朱加亮，吉卓禮*，梁小輝，王建文，陳萬勝，王育坤

（1.六盤水師范學(xué)院，貴州六盤水 553000；2.陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司，陜西神木 719300）

隨著我國(guó)改革開放和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，我國(guó)的建設(shè)規(guī)模日益增大，為了適應(yīng)建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，混凝土材料在現(xiàn)代社會(huì)被賦予更高的要求，并且作為新型高技術(shù)的材料成為工程界的關(guān)注。最近幾年來在土木工程材料領(lǐng)域的研究，已然變成利用活性的礦物摻合料來配置混凝土[1-2]。目前高性能混凝土越來越多地應(yīng)用于高速鐵路、跨海大橋、高層建筑等工程中。由于高性能混凝土出現(xiàn)的時(shí)間不是很長(zhǎng)，雖然目前對(duì)其已經(jīng)進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，但對(duì)其長(zhǎng)期性能的了解還不是很充分，致使在將高性能混凝土用于大跨度橋梁、改善橋梁性能的同時(shí)，也出現(xiàn)了多種問題，其中比較突出的是特大跨橋梁結(jié)構(gòu)混凝土開裂和箱梁過度下?lián)霞安l(fā)癥。高強(qiáng)混凝土能夠減輕地基負(fù)荷和減少結(jié)構(gòu)的斷面。因?yàn)閯偠却蠛妥冃涡〉奶攸c(diǎn)可以施加較大的預(yù)應(yīng)力和更早地施加預(yù)應(yīng)力。但高強(qiáng)混凝土也有不利的條件，例如對(duì)原材料的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，延性差、脆性大等?；炷劣上鄬?duì)水泥質(zhì)量10%的FBCC 添加劑制作而成[3]。

1 配合比計(jì)算

根據(jù)規(guī)范JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[4]，通過計(jì)算和試拌來確定本試驗(yàn)所制備C60 混凝土強(qiáng)度的配合比。試驗(yàn)將六盤水地區(qū)的礦渣粉煤灰復(fù)合摻合料分別替代水泥的20%、30%、40%，其中復(fù)合摻和料中礦渣與粉煤灰的比例按照0∶100%、30%∶70%、50%∶50%、70%∶30%和100%∶0 的比例配制混凝土。抗壓性能測(cè)試和抗拉性能測(cè)試各做16 組試件，其中2 組為基準(zhǔn)水泥混凝土（不摻礦渣與粉煤灰）試件，用來做對(duì)比試驗(yàn)。配合比的計(jì)算步驟見表1—4。

表1 基準(zhǔn)混凝土配合比

表2 總摻量20%混凝土配合比

表3 總摻量30%混凝土配合比

表4 總摻量40%混凝土配合比

2 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

測(cè)定混凝土抗壓強(qiáng)度的目的是檢驗(yàn)混凝土的抗壓強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。由公式（1）進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算

式中：fcu為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，MPa；F為立方體抗壓破壞荷載，kN；A為試件受壓面積，mm2。

礦渣和粉煤灰復(fù)摻總量為20%、30%、40%的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度值如圖1—3 所示。

如圖1 所示，在礦渣和粉煤灰總摻量為20%時(shí)，對(duì)照空白組67.94 MPa 可知，在礦渣與粉煤灰5 種摻比中的比例為50%∶50%、0∶100%、100%∶0 時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度值都有所提高，其中在比例50%∶50%時(shí)抗壓強(qiáng)度值最高為81.76 MPa。而在礦渣與粉煤灰比例為30%:70%和70%:30%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度值對(duì)照空白組有所降低，其中在比例為30%∶70%時(shí)抗壓強(qiáng)度值最低64.37 MPa。

如圖2 所示，在礦渣和粉煤灰總摻量為30%時(shí)，由基準(zhǔn)混凝土67.94 MPa 可知，在礦渣與粉煤灰的5 種摻比中，混凝土所得的抗壓強(qiáng)度值都高于空白組，其中礦渣與粉煤灰比例為50%:50%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度值最高為79.64 MPa，在礦渣與粉煤灰比例為0:100%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度值最低為69.45 MPa。

圖2 總摻量為30%抗壓強(qiáng)度值

如圖3 所示，當(dāng)?shù)V渣和粉煤灰的總摻量為40%時(shí)，對(duì)照空白組67.94 MPa 可知，在5 種摻比的混凝土中，礦渣與粉煤灰的比例為50%∶50%和100%∶0時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度值分別為73.04 MPa 和71.42 MPa，對(duì)照空白組是升高的。其他3 種摻比的混凝土的抗壓強(qiáng)度值分別為60.08、62.15、66.98 MPa，對(duì)比空白組有所降低。對(duì)比這5 種摻比的混凝土的抗壓強(qiáng)度值來看，在礦渣與粉煤灰的比例為50%∶50%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度值最大為73.04 MPa，比例為30%∶70%時(shí)的混凝土的抗壓強(qiáng)度值最小且低于空白組為60.08 MPa。

圖3 總摻量為40%抗壓強(qiáng)度值

如圖4 所示，單從礦渣與粉煤灰的占比來看，在礦渣和粉煤灰總摻量為20%時(shí)，礦渣與粉煤灰所占的比例為50%∶50%、0∶100%、100%∶0 的抗壓強(qiáng)度值較空白對(duì)照組來看都有提升，故總摻量為20%時(shí)，這3 種摻比的混凝土都適宜，且比例為50%∶50%時(shí)為最佳。但是比例為30%∶70%和70%∶30%的混凝土的抗壓強(qiáng)度值相較于空白對(duì)照組有所降低。故礦渣與粉煤灰的比例不適宜控制在這2 個(gè)比例中。在礦渣和粉煤灰總摻量為30%時(shí)，這5 種比例的混凝土的抗壓強(qiáng)度值都較空白對(duì)照組來說都有提升，故總摻量為30%時(shí)，這5 種摻比的混凝土都適宜，且比例為50%∶50%時(shí)為最佳。在礦渣和粉煤灰總摻量為40%時(shí)，礦渣與粉煤灰所占的比例為50%∶50%和100%∶0 這2 個(gè)比例的混凝土相較于空白對(duì)照組有所提高，其他3 個(gè)比例的混凝土的抗壓強(qiáng)度值有所下降，故在礦渣和粉煤灰總摻量為40%時(shí)，礦渣與粉煤灰的比例控制在50%∶50%和100%∶0 較適宜。

圖4 同比例不同摻量的抗壓強(qiáng)度值

3 結(jié)論

本文主要研究礦渣與粉煤灰以不同比例等量取代20%、30%、40%的硅酸鹽水泥，同時(shí)研究在同一個(gè)總摻量的前提下，礦渣和粉煤灰的不同比例即0∶100%、30%∶70%、50%∶50%、70%∶30%和100%∶0 的混凝土的性能試驗(yàn)。并與基準(zhǔn)混凝土（不摻復(fù)合摻合料純硅酸鹽水泥混凝土）進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明，單摻礦渣、單摻粉煤灰、雙摻礦渣與粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響有著差異性。其主要結(jié)論有以下幾點(diǎn)。

1）礦渣和粉煤灰復(fù)合摻合料等量取代普通硅酸鹽水泥，可以配制出力學(xué)性能良好的膠凝材料，且取代量較高。這樣的取代量對(duì)工業(yè)廢渣的廢物利用起到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并且對(duì)環(huán)境也有很大的保護(hù)作用。利用工業(yè)廢渣到混凝土中可以有效地減少水泥的用量，也可以降低水泥工業(yè)的成本，還能對(duì)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣再生利用，大幅度減少能源和資源消耗，同時(shí)還能夠改善膠凝材料的力學(xué)性能。

2）當(dāng)?shù)V渣與粉煤灰復(fù)合摻合料總量為30%時(shí)，礦渣與粉煤灰復(fù)合配制的5 種摻比混凝土都可達(dá)到基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)?shù)V渣與粉煤灰復(fù)合摻合料總量為40%時(shí)，礦渣與粉煤灰復(fù)合配制的5 種摻比混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)相對(duì)于總摻量20%、30%時(shí)有所降低。

3）礦渣和粉煤灰等摻合料，復(fù)合摻合到混凝土中，能夠與水泥中的水化物氫氧化鈣及高堿度的水化硅酸鈣等在有水條件下發(fā)生二次化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生良好的效果，如火山灰效應(yīng)。發(fā)生反應(yīng)生成的物質(zhì)能填充混凝土內(nèi)部的孔隙，使混凝土更加密實(shí)?；鹕交一钚暂^低導(dǎo)致混凝土早期的強(qiáng)度低[5]。