學(xué)特性，得出纖維摻量0.1 %、鋼渣摻量10 %時(shí)，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均有不同幅度提高，但隨著鋼渣粉摻量的繼續(xù)增加，混凝土強(qiáng)度下降。

水是混凝土試驗(yàn)中必不可少的組分之一，其性質(zhì)的改變對(duì)混凝土力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生影響[4]。相關(guān)試驗(yàn)表明，被磁化器磁化后的水簡(jiǎn)稱磁化水，可提高混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度。制備鋼渣粉混凝土?xí)r，鋼渣粉摻量超過(guò)一定范圍，混凝土早期強(qiáng)度降低明顯[5]。本文采用磁化水代替普通水?dāng)嚢杌炷?，解決鋼渣粉過(guò)量摻入混凝土中導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度降低問(wèn)題。研究磁化水對(duì)玄武巖纖維鋼渣粉混凝土7d抗壓強(qiáng)度影響情況，確定合適水流量。同時(shí)采用合適水流量流經(jīng)磁化器后的水分別攪拌不同鋼渣粉摻量混凝土，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后得出合適鋼渣粉摻量。

1 試驗(yàn)方案

1.1 水流量的的選擇

普通自來(lái)水流經(jīng)磁化器后便可得到磁化水，而影響磁化水磁化效果的因素之一是水流經(jīng)磁化器時(shí)水流量的大小。

試驗(yàn)采用ZL-FE-4型號(hào)流量計(jì)，根據(jù)其工作量程范圍，選取0 L/min、4 L/min、6 L/min、8 L/min、10 L/min、12 L/min、14 L/min、16 L/min、18 L/min和20 L/min十種不同水流量流經(jīng)磁化器后進(jìn)行試驗(yàn)。儀器如圖1所示。

1.2 磁化器的選擇

文獻(xiàn)[6]的試驗(yàn)結(jié)果表明，磁感應(yīng)強(qiáng)度控制在232.3～293.78 mT范圍內(nèi)時(shí)，水的磁化效果較好。由于水在磁場(chǎng)作用下黏度和表面張力減小，加快了與其他物質(zhì)水化反應(yīng)的進(jìn)行，生成更多水化產(chǎn)物，因此混凝土強(qiáng)度得到提高。

磁化儀器選用北京大禹聯(lián)合環(huán)?？萍奸_(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度285 mT的磁化器。外形如圖2所示。

1.3 試驗(yàn)材料的選擇

玄武巖纖維摻量和鋼渣粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能影響作用較大，試驗(yàn)在文獻(xiàn)[7]基礎(chǔ)上選取3 kg/m3玄武巖纖維摻量和15 %鋼渣粉摻量分別進(jìn)行十種不同水流量流經(jīng)磁化器后的水對(duì)玄武巖纖維鋼渣粉混凝土7 d抗壓強(qiáng)度影響試驗(yàn)，得出合適水流量。在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步細(xì)化鋼渣粉摻量試驗(yàn)，得出合適鋼渣粉摻量。

2 配料與試驗(yàn)方法

2.1 配料

選用PO 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、粒徑5～20 mm級(jí)配碎石、淮河中砂、短切長(zhǎng)度16 mm玄武巖纖維以及比表面積為450 m2/kg的鋼渣粉進(jìn)行試驗(yàn)。玄武巖纖維采用外摻方式摻入，鋼渣粉采用內(nèi)摻方式等質(zhì)量代替水泥摻入。試驗(yàn)中混凝土的配合比為：水泥∶水∶砂∶石子=1∶0.48∶1.79∶2.19；試驗(yàn)中的水膠比為0.48，砂率為45 %。

2.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)對(duì)C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土進(jìn)行7 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。每組制作三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，養(yǎng)護(hù)24 h后拆模，同一養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7 d后按照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，采用TYE-2000型試驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3 磁化水玄武巖纖維鋼渣粉混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析

磁化水對(duì)玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早期抗壓強(qiáng)度有明顯影響。10種不同水流量流經(jīng)磁化器后的水分別攪拌混凝土，再進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

文獻(xiàn)[8]分析了混凝土的滲透性與壓力之間的關(guān)系，結(jié)果表明混凝土早期水化不徹底，導(dǎo)致內(nèi)部孔隙較多，降低了混凝土強(qiáng)度。由表1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，外摻纖維的基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度為25.3MPa，與文獻(xiàn)[9]研究結(jié)果保持一致。

采用普通自來(lái)水?dāng)嚢杌炷粒?5%鋼渣粉摻量替代水泥時(shí)，混凝土7d抗壓強(qiáng)度為23.5MPa。鋼渣粉等質(zhì)量替代水泥后，由于其水化作用緩慢以及活性較低，導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度降低，鋼渣粉摻量越大對(duì)混凝土強(qiáng)度影響就越大[10]59。采用磁化水?dāng)嚢杌炷梁?，混凝土抗壓?qiáng)度均高于該強(qiáng)度值。流經(jīng)磁化器的水流量為16L/min時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值26.6MPa，抗壓強(qiáng)度較用普通水?dāng)嚢璧幕炷量箟簭?qiáng)度增長(zhǎng)幅度達(dá)13.2 %，磁化效果最好。試驗(yàn)結(jié)果表明，磁化水有效彌補(bǔ)了玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早期強(qiáng)度的不足。這是由于磁化水?dāng)嚢杌炷習(xí)r，水分子鍵發(fā)生改變，彼此之間引力減小，更容易與水泥發(fā)生反應(yīng)，生成更多水化產(chǎn)物，填充了混凝土中的孔隙[11]，混凝土強(qiáng)度得到提高；另外磁化水可以使混凝土溶液中的Ca（OH）2飽和析晶，加快了誘導(dǎo)期的結(jié)束和混凝土水化，提高了水泥漿體的強(qiáng)度[12]，混凝土強(qiáng)度得到增強(qiáng)。

水流量/（L·min-1）

根據(jù)表1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早期抗壓強(qiáng)度與流經(jīng)磁化器的不同水流量之間關(guān)系曲線，如圖3所示。十組試驗(yàn)中的三十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊按照混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，對(duì)7d抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析得，試驗(yàn)中流經(jīng)磁化器的水流量分別為4L/min、10L/min和16L/min時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度值分別對(duì)應(yīng)為24.4MPa、25.8MPa和26.6MPa；對(duì)比10種不同水流量下磁化水對(duì)玄武巖纖維鋼渣粉混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果，最大強(qiáng)度值出現(xiàn)在水流量16L/min時(shí)，強(qiáng)度提高幅度最大。因此，試驗(yàn)中流經(jīng)磁化器的合適水流量為16L/min。

4 鋼渣粉摻量對(duì)磁化水玄武巖纖維鋼渣粉混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)分析

不同鋼渣粉摻量下，混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

鋼渣粉等量替代水泥后，采用16L/min水流量流經(jīng)磁化器后的水分別攪拌不同鋼渣粉摻量下玄武巖纖維鋼渣粉混凝土，再進(jìn)行混凝土7 d抗壓強(qiáng)度力學(xué)性能試驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著鋼渣粉摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸降低。鋼渣粉摻量為10%時(shí)，混凝土早期抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值27.6MPa；鋼渣粉摻量分別為12%、14%、16%和18%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)對(duì)應(yīng)為26.9MPa、26.7MPa、25.7MPa和25.4MPa。這主要是由于鋼渣粉摻量的增加，混凝土中未水化的鋼渣粉顆粒含量增多，進(jìn)而加大了水泥漿基體的空隙率，導(dǎo)致強(qiáng)度下降[13]。

根據(jù)表2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制鋼渣粉摻量與混凝土早期抗壓強(qiáng)度之間關(guān)系曲線，如圖4所示。隨著鋼渣粉摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度明顯下降，摻量達(dá)18%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最低值25.4MPa。這是由于鋼渣粉替代水泥比例的不斷增大，水泥含量相對(duì)減少，使得鋼渣復(fù)合膠凝材料水化的誘導(dǎo)期延長(zhǎng)，生成的水化產(chǎn)物隨之減少，進(jìn)而降低了混凝土早期強(qiáng)度[10]58。

鋼渣粉摻量對(duì)不同齡期下混凝土力學(xué)性能影響情況不一樣，對(duì)早期強(qiáng)度影響比較明顯，本試驗(yàn)主要分析其對(duì)混凝土7 d抗壓強(qiáng)度的影響情況。鋼渣粉摻量范圍分別對(duì)應(yīng)為10%～12%、12%～15%、15%～16%和16%～18%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度分別為2.54%、1.12%、3.38%和1.17%。鋼渣粉摻量在12%～15%范圍內(nèi)時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度最小，同時(shí)滿足強(qiáng)度要求，摻量超過(guò)15%時(shí)強(qiáng)度大幅下降，試驗(yàn)結(jié)果表明，合適的鋼渣粉摻量范圍12%～15%。

5 結(jié) 論

1）10種不同水流量流經(jīng)磁化器后的水分別攪拌玄武巖纖維鋼渣粉混凝土，結(jié)果表明合適水流量為16L/min，此時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度為26.6MPa，較未用磁化水?dāng)嚢璧幕炷翉?qiáng)度提高了13.2%。

2） 16L/min水流量流經(jīng)磁化器后的水?dāng)嚢杌炷?，隨著鋼渣粉摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度呈逐漸降低趨勢(shì)，鋼渣粉合適摻量范圍為12%～15%。

3） 鋼渣粉等量代替水泥的技術(shù)，符合環(huán)境友好型社會(huì)發(fā)展要求，另外磁化水的試驗(yàn)效果較好，為玄武巖纖維鋼渣粉混凝土的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 艾紅梅，白軍營(yíng). 環(huán)境協(xié)調(diào)型綠色混凝土的發(fā)展[J]. 混凝土，2010（12）：93-95.

[2] 吳釗賢，袁海慶，盧哲安，等. 玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]. 混凝土，2009（9）：67-68.

[3] 鄧侃，劉家祥，涂昆，等. 摻無(wú)機(jī)纖維鋼渣膠凝材料的理化特性[J]. 礦產(chǎn)綜合利用，2015（1）：73-80.

[4] 趙華瑋，代學(xué)靈，曾憲桃，等. 磁化水降低噴射混凝土粉塵含量的試驗(yàn)研究[J]. 采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，25（3）：371-374.

[5] 張柱銀，王應(yīng)樂(lè)，陳開(kāi)明，等. 鋼渣摻量對(duì)混凝土膠砂影響研究[J]. 硅酸鹽通報(bào)，2015，34（1）：120-124.

[6] 丁振瑞，趙亞軍，陳鳳玲，等. 磁化水的磁化機(jī)理研究[J]. 物理學(xué)報(bào)，2011，60（6）：1-8.

[7] 李巖，馬芹永. 鋼渣粉對(duì)玄武巖纖維混凝土7d和28d壓拉性能影響的試驗(yàn)分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2016，16（15）：291-294.

[8] 汪曉霞. 壓力作用下混凝土滲透性與尺寸變化研究[J]. 安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，35（3）：67-70.

[9] 付其，馬芹永，朱迎. 鋼渣粉和玄武巖纖維對(duì)混凝土壓拉性能影響的試驗(yàn)分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15（33）：224-226.

[10] 劉攀，侍克斌，努爾開(kāi)力·依孜特羅甫，等. 鋼渣高性能混凝土抗壓強(qiáng)度及早期抗裂性能研究[J]. 混凝土，2014（5）：57-59.

[11] 方江華，張景鈺，姜玉松. 磁化水混凝土應(yīng)用中幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的研究[J]. 安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，24（2）：18-22.

[12] 汪浩然，馬芹永. 磁化水鋼纖維混凝土壓拉性能試驗(yàn)與分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015，11（3）：607-611.

[13] 鄧海斌，王海龍，彭琪雯，等. 鋼渣粉硅灰混凝土的力學(xué)性能及耐久性研究[J]. 混凝土，2014，（12）：97-100.

（責(zé)任編輯：李 麗，編輯：丁 寒）