矿渣及粉煤灰混凝土力学性能试验研究

于 贵 霞

(江海职业技术学院，江苏 扬州 225101)



矿渣及粉煤灰混凝土力学性能试验研究

于 贵 霞

(江海职业技术学院，江苏 扬州 225101)

将矿渣和粉煤灰分别等掺量替代水泥，制备了矿渣混凝土和粉煤灰混凝土立方体试件，检测了不同龄期的混凝土抗压强度，探讨了其力学性能变化规律，试验结果表明：在等量替代水泥的情况下，矿渣混凝土比粉煤灰混凝土的抗压强度大；粉煤灰混凝土的后期强度比普通混凝土大；矿渣、粉煤灰混凝土随着掺量的增大，其强度均不断降低。

矿渣，粉煤灰，混凝土，抗压强度

0 引言

在2016年的政府工作报告中，李克强总理指出，积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑，提高建筑工程标准和质量[1]。装配式建筑是绿色、环保、低碳、节能型建筑，可以实现建筑部件化、建筑工业化和产业化，是我国建筑业发展的必然趋势。而装配式建筑对混凝土的性能也提出了更高的要求[2,3]。

根据国家现行规范，装配式结构设计时宜采用高强混凝土和高强钢筋[4]。作为一种新的建筑材料，高强混凝土是指用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿渣、矿渣、硅粉等混合料，经过常规工艺生产而获得密度大、孔隙率低、抗压强度高的混凝土。目前，矿渣和粉煤灰是目前最常用的两种矿物掺合料[5,6]。

1 试验目的

通过将矿渣和粉煤灰两种不同的掺合料分别等掺量取代水泥的用量，对矿渣、粉煤灰混凝土进行配合比设计试验，检测混凝土试件不同龄期的抗压强度，研究矿渣和粉煤灰对混凝土力学性能的影响，并为后续的相关研究提供一定的参考依据。

2 试验材料及配合比

水泥：R42.5号普通硅酸盐水泥；细骨料：天然中砂；粗骨料：粒径5 mm～20 mm的碎石；粉煤灰：Ⅰ级；矿渣：S105磨细矿渣；其中，矿渣、粉煤灰掺量为等质量替代水泥。上述试验材料通过计算得出混凝土配合比(质量比)，如表1所示。

表1 混凝土配合比

3 试件制作与分组

制作100 mm×100 mm×100 mm的混凝土立方体试件，在温度为20 ℃±5 ℃的环境中静置24 h后编号、拆模。拆模后即放入标准实验室条件下进行养护，养护时间分别为7 d，14 d，28 d，60 d，90 d。将制作好的混凝土试件按照表1进行编号，其中基准组混凝土试件为O，矿渣掺量10%，20%，30%，分别编号为A1，A2，A3，同理粉煤灰混凝土的编号分别为B1，B2，B3。

4 试验结果及分析

记录各组混凝土试件的立方体抗压强度，结果如表2所示。

表2 各组混凝土试件在不同龄期时的立方体抗压强度 MPa

将表2中的数据进行分析，所得结果如图1所示。

从图1中各组混凝土试件龄期—抗压强度的关系曲线可以看出：

1)随着龄期的增长，各组混凝土试件的抗压强度不断增大。养护60 d以后，各组混凝土试件的立方体抗压强度逐渐趋于稳定状态，不再持续增大。

混凝土抗压强度的增大过程就是混凝土不断凝结硬化的过程，该过程其实是水泥水化反应的结果。水化产物的生成速度大于其扩散速度，当达到其饱和状态时就会析出沉淀而成为高度分散的凝胶体。随着凝胶体不断增加和水不断减少，水泥浆逐渐失去塑性。同时，反应生成的沉淀物贯穿于凝胶体之间而逐渐形成具有一定强度的水泥石。随着水化反应的不断进行，水泥石的强度也越来越大。混凝土龄期在60 d以后，水泥熟料的水化反应逐渐停止，反应生成物越来越少，不能再继续填充混凝土的内部孔隙，所以混凝土强度不再增大。

2)7 d～28 d的早期强度：矿渣混凝土(A组)最大，普通混凝土(O组)次之，粉煤灰混凝土(B组)最小。

矿渣微粉经骤冷处理来不及结晶而形成玻璃体结构，其中Al2O3含量较高，因此具有比粉煤灰更大的化学活性。同时，矿渣经过磨细后能使其活性较快地发挥出来，而粉煤灰中的活性物质反应较慢，所以矿渣混凝土的早期强度优势更加明显，在实际工程应用中可以加快施工进度，特别适合于冬季施工中。另外，由于在制备粉煤灰混凝土时，粉煤灰直接取代部分水泥，而没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产物少而强度发展缓慢。

3)在28 d～60 d期间，粉煤灰混凝土的后期强度增长较快，60 d时抗压强度已超过了普通混凝土的强度。

粉煤灰混凝土的后期强度增长较快主要有以下原因：a.粉煤灰中含有70%以上的完整、光滑、致密的玻璃微珠，改变了混凝土的初始结构及硬化后的多种功能，使得混凝土更加匀质和密实。b.粉煤灰是人工火山灰质材料，和水泥水化产生的氢氧化钙反应能填充孔隙，并产生后期强度，即“火山灰效应”。c.粉煤灰中粒径很小的微珠、碎屑能明显地改善和增强混凝土的致密性和结构强度。

4)在整个养护过程中，与粉煤灰混凝土和普通混凝土相比，矿渣混凝土的抗压强度最大。

磨细矿渣粉虽然替代了部分水泥，减小了水泥中Ca2+的含量，但是却由于自身含有较多Ca2+也给混凝土提供了一定量的Ca2+，而粉煤灰中CaO的含量却很低(一般仅为1%～5%)，在相同掺量情况下，使得矿渣混凝土内部的Ca(OH)2含量比粉煤灰混凝土的多。粉煤灰混凝土中发生的化学反应中是依靠水泥水化产生的碱性环境进行的二次反应，所以Ca(OH)2含量越少，粉煤灰混凝土的反应越慢，故而其抗压强度越低。

5)随着龄期的不断发展，矿渣、粉煤灰的掺量越大(A1>A2>A3,B1>B2>B3),相应混凝土试件的抗压强度反而越低。

混凝土的匀质性和致密性由于矿渣、粉煤灰矿合料的掺入而有所改善，从而使得混凝土的抗压强度得到提高。当矿渣、粉煤灰掺量不断增大时，混凝土内部的胶凝材料逐渐减少，即参与水化反应的反应物浓度越来越小，同时矿物掺合料中的活性物质的有利作用也逐渐减弱，最终导致混凝土抗压强度随着矿渣、粉煤灰掺量的增大而不断降低。

5 结语

1)在相同掺量(10%，20%，30%)情况下，矿渣混凝土比粉煤灰混凝土的抗压强度大，且比普通混凝土的强度也大。

2)养护前期，粉煤灰混凝土低于普通混凝土的强度，且发展速度较慢；龄期发展到后期，粉煤灰混凝土的抗压强度高于普通混凝土的强度，且发展速度较快。

3)随着矿物掺合料掺量的不断增大，矿渣、粉煤灰混凝土的抗压强度反而逐渐降低。同时，随着龄期的不断增加，各组混凝土试件的抗压强度均不断提高，最终趋于稳定状态。

[1] 解读政府工作报告——工程建设领域四大重点[J].工程建设标准化，2016(3)：36-37.

[2] 齐宝库，张 阳.装配式建筑发展瓶颈与对策研究[J].沈阳建筑大学学报(社会科学版)，2015(2)：101-102.

[3] 李 滨.我国预制装配式建筑的现状与发展[J].中国科技信息，2014(7)：44-46.

[4] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[5] 杨颖志.养护条件对矿渣混凝土力学性能的影响研究[J].山西建筑，2016，42(7)：127-128.

[6] 杜代军，温以华.粉煤灰混凝土的试验研究[A].建筑科技与管理学术交流会论文集[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

于贵霞(1987- )，女，硕士，助教

TU528

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