趙夢柯

(機械工業(yè)第四設(shè)計研究院，廣東省珠海市519015)

蒸汽養(yǎng)護可提高早期強度，是水泥混凝土制品生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)[1]。粉煤灰是煤粉燃燒的產(chǎn)物，在水泥基材料中的應用已十分普遍[2，3]。粒化高爐礦渣來自礦石冶煉金屬的過程，作為水泥混合材和混凝土摻合料，可節(jié)約資源和改善混凝土的性能[4，5]。本文研究了粉煤灰和磨細礦渣摻量10% ～30%(質(zhì)量比，下同)及其比表面積400 m2/kg～500 m2/kg的變化范圍對蒸養(yǎng)混凝土力學性能的影響，從而為礦物摻合料在蒸養(yǎng)混凝土中的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 試驗材料

試驗材料包括:(1)粉煤灰:Ⅱ級粉煤灰，密度為2.37 g/cm3，化學成分見表 1;(2)磨細礦渣:密度2.83 g/cm3，化學成分見表1。(3)水泥:42.5 級普通硅酸鹽水泥，其主要化學成分見表1，其主要物理性能見表2。(4)集料:細集料為天然河砂，細度模數(shù)2.80，連續(xù)級配，表觀密度2676 kg/m3，空隙率40%;粗集料為巖石碎石，粒徑為5mm～25mm，表觀密度2676 kg/m3，有機物含量檢測合。(5)減水劑:聚羧酸高效減水劑，含氣量為6.1%，固含量為22%，減水率為27%。

表1 原料主要化學成分

表2 水泥的物理性能

2 試驗方法

表3 粉煤灰蒸養(yǎng)混凝土配合比

試驗討論了粉煤灰及磨細礦渣10%～30%摻量以及400～500 m2/kg不同比表面積對蒸養(yǎng)混凝土力學性能的影響。試樣成型依據(jù)GB50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。試樣尺寸為100 mm×l00 mm×100 mm，每組3塊，試樣在溫度為20℃、相對濕度為98%的環(huán)境中養(yǎng)護2h，隨后蒸養(yǎng)溫度4h內(nèi)升至60℃，后恒溫2h。試樣蒸養(yǎng)后在標養(yǎng)條件下養(yǎng)護到齡期，分別檢測8h抗壓強度(即脫模強度)，3d、7d、28d、56d及90d抗壓強度。礦物摻合料蒸養(yǎng)混凝土具體配比見表3和表4。

表4 礦渣蒸養(yǎng)混凝土配合比

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 粉煤灰蒸養(yǎng)混凝土力學試驗結(jié)果及分析

圖3 粉煤灰(400 m2/kg)對蒸養(yǎng)混凝土抗壓強度的影響

圖4 粉煤灰(450 m2/kg)對蒸養(yǎng)混凝土抗壓強度的影響

圖5 粉煤灰(500 m2/kg)對蒸養(yǎng)混凝土抗壓強度的影響

圖3 ～圖5為3種細度的粉煤灰不同摻量對蒸養(yǎng)混凝土各齡期抗壓強度的影響，由圖可見:(1)摻加了粉煤灰的蒸養(yǎng)混凝土(FAC1-FAC9)的脫模強度(8h)、3d和7d抗壓強度均低于基準混凝土的抗壓強度(PC)，且隨著粉煤灰摻量的增加，蒸養(yǎng)混凝土早期強度下降明顯。粉煤灰(400 m2/kg、450 m2/kg及500 m2/kg)摻量為10%的蒸養(yǎng)混凝土 (FAC1組、FAC4組及FAC7組)3d、7d抗壓強度分別為基準混凝土PC組的72.6% 和 90.4%、74.1% 和 96.3%、79.1% 和 94.3%;粉煤灰(400 m2/kg、450 m2/kg 及 500 m2/kg)摻量為30%的蒸養(yǎng)混凝土(FAC3組、FAC6組及FAC9組)3d、7d抗壓強度分別達到了基準混凝土PC組的62.7%和 78.3%、60%和 73.2%、54.6%和 69.1%。

粉煤灰蒸養(yǎng)混凝土早期抗壓強度明顯低于基準混凝土，原因在于粉煤灰自身沒有強度，且早期水化速率很低，除少量粉煤灰與Ca(OH)2及由熟料水化生成的高Ca/Si的水化硅酸鈣(C－S－H)凝膠發(fā)生二次水化反應，生成低Ca/Si的C－S－H凝膠，與水泥漿體形成特殊界面外，其余大量僅充當填料存在于混凝土內(nèi)部，并未對早期抗壓強度有太大貢獻[6－8]。

3.2 礦渣蒸養(yǎng)混凝土力學試驗結(jié)果及分析

圖6 礦渣(400 m2/kg)對蒸養(yǎng)混凝土抗壓強度的影響

圖7 礦渣(450 m2/kg)對蒸養(yǎng)混凝土抗壓強度的影響

圖8 礦渣(500m2/kg)對蒸養(yǎng)混凝土抗壓強度的影響

圖6 ～圖8為3種細度的礦渣不同摻量對蒸養(yǎng)混凝土各齡期抗壓強度的影響，由圖可見:

(1)摻加了礦渣的蒸養(yǎng)混凝土(SLC1-SLC9)的脫模強度(8h)略低于基準混凝土PC組的抗壓強度，礦渣(400m2/kg、450m2/kg及500m2/kg)摻量為10%的蒸養(yǎng)混凝土(SLC1組、SLC4組及SLC7組)8h脫模強度分別為基準混凝土 PC組的 98.2%、110.3%、106.2%。在低摻量(10%)條件下，蒸養(yǎng)混凝土隨比表面積的增加抗壓強度增加的原因在于礦渣自身具有一定的硬度，且自身早期水化速率雖達不到硅灰的水化速率迅速，但明顯超出粉煤灰水化速率。在早期硬化混凝土漿體中，礦渣部分水化生成了C-S-H凝膠，增強了微觀結(jié)構(gòu)，未水化部分充當了填充料，增強了內(nèi)部的硬度[9]。

(2)摻礦渣蒸養(yǎng)混凝土的3d、7d、28d抗壓強度均低于基準混凝土(PC)組的抗壓強度。原因亦在于礦物摻合料的火山灰反應需要水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2作為反應產(chǎn)物，即便混凝土成型期間攪拌均勻，硬化混凝土漿體內(nèi)部礦物摻合料的分布也未達到完全的均勻，故隨養(yǎng)護齡期的延長，水泥組分中的 C3S、C2S、C3A、C4AF等水化程度加深，生成致密的水化產(chǎn)物，其對基體強度的貢獻優(yōu)于部分水化不完全或者未水化僅作填充料的礦渣，故在抗壓強度上略低于純水泥的基準混凝土抗壓強度[10，11]。

(3)摻礦渣蒸養(yǎng)混凝土的56d、90d抗壓強度接近或超過基準混凝土PC組的抗壓強度。礦渣(400m2/kg、450m2/kg及500m2/kg)摻量為10%的蒸養(yǎng)混凝土(SLC1組、SLC4組及SLC7組)56d、90d抗壓強度分別為基準混凝土PC組的98%和105.6%、100.4% 和 110.7%、105.8% 和 113.6%;礦 渣(400m2/kg、450m2/kg及500m2/kg)摻量為20%的蒸養(yǎng)混凝土(SLC2組、SLC5組及SLC8組)56d、90d抗壓強度分別為基準混凝土PC組的93.8%和96.6%、89.3% 和 96.9%、82.4% 和 86.1%;礦渣(400m2/kg、450m2/kg及500m2/kg)摻量為30%的蒸養(yǎng)混凝土(SLC3組、SLC6組及SLC9組)56d、90d抗壓強度分別為基準混凝土 PC組的82.1%和89%、81.5%和88.7%、82.4%和 86.2%;

摻礦渣蒸養(yǎng)混凝土抗壓強度隨著養(yǎng)護齡期的增加而明顯提高，且隨著比表面積的增加，增長速率越快。這主要是由于在硬化混凝土后期階段，基體內(nèi)部水泥熟料水化程度較完全，基體內(nèi)部孔溶液可提供充足的Ca(OH)2與礦渣進行火山灰反應，生成次生的C-S-H凝膠，增強基體抗壓強度;且隨著礦渣比表面積的增大，增加了礦渣與水泥水化產(chǎn)物的接觸面積，使得單位時間內(nèi)參與火山灰反應的礦渣數(shù)量增加，從而使硬化混凝土漿體內(nèi)部致密化，對混凝土后期抗壓強度增加起到了輔助的作用[12～14]。

4 結(jié)論

(1)粉煤灰作為礦物摻合料降低了蒸養(yǎng)混凝土的早期強度，且粉煤灰細度的變化對早期蒸養(yǎng)混凝土的早期強度沒有顯著影響，隨著粉煤灰摻量的增加，粉煤灰蒸養(yǎng)混凝土的早期強度(8h、3d、7d)大幅下降，摻粉煤灰(400m2/kg、450m2/kg及500m2/kg)的蒸養(yǎng)混凝土脫模強度隨摻量的增加(10% ～30%)分別下降了31%、35%、44.6%;摻入適量粉煤灰(不超過20%)的蒸養(yǎng)混凝土養(yǎng)護至28d齡期后，抗壓強度可達到或超過基準混凝土抗壓強度;后期粉煤灰混凝土抗壓強度也具有類似的變化趨勢。

(2)礦渣摻入基本未改變蒸養(yǎng)混凝土的早期強度(與基準混凝土抗壓強度差值≤5MPa)，但隨著礦渣摻量的增加，混凝土的早期(8h、3d、7d)強度逐漸降低;摻礦渣蒸養(yǎng)混凝土的中后期(28d、56d、90d)強度隨摻量增加表現(xiàn)出類似趨勢，且比表面積的增大加劇了下降趨勢。除礦渣摻量30%的蒸養(yǎng)混凝土90d強度較低(84MPa～86MPa)，其余各配比礦渣蒸養(yǎng)混凝土均超過90MPa，最高達到108MPa。

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