外摻礦渣粉水泥混凝土力學性能試驗研究

【摘要】本文通過在普通水泥混凝土中外摻不同比例的礦渣粉并進行抗折、抗壓及其他相關性能的試驗研究，揭示出外摻礦渣粉后，可以有效提高混凝土抗折、抗壓及其他相關力學性能。由試驗數據再回歸理論分析，提出礦渣粉改變普通水泥混凝土力學性能的理論依據。

【關鍵詞】礦渣粉；水泥混凝土；性能；試驗

引言：

普通水泥混凝土的抗壓強度、抗剪強度較高，而抗拉和抗折強度較低。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力。水泥混凝土路面施工養護時間長，開放交通時間晚，出現斷裂破壞后維修難度大、造價高，這些無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。長期以來，我國在水泥領域的研究較多，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，但是同時由于造價較高，水泥品質無法保障，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，不僅可以保護生態環境，還可以為我國工業交通事業的發展添磚加瓦，一舉兩得。在水泥混凝土中外摻礦渣粉就是一種新的嘗試，力求通過試驗對比分析改善水泥混凝土的力學性能幅度，再加以理論研究，為這一發現尋找合理的理論支撐。

一、抗折強度

（一）測試方法

混凝土的抗折強度是按照標準的制作方法制成150mm×150mm×550mm的梁形標準試件，在標準條件（溫度為20±2℃，相對濕度為95%以上）下，養護至不同齡期，按三分點加荷方式，測定其抗折強度。

（二）試驗數據

由于本次試驗數據結果見表1。

由上表中可以看出，在1天到7天這一時間段內，隨著礦渣的摻入量的增加，礦渣粉水泥混凝土的抗折強度增長得越快，也就是抗折強度增長率越大。比較普通混凝土與摻30%礦渣粉混凝土的抗折強度，可以發現，在1天到7天這一時間段內，摻30%礦渣粉混凝土比普通混凝土的抗折強度增長得要快。在7天后，摻30%礦渣粉的抗折強度比普通混凝土高。在2天的齡期中，摻30%礦渣粉的抗折強度達到了開放交通的要求（抗折強度不小于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、抗壓強度

（一）測試方法

混凝土立方體抗壓強度是按照標準的制作方法制作以邊長150mm標準立方體試件，在溫度為20±2℃，相對濕度為90%以上的潮濕環境或靜水中的養護條件下，采用標準試驗方法測得的混凝土極限抗壓強度。

（二）試驗數據

摻入礦渣粉后，不同齡期的水泥混凝土抗壓強度均有不同程度的提高。

三、其它部分力學性能

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規程》中的要求，對摻礦渣粉的水泥混凝土劈裂抗拉強度、軸心抗壓強度以及抗壓彈性模量進行試驗，試驗結果見表3。

試驗結果表明：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，這說明混凝土中摻入礦渣粉是提高混凝土剛度和體積穩定性的一種有效方法。劈裂抗拉強度與抗壓強度的變化規律和抗折強度的變化規津類似。

四、理論分析

通過外摻一定比例的礦渣粉改善了混凝土的內部結構，強化了混凝土中骨料與水泥漿的界面過渡區，改善了混凝土的力學性能可從以下三個方面來討論。

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速度，生成了更多的凝膠體和晶體，使水化產物在空間分布更加均勻，加速了膠凝材料的水化過程。

2.界面過渡區的改善

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渡區形成無害微孔。礦渣粉降低了Ca（OH）2在界面的富集和擇優取向，有利于界面過渡區結構的優化和界面粘結強度的提高。

3.填充空隙更加密實

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

結束語：

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、抗壓及其他相關力學性能，對礦渣粉這一工業廢棄物進行試驗探索，證明其在工程建設領域具有很好的利用價值，這對于我國目前節約社會成本、降低能耗、倡導環境保護和發展循環經濟具有一定的現實意義。

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