摻鋼渣- 礦渣- 粉煤灰復(fù)合微粉混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度數(shù)學(xué)分析

陳新星，郭景秀，黃 婧，周志云

（1.凱里學(xué)院，貴州 凱里 556011；2.雷山縣水務(wù)局，貴州 雷山 557199；3.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093）

中國北方幅員遼闊，但不少地區(qū)在冬季溫度低，直接導(dǎo)致這些地區(qū)的房屋、道路、橋梁等建筑物受到凍融破壞，因此，混凝土抗凍性能的研究直接關(guān)系到北方鄉(xiāng)村振興的效果。

中國學(xué)者對(duì)混凝土的抗凍性能研究已經(jīng)開展多年，并取得了一定的成果。周志云等[1]的研究表明，聚丙稀纖維的加入提高了混凝土的抗凍性和抗鹽凍性。有很多學(xué)者對(duì)單摻鋼纖維、復(fù)摻礦物摻合料、混摻纖維面板混凝土的抗凍性能進(jìn)行了研究[2-4]。但是，當(dāng)下對(duì)摻鋼渣-礦渣-粉煤灰復(fù)合微粉混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度的研究較少。本試驗(yàn)通過對(duì)不同的復(fù)合微粉種類、不同摻量的混凝土在凍融循環(huán)后的強(qiáng)度值進(jìn)行分析，找出各因素對(duì)混凝土凍融循環(huán)后強(qiáng)度變化的影響規(guī)律，為將來的復(fù)合摻合料混凝土試驗(yàn)提供一些基礎(chǔ)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和方法。

1 摻和料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 摻和料

（1）鋼渣。采用上海寶鋼的鋼渣成品粉，檢測(cè)參照標(biāo)準(zhǔn)為YB/T 140-2009，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 鋼渣的成分（%）

（2）礦渣。采用南京某公司的粒化高爐礦渣粉，微粉級(jí)別為S95。

（3）粉煤灰。采用一級(jí)粉煤灰，密度為2 600 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用部分正交法，分為鋼渣摻量A、礦渣摻量B 和粉煤灰摻量C 3 種復(fù)合微粉。混凝土配合比見表2。

表2 混凝土試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土制作和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試件為邊長(zhǎng)100 mm 的混凝土立方體試塊，共225 個(gè)，分為5 個(gè)組，然后每組依次做未凍融即0 次凍融循環(huán)、25 次凍融循環(huán)、50 次凍融循環(huán)、75 次凍融循環(huán)和100次凍融循環(huán)，測(cè)量其試驗(yàn)后的抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果極差分析

本試驗(yàn)只涉及最基本的正交試驗(yàn)，稱為部分正交試驗(yàn)。強(qiáng)度試驗(yàn)因素水平數(shù)據(jù)見表3。按表4 進(jìn)行分組。

表3 強(qiáng)度試驗(yàn)因素水平

表4 部分正交試驗(yàn)

由圖1 可知，對(duì)于粉煤灰而言，在不同的凍融循環(huán)次數(shù)下，當(dāng)因素水平為7 時(shí)，粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)都較為突出，由此可知，對(duì)于本試驗(yàn)中抗凍混凝土而言，粉煤灰的較優(yōu)摻量為20%；對(duì)于鋼渣而言，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為75 次時(shí)，隨著因素水平的提高，混凝土的抗壓強(qiáng)度不大，都在18 MPa 上下，這表明在此種凍融循環(huán)下，鋼渣的摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度波動(dòng)幾乎沒 有影響；對(duì)于礦渣而言，4 個(gè)凍融循環(huán)次數(shù)下，混凝土強(qiáng)度波動(dòng)都比較大，當(dāng)凍融循環(huán)75 次，因素水平為7 時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度不到5 MPa，說明礦渣的抗凍性差。

圖1 不同凍融循環(huán)次數(shù)下因素水平與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

由表5 可知，當(dāng)混凝土未凍融時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度貢獻(xiàn)程度的順序?yàn)榈V渣>粉煤灰>鋼渣，這說明在常溫下，礦渣和粉煤灰能夠?yàn)榛炷撂峁┹^為穩(wěn)定的強(qiáng)度。當(dāng)凍融循環(huán)25 次時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度貢獻(xiàn)程度的順序?yàn)殇撛?粉煤灰>礦渣，這表明，在低次數(shù)凍融下，粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較為穩(wěn)定，鋼渣對(duì)混凝土的抗凍性能有一定的改善作用。當(dāng)凍融循環(huán)50 次和100 次時(shí)，3 種摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)程度相差無幾。此外，凍融100 次的抗壓強(qiáng)度整體上比凍融75 次的抗壓強(qiáng)度要大一些，說明在這段時(shí)間，對(duì)混凝土強(qiáng)度的增強(qiáng)作用大于凍融對(duì)混凝土強(qiáng)度的削減作用，這說明混凝土的養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土的抗凍性能有很大的影響。

表5 鋼渣- 礦渣- 粉煤灰混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果極差分析

2.2 試驗(yàn)結(jié)果方差分析

由表6 可知，在4 個(gè)凍融次數(shù)下，鋼渣對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度均有比較顯著的貢獻(xiàn)，這表明鋼渣對(duì)混凝土的抗凍性能有一定的影響。在凍融50 次和75 次時(shí)，礦渣和粉煤灰對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響顯著，這表明，一方面可能是鋼渣、礦渣和粉煤灰3 種摻合料發(fā)生了反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物對(duì)混凝土的抗凍性能有一定的提高，另一方面可能是復(fù)合摻合料縮短了混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，使混凝土的強(qiáng)度有所提高，從而提高了混凝土的抗凍性能。

表6 鋼渣- 礦渣- 粉煤灰混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果方差分析

3 試驗(yàn)結(jié)論

（1）對(duì)于鋼渣-礦渣-粉煤灰復(fù)合微粉混凝土而言，粉煤灰的較優(yōu)摻量為20%。

（2）在凍融循環(huán)50 次和75 次時(shí)，礦渣和粉煤灰對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響顯著，這表明，一方面可能是鋼渣、礦渣和粉煤灰3 種摻合料發(fā)生了反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物對(duì)混凝土的抗凍性能有一定提高，另一方面可能是復(fù)合摻合料縮短了混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，使混凝土的強(qiáng)度有所提高，從而提高了混凝土的抗凍性能。

（3）當(dāng)凍融循環(huán)25 次時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度貢獻(xiàn)程度順序?yàn)殇撛?粉煤灰>礦渣。