掺钢渣- 矿渣- 粉煤灰复合微粉混凝土冻融循环后抗压强度数学分析

2022-09-14陈新星郭景秀周志云

科学技术创新 2022年25期

陈新星，郭景秀，黄婧，周志云

（1.凯里学院，贵州凯里 556011；2.雷山县水务局，贵州雷山 557199；3.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093）

中国北方幅员辽阔，但不少地区在冬季温度低，直接导致这些地区的房屋、道路、桥梁等建筑物受到冻融破坏，因此，混凝土抗冻性能的研究直接关系到北方乡村振兴的效果。

中国学者对混凝土的抗冻性能研究已经开展多年，并取得了一定的成果。周志云等[1]的研究表明，聚丙稀纤维的加入提高了混凝土的抗冻性和抗盐冻性。有很多学者对单掺钢纤维、复掺矿物掺合料、混掺纤维面板混凝土的抗冻性能进行了研究[2-4]。但是，当下对掺钢渣-矿渣-粉煤灰复合微粉混凝土冻融循环后抗压强度的研究较少。本试验通过对不同的复合微粉种类、不同掺量的混凝土在冻融循环后的强度值进行分析，找出各因素对混凝土冻融循环后强度变化的影响规律，为将来的复合掺合料混凝土试验提供一些基础的试验数据和方法。

1 掺和料与试验设计

1.1 掺和料

（1）钢渣。采用上海宝钢的钢渣成品粉，检测参照标准为YB/T 140-2009，检测结果见表1。

表1 钢渣的成分（%）

（2）矿渣。采用南京某公司的粒化高炉矿渣粉，微粉级别为S95。

（3）粉煤灰。采用一级粉煤灰，密度为2 600 g/cm3。

1.2 试验方案设计

本试验采用部分正交法，分为钢渣掺量A、矿渣掺量B 和粉煤灰掺量C 3 种复合微粉。混凝土配合比见表2。

表2 混凝土试验配合比

1.3 试验方法

参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土制作和抗压强度试验，试件为边长100 mm 的混凝土立方体试块，共225 个，分为5 个组，然后每组依次做未冻融即0 次冻融循环、25 次冻融循环、50 次冻融循环、75 次冻融循环和100次冻融循环，测量其试验后的抗压强度。

2 试验结果和分析

2.1 试验结果极差分析

本试验只涉及最基本的正交试验，称为部分正交试验。强度试验因素水平数据见表3。按表4 进行分组。

表3 强度试验因素水平

表4 部分正交试验

由图1 可知，对于粉煤灰而言，在不同的冻融循环次数下，当因素水平为7 时，粉煤灰对混凝土强度的贡献都较为突出，由此可知，对于本试验中抗冻混凝土而言，粉煤灰的较优掺量为20%；对于钢渣而言，当冻融循环次数为75 次时，随着因素水平的提高，混凝土的抗压强度不大，都在18 MPa 上下，这表明在此种冻融循环下，钢渣的掺量对混凝土强度波动几乎没有影响；对于矿渣而言，4 个冻融循环次数下，混凝土强度波动都比较大，当冻融循环75 次，因素水平为7 时，混凝土抗压强度不到5 MPa，说明矿渣的抗冻性差。

图1 不同冻融循环次数下因素水平与抗压强度的关系

由表5 可知，当混凝土未冻融时，对混凝土强度贡献程度的顺序为矿渣>粉煤灰>钢渣，这说明在常温下，矿渣和粉煤灰能够为混凝土提供较为稳定的强度。当冻融循环25 次时，对混凝土强度贡献程度的顺序为钢渣>粉煤灰>矿渣，这表明，在低次数冻融下，粉煤灰对混凝土强度的贡献较为稳定，钢渣对混凝土的抗冻性能有一定的改善作用。当冻融循环50 次和100 次时，3 种掺合料对混凝土强度的贡献程度相差无几。此外，冻融100 次的抗压强度整体上比冻融75 次的抗压强度要大一些，说明在这段时间，对混凝土强度的增强作用大于冻融对混凝土强度的削减作用，这说明混凝土的养护对混凝土的抗冻性能有很大的影响。

表5 钢渣- 矿渣- 粉煤灰混凝土冻融循环后抗压强度试验结果极差分析

2.2 试验结果方差分析

由表6 可知，在4 个冻融次数下，钢渣对混凝土抗压强度均有比较显著的贡献，这表明钢渣对混凝土的抗冻性能有一定的影响。在冻融50 次和75 次时，矿渣和粉煤灰对混凝土的抗压强度的影响显著，这表明，一方面可能是钢渣、矿渣和粉煤灰3 种掺合料发生了反应，反应的产物对混凝土的抗冻性能有一定的提高，另一方面可能是复合掺合料缩短了混凝土的养护时间，使混凝土的强度有所提高，从而提高了混凝土的抗冻性能。