礦渣及粉煤灰混凝土力學性能試驗研究

于 貴 霞

(江海職業技術學院，江蘇 揚州 225101)

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礦渣及粉煤灰混凝土力學性能試驗研究

于 貴 霞

(江海職業技術學院，江蘇 揚州 225101)

將礦渣和粉煤灰分別等摻量替代水泥，制備了礦渣混凝土和粉煤灰混凝土立方體試件，檢測了不同齡期的混凝土抗壓強度，探討了其力學性能變化規律，試驗結果表明：在等量替代水泥的情況下，礦渣混凝土比粉煤灰混凝土的抗壓強度大；粉煤灰混凝土的后期強度比普通混凝土大；礦渣、粉煤灰混凝土隨著摻量的增大，其強度均不斷降低。

礦渣，粉煤灰，混凝土，抗壓強度

0 引言

在2016年的政府工作報告中，李克強總理指出，積極推廣綠色建筑和建材，大力發展鋼結構和裝配式建筑，提高建筑工程標準和質量[1]。裝配式建筑是綠色、環保、低碳、節能型建筑，可以實現建筑部件化、建筑工業化和產業化，是我國建筑業發展的必然趨勢。而裝配式建筑對混凝土的性能也提出了更高的要求[2,3]。

根據國家現行規范，裝配式結構設計時宜采用高強混凝土和高強鋼筋[4]。作為一種新的建筑材料，高強混凝土是指用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、F礦渣、礦渣、硅粉等混合料，經過常規工藝生產而獲得密度大、孔隙率低、抗壓強度高的混凝土。目前，礦渣和粉煤灰是目前最常用的兩種礦物摻合料[5,6]。

1 試驗目的

通過將礦渣和粉煤灰兩種不同的摻合料分別等摻量取代水泥的用量，對礦渣、粉煤灰混凝土進行配合比設計試驗，檢測混凝土試件不同齡期的抗壓強度，研究礦渣和粉煤灰對混凝土力學性能的影響，并為后續的相關研究提供一定的參考依據。

2 試驗材料及配合比

水泥：R42.5號普通硅酸鹽水泥；細骨料：天然中砂；粗骨料：粒徑5 mm～20 mm的碎石；粉煤灰：Ⅰ級；礦渣：S105磨細礦渣；其中，礦渣、粉煤灰摻量為等質量替代水泥。上述試驗材料通過計算得出混凝土配合比(質量比)，如表1所示。

表1 混凝土配合比

3 試件制作與分組

制作100 mm×100 mm×100 mm的混凝土立方體試件，在溫度為20 ℃±5 ℃的環境中靜置24 h后編號、拆模。拆模后即放入標準實驗室條件下進行養護，養護時間分別為7 d，14 d，28 d，60 d，90 d。將制作好的混凝土試件按照表1進行編號，其中基準組混凝土試件為O，礦渣摻量10%，20%，30%，分別編號為A1，A2，A3，同理粉煤灰混凝土的編號分別為B1，B2，B3。

4 試驗結果及分析

記錄各組混凝土試件的立方體抗壓強度，結果如表2所示。

表2 各組混凝土試件在不同齡期時的立方體抗壓強度 MPa

將表2中的數據進行分析，所得結果如圖1所示。

從圖1中各組混凝土試件齡期—抗壓強度的關系曲線可以看出：

1)隨著齡期的增長，各組混凝土試件的抗壓強度不斷增大。養護60 d以后，各組混凝土試件的立方體抗壓強度逐漸趨于穩定狀態，不再持續增大。

混凝土抗壓強度的增大過程就是混凝土不斷凝結硬化的過程，該過程其實是水泥水化反應的結果。水化產物的生成速度大于其擴散速度，當達到其飽和狀態時就會析出沉淀而成為高度分散的凝膠體。隨著凝膠體不斷增加和水不斷減少，水泥漿逐漸失去塑性。同時，反應生成的沉淀物貫穿于凝膠體之間而逐漸形成具有一定強度的水泥石。隨著水化反應的不斷進行，水泥石的強度也越來越大。混凝土齡期在60 d以后，水泥熟料的水化反應逐漸停止，反應生成物越來越少，不能再繼續填充混凝土的內部孔隙，所以混凝土強度不再增大。

2)7 d～28 d的早期強度：礦渣混凝土(A組)最大，普通混凝土(O組)次之，粉煤灰混凝土(B組)最小。

礦渣微粉經驟冷處理來不及結晶而形成玻璃體結構，其中Al2O3含量較高，因此具有比粉煤灰更大的化學活性。同時，礦渣經過磨細后能使其活性較快地發揮出來，而粉煤灰中的活性物質反應較慢，所以礦渣混凝土的早期強度優勢更加明顯，在實際工程應用中可以加快施工進度，特別適合于冬季施工中。另外，由于在制備粉煤灰混凝土時，粉煤灰直接取代部分水泥，而沒有采用任何加速成熟度的措施，因此早期粉煤灰混凝土中的水化產物少而強度發展緩慢。

3)在28 d～60 d期間，粉煤灰混凝土的后期強度增長較快，60 d時抗壓強度已超過了普通混凝土的強度。

粉煤灰混凝土的后期強度增長較快主要有以下原因：a.粉煤灰中含有70%以上的完整、光滑、致密的玻璃微珠，改變了混凝土的初始結構及硬化后的多種功能，使得混凝土更加勻質和密實。b.粉煤灰是人工火山灰質材料，和水泥水化產生的氫氧化鈣反應能填充孔隙，并產生后期強度，即“火山灰效應”。c.粉煤灰中粒徑很小的微珠、碎屑能明顯地改善和增強混凝土的致密性和結構強度。

4)在整個養護過程中，與粉煤灰混凝土和普通混凝土相比，礦渣混凝土的抗壓強度最大。

磨細礦渣粉雖然替代了部分水泥，減小了水泥中Ca2+的含量，但是卻由于自身含有較多Ca2+也給混凝土提供了一定量的Ca2+，而粉煤灰中CaO的含量卻很低(一般僅為1%～5%)，在相同摻量情況下，使得礦渣混凝土內部的Ca(OH)2含量比粉煤灰混凝土的多。粉煤灰混凝土中發生的化學反應中是依靠水泥水化產生的堿性環境進行的二次反應，所以Ca(OH)2含量越少，粉煤灰混凝土的反應越慢，故而其抗壓強度越低。

5)隨著齡期的不斷發展，礦渣、粉煤灰的摻量越大(A1>A2>A3,B1>B2>B3),相應混凝土試件的抗壓強度反而越低。

混凝土的勻質性和致密性由于礦渣、粉煤灰礦合料的摻入而有所改善，從而使得混凝土的抗壓強度得到提高。當礦渣、粉煤灰摻量不斷增大時，混凝土內部的膠凝材料逐漸減少，即參與水化反應的反應物濃度越來越小，同時礦物摻合料中的活性物質的有利作用也逐漸減弱，最終導致混凝土抗壓強度隨著礦渣、粉煤灰摻量的增大而不斷降低。

5 結語

1)在相同摻量(10%，20%，30%)情況下，礦渣混凝土比粉煤灰混凝土的抗壓強度大，且比普通混凝土的強度也大。

2)養護前期，粉煤灰混凝土低于普通混凝土的強度，且發展速度較慢；齡期發展到后期，粉煤灰混凝土的抗壓強度高于普通混凝土的強度，且發展速度較快。

3)隨著礦物摻合料摻量的不斷增大，礦渣、粉煤灰混凝土的抗壓強度反而逐漸降低。同時，隨著齡期的不斷增加，各組混凝土試件的抗壓強度均不斷提高，最終趨于穩定狀態。

[1] 解讀政府工作報告——工程建設領域四大重點[J].工程建設標準化，2016(3)：36-37.

[2] 齊寶庫，張 陽.裝配式建筑發展瓶頸與對策研究[J].沈陽建筑大學學報(社會科學版)，2015(2)：101-102.

[3] 李 濱.我國預制裝配式建筑的現狀與發展[J].中國科技信息，2014(7)：44-46.

[4] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[5] 楊穎志.養護條件對礦渣混凝土力學性能的影響研究[J].山西建筑，2016，42(7)：127-128.

[6] 杜代軍，溫以華.粉煤灰混凝土的試驗研究[A].建筑科技與管理學術交流會論文集[C].2014.

On dynamic performance tests of slag and fly ash concrete

Yu Guixia

(JianghaiVocationalCollege,Yangzhou225101,China)

The paper replaces the cement with the slag and fly ash, makes the slag concrete and fly ash concrete cubic specimens, tests the concrete compression with various ages, explores their laws of dynamic performance changes, and proves by the result that the slag concrete has higher compression than the fly ash concrete under the equal volume to replace the cement, the compression of the fly ash concrete in the later period is larger than the common concrete, the compression is gradually reduced with the increasing mixture of the slag and fly ash concretes.

slag, fly ash, concrete, compression

1009-6825(2016)22-0117-02

2016-05-23

于貴霞(1987- )，女，碩士，助教

TU528

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