养护龄期对地聚物混凝土强度的影响研究

韩爱红 汤小松 侯亚杰 牛宏祥

摘 要：地聚物混凝土的应用，其不仅可以实现对工业废料的再利用，还能够降低对水泥依赖，从而实现节能环保，低碳生产。此外，地聚物混凝土性能良好，能够在工程建设中发挥作用，需要进行大量研究。笔者主要对地聚物混凝土的强度指标进行研究，测得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的抗压强度和抗拉强度，研究养护龄期与地聚物混凝土强度的关系，同时进一步探索地聚物混凝土的其他性能。

关键词：地聚物混凝土;养护龄期;强度

中图分类号：TU528   文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）2-0085-03

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.020

Research on the Effect of Curing Ageon the Strength of

Geopolymer Concrete

HAN Aihong    TANG Xiaosong    HOU Yajie    NIU Hongxiang

（School of Ciril Egineering and Communicution North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450045，China）

Abstract：The application of geopolymer concrete can not only realize the reuse of industrial waste， but also reduce the dependence on cement， so as to achieve energy conservation and environmental protection， low carbon production.In addition，geopolymer concrete has good performance and can play a role in engineering construction，which needs a lot of research.The author mainly studied the strength index of geopolymer concrete，measured the compressive strength and tensile strength of geopolymer concrete at 3days，7days，28days，60days，90days，120days and 150days，explored the influence of curing age on the strength of geopolymer concrete，and further studies the mechanical proper ties of geopolymer concrete.

Keywords：geopolymerconcrete;curing age;strength

传统的混凝土胶凝材料基本以水泥为主，在生产过程中会消耗大量资源，造成环境污染，不能满足可持续发展的要求[1]。因此寻找若干种可以代替水泥的绿色胶凝材料迫在眉睫。

地质聚合物（Geopolymer，简称地聚物）的主要原材料为粉煤灰、矿渣等工业固体废物，其中都含有大量的铝硅酸盐。铝硅酸盐与碱激发剂反应产生的铝硅酸盐无机聚合物可以用作与水泥类似的胶凝材料，所以使用地聚物代替水泥拌制混凝土不仅可以减少水泥生產所带来的污染，还可以实现对工业废料的再利用，被称为一种新型的“绿色建筑材料”[2-3]。

近年来对于地聚物混凝土力学性能的研究，大多都是以标准养护下立方体的28 d抗压强度为基础，不能客观反映其中后期的抗压强度。因此，研究地聚物混凝土在较长龄期下的强度指标，对地聚物混凝土的研究具有重要意义[4]。

1 试验

1.1 原材料

粉煤灰是从煤燃烧后产生的烟气中收集的细灰，化学成分以SiO2和Al2O3为主，本试验使用的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，其化学组成见表1。

矿渣是矿石冶炼时从高炉中排出的废弃物，是一种富含硅铝的原材料，本试验使用的矿渣粉为级别为S95级，其化学组成见表2。

水玻璃是硅酸钠（Na2SiO3）的水溶液，硅酸钠在以水为分散剂的体系中为无色、略带色的透明或半透明黏稠状液体，其检测结果如表3所示。

氢氧化钠为NaOH为化学纯。

粗骨料为花岗岩碎石。

细骨料为普通河砂。

水为自来水。

1.2 配合比设计

相同原材料的不同配合比设计会对地聚物混凝土的性能产生较大影响，本试验查阅大量文献[5-6]，设计出一个较为成熟的配合比如表4所示。

1.3 制备方法

首先将称好的NaOH、水玻璃、水三者混合到一起，搅拌充分后直至冷却，作为本试验的激发剂;随后把粉煤灰、矿渣、碎石、河砂搅拌均匀，再把激发剂倒入搅拌机中搅拌;最后往100 mm的立方体模具中灌注已搅拌均匀的浆体，并在模具外露面贴一层塑料薄膜。硬化的地聚物混凝土试块用保鲜膜包裹两层以上，然后进行蒸汽养护[7]，到达指定龄期再取出进行性能研究[8]。

2 实验分析

2.1 抗压强度试验

依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2019），以200 t电液伺服式压力机上进行抗压强度试验[9]。

①将养护至指定龄期的试块从蒸汽养护室中取出，放置在阳光下晾晒10 min，用干毛巾把试块外表面擦拭干净后，把试块放置在下压板上，保证试块的中心与下压板的中心相互对齐，最后启动荷载。

②试验时的加载速率宜为0.2～0.6 MPa/s，且应匀速加载，加载至试块破坏变形时，活塞回退，记录下力值和强度，然后提升上压板，取出破坏试块，进行下一试块的加载;将同一龄期的6个试块的强度算术平均值作为该龄期的地聚物混凝土强度值。

本试验依次测得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的混凝土抗压强度值，并算出其平均值，如表5所示。

从表5可以看出，地聚物混凝土抗压强度与养护龄期同时增长，即养护龄期的增长促进地聚物混凝土抗压强度的增长。

以试验得出的抗压强度平均值作为对应龄期的地聚物混凝土抗压强度值，28 d试验抗压强度平均值为地聚物混凝土28 d抗压强度值，则龄期3 d的混凝土试块，劈裂抗压强度值为38.3 MPa，达到了28 d强度值的73.37%;当龄期为7 d时，劈裂抗压强度值为43.4 MPa，达到了28 d强度值的83.14%。

根据抗压强度随着龄期增加的变化可以看出，前3 d的抗压强度增长比较快，能够达到28 d抗压强度的73.37%以上，绘制出地聚物混凝土抗压强度随养护龄期的增长而变化的折线图如图1所示。

2.2 抗拉强度试验

混凝土劈裂抗拉试验的设备采用LM-02型数字测力仪，《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）规定加载[10]。

①用双手把试块放置到半圆柱形平台上，对中并扶稳，随后旋转上方圆盘，直至上部板接触到试件上表面，然后卡紧试件。

②启动测力仪，缓慢增加加载速度，直至0.5 kN/s，等待试件被劈裂;试件劈裂时关闭阀门，记下破坏荷载;劈裂抗拉强度按照公式（1）计算。

[fts=2FπA=0.636 6×2FA]    （1）

其中：fts为地聚物混凝土劈裂抗拉强度，MPa;F为试件破坏荷载，N;A为试件劈裂面积，mm2。

公式（1）是150 mm立方体标准试件的劈裂抗拉强度计算公式，当试件为100 mm立方体时，需要再乘以换算系数0.85[11]。

本试验依次测得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的混凝土抗拉强度，并计算其平均值，如表6所示。

从表6可以看出，龄期与地聚物混凝土的劈裂抗拉强度成正相关，延长地聚物混凝土的养护龄期，会促进其抗拉强度的提升。

以试验得出的抗拉强度平均值作为对应龄期的地聚物混凝土抗拉强度值，28 d试验抗拉强度平均值為地聚物混凝土28 d抗拉强度，则龄期3 d的混凝土试块，抗拉强度值为1.803 MPa，达到了28 d强度值的70.98%;当龄期为7 d时，抗拉强度值为2.026 MPa，达到了28 d强度值的79.76%。

根据抗拉强度随着龄期增加的变化可以看出，前3 d的抗拉强度增长比较快，能够达到28 d强度值的73.37%以上，绘制出地聚物混凝土抗压强度随养护龄期的增长而变化的折线图如图2所示。

3 结论

①随着养护龄期的逐渐增加，地聚物混凝土的抗压强度和抗拉强度逐渐增大，混凝土强度与养护龄期成正相关。

②3 d的地聚物抗压和抗拉强度能够达到28 d抗压强度的70%以上，而7 d的地聚物抗压强度和抗拉强度能够达到28 d抗压强度的80%左右，随后强度增加则逐渐平缓。

③地聚物混凝土的抗压和抗拉强度在早期都增长较快，在养护之初就能够达到较高的强度，因此地聚物混凝土的前期养护对其有很大影响。

参考文献：

[1] 龙涛，石宵爽，王清远，等.粉煤灰基地聚物再生混凝土的力学性能和微观结构[J].四川大学学报（工程科学版），2013，45（S1）：43-47.

[2] 张海燕，袁振生，闫佳.偏高岭土-粉煤灰地聚物混凝土高温后的力学性能研究[J].防灾减灾工程学报，2016，36（3）：373-379.

[3] 毛明杰，任进阳，张文博，等.粉煤灰地聚物混凝土的力学性能研究[J].混凝土，2016（5）：78-80.

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[8] 张瑞稳，王起才，张戎令，等.养护条件及龄期对引气混凝土强度和渗透性影响规律研究[J].硅酸盐通报，2017，36（1）：161-167，172.

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[10] 王德奎，庄金平，蔡雪峰，等.基于龄期度的混凝土劈裂抗拉强度试验研究[J].混凝土，2021（5）：10-12，22.

[11] 谢晓洁.矿渣-粉煤灰基碱激发胶凝材料配比优化与性价比分析[D].郑州：华北水利水电大学，2020.