粉煤灰掺量对高钛型高炉渣无砂混凝土抗压强度影响研究

2017-04-06李建文李思源苟晨铭艾福斌甘国鑫

四川建筑 2017年4期

关键词：炉渣试块水泥浆

李建文, 钟菘,2,3, 李思源, 苟晨铭, 艾福斌, 甘国鑫

(1.攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川攀枝花 617000； 2.中材建设有限公司，北京 100176；3. 西华大学建筑与土木工程学院，四川成都 610039)

粉煤灰掺量对高钛型高炉渣无砂混凝土抗压强度影响研究

李建文1, 钟菘1,2,3, 李思源1, 苟晨铭1, 艾福斌1, 甘国鑫1

(1.攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川攀枝花 617000； 2.中材建设有限公司，北京 100176；3. 西华大学建筑与土木工程学院，四川成都 610039)

为研究粉煤灰掺量对高钛型高炉渣无砂混凝土抗压强度的发展规律，本试验用粉煤灰代替水泥掺入量的0 %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %和30 %进行研究，通过试验检测高钛型高炉渣无砂混凝土的7 d、14 d和28 d抗压强度。试验结果表明：高钛型高炉渣无砂混凝土的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加，其强度呈现先增加后减少的发展趋势。当粉煤灰掺量为20 %时，高钛型高炉渣无砂混凝土的抗压强度达到最大值；当粉煤灰掺量超过20 %时，高钛型高炉渣无砂混凝土的抗压强度呈现减小的发展规律。

高钛型高炉渣；粉煤灰；抗压强度

目前攀西地区用高钛型高炉渣作混凝土骨料被认为是综合利用矿渣材料的有效途径之一。这不仅解决了高钛型高炉渣占用大量土地、污染环境等问题，还节约大量的建筑材料，减少砂、石的大量开采。高钛型高炉渣混凝土在攀西地区的研究成果逐渐趋向成熟,工程建设的许多领域都开始大量使用高钛型高炉渣混凝土[1]。基于无砂混凝土被普遍运用在道路、地基处理和边坡支护等工程领域中，利用高钛型高炉渣制备无砂混凝土具有以下几点重要意义：可以较大幅度降低成本；拓宽高钛型高炉渣的应用领域；完善高钛型高炉渣混凝土的系统性研究；具有明显的社会效益、经济效益和环保效益，有利于攀西地区城市建设的可持续发展[2]。而目前国内外对高钛型高炉渣无砂混凝土的试验研究基本

处于空白阶段，因此，对高钛型高炉渣无砂混凝土的试验研究具有重要的现实意义。

1 试验原材料

高钛型高炉渣无砂混凝土是由水泥浆包裹高钛型高炉渣碎石形成骨架孔隙结构的混凝土材料。水泥、水和高钛型高炉渣碎石是组成高钛型高炉渣无砂混凝土的主要成份。

1.1 水泥

水泥是高钛型高炉渣无砂混凝土的重要组成材料，本试验采用攀枝花市瑞丰建材公司生产的P.O.42.5R级普通硅酸盐水泥。该水泥符合标准GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求，其物理力学性能如表1所示。

1.2 高钛型高炉渣碎石

高钛型高炉渣无砂混凝土对集料颗粒的形状、表观情况、吸水率和颗粒级配等有一定的要求，本试验碎石采用攀枝花环业公司生产的高钛型高炉渣碎石(图1、图2)，其形状、表观情况、吸水率和颗粒级配较普通碎石较差，对配制无砂混凝土有一定的影响。本实验骨料采用粒径在4.75～19 mm的高钛型高炉渣碎石，其基本性能如表2、表3所示。

1.3 粉煤灰

粉煤灰采用攀枝花市钢城集团综合工业分公司生产粉煤灰，其技术指标见表4，该粉煤灰为F类Ⅰ级。

2 试验方法

2.1 搅拌工艺

高钛型高炉渣无砂混凝土不掺细骨料，在高钛型高炉渣无砂混凝土的搅拌过程中，需要特别注意材料间的添加顺序，先将搅拌工具用水润湿，按固定的配合比设计，计算出每次试验所需原材料用量[3]。先将高钛型高炉渣粗骨料放在混凝土搅拌机中，将20 %的水洒在粗骨料表面，开动搅拌机，让粗骨料润湿，搅拌30 s后，停止搅拌机，掺入水泥及所需的粉煤灰，搅拌30 s后，倒入剩余的水，边加水边搅拌，搅拌时间为90 s后，停止搅拌，最后将拌合好的混合料装入150 mm×150 mm×150 mm的标准试模中。

2.2 成型工艺

高钛型高炉渣无砂混凝土含有大量的孔隙，在成型过程中与普通混凝土有很大的区别。普通混凝土在制作成型过程中通常采用振动成型，其目的是使混凝土密实，可以提高混凝土的强度及耐久性。但高钛型高炉渣无砂混凝土的结构不同于普通混凝土，高钛型高炉渣无砂混凝土粗骨料表面由水泥浆包裹嵌合而成，骨料间存在大量的孔隙，在成型制作过程中不宜采用振动或插捣的方法，采用振动的方法会使粗骨料表面的水泥浆被振失，水泥浆下滑会堵塞底部孔隙，不利于无砂混凝土的排水，同时粗骨料表面失去水泥浆，不利于骨料间的粘结，影响高钛型高炉渣无砂混凝土的抗压强度；采用插捣的方法，同样会由于插捣棒的冲击力使粗骨料表面的水泥浆下滑，堵塞其下部孔隙，不利于无砂混凝土的排水，同时粗骨料表面失去水泥浆，不利于骨料间的粘结，影响高钛型高炉渣无砂混凝土的抗压强度性能。所以高钛型高炉渣无砂混凝土在成型制作过程中采用静压成型，静压成型的方法能更好的实现高钛型高炉渣无砂混凝土集料间的嵌合密实，同时水泥浆也不会下沉堵塞下部孔隙[4]。本试验的具体方法是将拌合好的高钛型高炉渣无砂混凝土分两层装入标准试模中，拌合料高出试模沿10 mm左右。然后在拌合料上方放置一块150 mm×150 mm×30 mm的压板，尺寸与试模尺寸对应，用试验压力机以0.5 kN/s的速度施压至30 kN，稳定该压力值1 min，然后卸压，标准试块成型制作完成。

2.3 试块养护方法

高钛型高炉渣无砂混凝土试块在成型24 h后脱模，按照标准养护方法：在相对湿度95 %、温度20℃±2℃的环境中进行养护。

2.4 抗压强度试验方法

高钛型高炉渣无砂混凝土的抗压强度试验根据JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中T0553-2005的方法。试块的加载速度以0.3～0.5 MPa/s的速度进行加载，每组配合比分别测其7 d、14 d和28 d抗压强度，以3个试块测试值的算术平均值作为该组配合比的抗压强度值，计算结果精确至0.01 MPa。

高钛型高炉渣无砂混凝土试块的抗压强度按下式进行计算：

式中：fcu为试块的抗压强度(MPa)；F为试块破坏时的最大压力(N)；A为试块的截面面积(mm2)。

3 试验结果及分析

本试验用粉煤灰代替水泥掺入量的0 %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %和30 %进行研究分析，配合比设计中水灰比为0.5，灰集比为1∶5，通过试验测高钛型高炉渣无砂混凝土的7 d、14 d和28 d抗压强度，通过对比分析，研究不同粉煤灰掺量对高钛型高炉渣无砂混凝土抗压强度的影响。试验结果见表5、图3。

试验结果表明，当掺入粉煤灰后，高钛型高炉渣无砂混凝土的早期强度偏低，后期强度表现为正常。这是因为粉煤灰颗粒非常稳定，表面致密，粉煤灰中的活性物质与水泥水化产物反应进行比较缓慢，反应生成的水化产物C-S-H凝胶非常少，导致粉煤灰混凝土的早期强度偏低。当高钛型高炉渣无砂混凝土养护到7 d左右时，混合物中的Ca(OH)2浓度开始增大，并向孔隙中渗透，此时与粉煤灰颗粒开始频繁接触，进行水化反应，生成的C-S-H凝胶物质与水泥熟料水化生成稳定的产物，进而增强混凝土的强度，因此，混凝土的中后期强度表现正常。同时，粉煤灰本身对混凝土具有改性作用，可以提高混凝土的强度。这是因为高钛型高炉渣无砂混凝土粗骨料与水泥浆界面结合处堆积着大量的Ca(OH)2，造成界面结合处成为无砂混凝土的薄弱区域，而粉煤灰的火山灰可以与Ca(OH)2发生反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝体，增强了粗骨料与水泥浆之间的粘结力，从而提高高钛型高炉渣无砂混凝土的整体强度。