劉宇澤

(西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730124)

1 緒論

人們發(fā)現(xiàn)單摻一種礦物摻合料雖然均能提高混凝土的整體性能[1-3]，如利用鋼渣粉、粉煤灰、礦渣粉可以改善混凝土的工作性能及二次水化作用，但是單摻一種礦物摻合料的混凝土也存在一些缺陷，特別是摻量越大的時(shí)候，這些缺陷越突出。如大量摻入粉煤灰的混凝土的早期強(qiáng)度會降低，由于材料沒有足夠的堿度儲備，其抗碳化能力也會下降;大量摻入礦渣粉的混凝土的和易性不好，容易引入氣體，體積收縮率高，容易開裂;大量摻入鋼渣粉的混凝土早期強(qiáng)度低等。基于以上原因，一些專家學(xué)者就開始研究不同礦物摻合料之間的復(fù)合超疊加效應(yīng)[4-6]。由于不同的礦物摻合料的性能指標(biāo)(如化學(xué)組成、活性組分含量、細(xì)度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)等)都不相同，每一種摻合料都有自身的固有的特性，配出的混凝土也各有所長，因此將不同的摻合料復(fù)合來配制混凝土，根據(jù)現(xiàn)代復(fù)合材料理論，定能充分利用礦物摻合料自身的特性，發(fā)揮自身所長，來彌補(bǔ)單摻一種摻合料混凝土的性能缺陷。研究發(fā)現(xiàn)將硅粉與粉煤灰復(fù)合使用配制混凝土，不僅解決了粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展慢的問題，而且還能有效地解決摻加硅灰混凝土需水量大及混凝土早期收縮大的問題。周焱昌[7]經(jīng)大量研究提出大摻量礦渣—粉煤灰復(fù)合混凝土的力學(xué)性能和耐久性均居于大摻量礦渣混凝土和大摻量粉煤灰混凝土之間，與礦渣混凝土相差不大，但遠(yuǎn)高于粉煤灰混凝土。像這樣利用不同摻合料的復(fù)合效應(yīng)配制混凝土的實(shí)例還有很多，在此就不再一一列舉?；诖?，在本節(jié)主要研究了鋼渣粉與粉煤灰二元復(fù)合配制混凝土的工作性能和力學(xué)性能，分析比較了復(fù)合型摻合料的混凝土與單摻一種摻合料的混凝土的差異。

1.1 混凝土配合比

試驗(yàn)用的鋼渣粉為經(jīng)磨細(xì)的唐鋼的鋼渣，其比表面積為500 m2/kg，礦渣粉是唐山提供的S95級礦渣粉，其比表面積為450 m2/kg，水泥采用青島山水集團(tuán)生產(chǎn)的山水東岳牌42.5普通硅酸鹽水泥，粗集料采用的是石灰石碎石，細(xì)集料采用的是天然的中粗河砂，外加劑采用高效FDN。本試驗(yàn)是將鋼渣粉、粉煤灰作為摻合料，先固定鋼渣粉與粉煤灰的總的取代量為30%，來確定鋼渣粉與粉煤灰之間的最佳配比，在此基礎(chǔ)上，通過與基準(zhǔn)混凝土作比較，分析不同的取代量對混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響。本試驗(yàn)是按C30的強(qiáng)度等級設(shè)計(jì)混凝土的配合比。為了使試驗(yàn)有可比性，本試驗(yàn)固定水膠比為0.4，砂率為0.4，膠體材料為380 kg/m3，高效減水劑為1.6%，使鋼渣粉與粉煤灰取代水泥的量從20%～50%來變化的。以初始坍落度、不同齡期的抗壓強(qiáng)度作為考核指標(biāo)?；鶞?zhǔn)混凝土的膠凝材料全部是42.5的普通水泥配制的混凝土。具體的試驗(yàn)配比如表1所示。

表1 鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合配制混凝土的配合比

1.2 試驗(yàn)結(jié)果以及分析

1.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

按照上面的試驗(yàn)方法以及混凝土配合比進(jìn)行試驗(yàn)，成型混凝土試塊，得到不同摻量鋼渣粉和粉煤灰復(fù)合混凝土的初始坍落度，以及不同齡期的摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度，具體的試驗(yàn)值如表2所示。

1.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1)鋼渣粉與粉煤灰的比例對復(fù)合型摻合料混凝土的工作性能與力學(xué)性能的影響(見圖1)。

圖1 鋼渣粉與粉煤灰的比例對復(fù)合型摻合料混凝土的坍落度的影響

由表2及圖1可知，在固定總摻量為30%的鋼渣粉與粉煤灰的復(fù)合體系中，與基準(zhǔn)混凝土的初始坍落度相比，復(fù)合型摻合料混凝土的初始坍落度增加，并且隨著粉煤灰摻入量的增加而有不同程度的增加。因此可以說，鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合可以在一定的程度上改善混凝土的流動(dòng)性、和易性等工作性能，并且粉煤灰的需水性比鋼渣粉的要小。

由表2及圖2可看出，與基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度相比，摻加了鋼渣粉與粉煤灰的復(fù)合型摻合料混凝土的7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度大幅度降低。但是隨著粉煤灰摻量的增加對混凝土的7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度影響不大，而使90 d的抗壓強(qiáng)度得到明顯的提高。由此可見，粉煤灰對復(fù)合型摻合料混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展貢獻(xiàn)比較大。當(dāng)鋼渣粉與粉煤灰的比例為5∶5的時(shí)候，復(fù)合型摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，因此可以說，鋼渣粉與粉煤灰的最佳配比是5∶5。

圖2 鋼渣粉與粉煤灰的比例對復(fù)合型摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響

2)取代量對復(fù)合型摻合料混凝土的工作性能與力學(xué)性能的影響。

由表2及圖3可以看出，與基準(zhǔn)混凝土的初始坍落度相比，鋼渣粉與粉煤灰的復(fù)合摻合料混凝土的坍落度變大了，而且隨著總?cè)〈康脑黾佣胁煌潭鹊脑黾?。因此可以說，在混凝土的工作性能方面，鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合可以在一定程度上改善混凝土的流動(dòng)性、和易性等工作性能，鋼渣粉與粉煤灰之間有很好的適應(yīng)性。這兩種摻合料復(fù)合可以達(dá)到超疊加的效果。

由表2以及圖4可看出，復(fù)合型摻合料混凝土的7 d，28 d的抗壓強(qiáng)度小于基準(zhǔn)混凝土的值，即鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合降低了混凝土的早期強(qiáng)度。并且隨著總?cè)〈康脑黾?，?qiáng)度值降低的越快，特別是7 d強(qiáng)度更明顯。7 d的抗壓強(qiáng)度從29.13 MPa降低了14.85 MPa，下降幅度高達(dá)49%。但是，復(fù)合型摻合料混凝土的90 d的抗壓強(qiáng)度要明顯高于基準(zhǔn)混凝土。90 d的強(qiáng)度隨著取代量的增加是先增大再減小，在總?cè)〈啃∮?0%時(shí)，90 d的強(qiáng)度隨著取代量的增加而增加，在總?cè)〈窟_(dá)到30%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值，當(dāng)總?cè)〈看笥?0%時(shí)，90 d的強(qiáng)度隨著取代量的增加而降低，但是最終的強(qiáng)度值還是比基準(zhǔn)混凝土的大。因此，鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合的最佳取代量是30%。

圖3 總?cè)〈繉?fù)合型混凝土的坍落度的影響

圖4 總?cè)〈繉?fù)合型摻合料的抗壓強(qiáng)度的影響

2 結(jié)語

鋼渣粉與粉煤灰有較好的適應(yīng)性，鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合可以大大改善混凝土的工作性能，但是使復(fù)合型摻合料混凝土的早期強(qiáng)度大幅度降低。當(dāng)鋼渣粉與粉煤灰的比例為5∶5，取代量在30%以內(nèi)時(shí)，其后期強(qiáng)度隨取代量的增大而增大，90 d的抗壓強(qiáng)度超過基準(zhǔn)混凝土，當(dāng)取代量大于30%時(shí)，強(qiáng)度隨摻量的增加卻呈現(xiàn)出下降的趨勢，當(dāng)取代量為30%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值。因此鋼渣粉與粉煤灰的最佳取代量為30%。

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