矿渣微粉掺量对混凝土力学性能的影响

解 伟，王 朋，李树山

(华北水利水电学院河南省高校水工混凝土材料与结构工程技术研究中心，河南郑州 450011)

矿渣微粉掺量对混凝土力学性能的影响

解 伟，王 朋，李树山

(华北水利水电学院河南省高校水工混凝土材料与结构工程技术研究中心，河南郑州 450011)

通过对不同水胶比的矿渣微粉混凝土力学性能进行试验研究，分析了矿渣微粉掺量对混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度以及静力抗压弹性模量的影响.试验结果表明，矿渣微粉掺量对混凝土力学性能影响显著，随着矿渣微粉掺量增加，混凝土7 d强度指标有降低趋势，但90 d强度增长较快，适宜掺量可达30%.

矿渣微粉;水胶比;力学性能;掺量

矿渣粉用作混凝土掺合料，比粉煤灰具有更高的活性，而且品质和均匀性更易得到保证.矿渣粉掺入混凝土中不仅可以节约水泥，降低胶凝材料的水化热，而且可以改善混凝土的某些性能，如显著提高混凝土的强度、降低混凝土的绝热温升等.而这些性能的改善均与矿渣粉的掺量有关［1］.笔者对不同矿渣微粉掺量的混凝土进行了力学性能试验研究，分析了混凝土中矿渣微粉的适宜掺量，可为矿渣微粉混凝土的设计及工程应用提供试验参考.

1 试验概况

1.1 原材料

试验采用42.5级普通硅酸盐水泥，其物理力学性能见表1.采用粒径为5.0～31.5 mm连续级配碎石.砂子为中砂，细度模数为3.0，含泥量为3.9%.选用S95级矿渣微粉，其物理性能见表2.外加剂为河南省建材院生产的JKH－1型高效减水剂，减水率为18% ～25%，适宜掺量为0.5% ～1.0%.

表1 水泥物理力学性能

表2 矿渣微粉物理性能

1.2 试验方案

该试验中，混凝土的各力学性能指标均按照文献［2－3］中的方法进行测定.混凝土立方体抗压强度试验采用边长为100 mm的立方体试块，每组3个;劈裂抗拉强度试验采用边长为150 mm的立方体标准试块，每组3个;抗折强度试验采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试块，每组3个;静力抗压弹性模量试验采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试块，每组6个(其中3个用于先行测量轴心抗压强度).以上试块均在养护室按标准试验条件进行养护.

水胶比分别为0.50，0.40，0. 32;每个水胶比的矿渣微粉掺量均分别为0%，15%，30%，45%;共12组试验.采用矿渣微粉等量替代水泥的方法，研究不同龄期矿渣微粉掺量对混凝土力学性能的影响，尤其是 对立方体抗压强度的影响.混凝土配合比见表3.

表3 混凝土试验配合比

2 试验结果分析

2.1 立方体抗压强度

混凝土抗压强度随矿渣微粉掺量的变化情况如图1所示.7 d龄期时，掺有矿渣微粉的混凝土的抗压强度均比不掺矿渣微粉的基准混凝土低，且掺量越大，抗压强度越低;28 d龄期时，掺量为15%的矿渣微粉混凝土强度发展较快，且超过了基准混凝土;60 d龄期与90 d龄期时，掺量为30%的矿渣微粉混凝土强度超过了其他掺量的混凝土强度，掺量为45%的矿渣微粉混凝土的抗压强度也已接近或超过了基准混凝土.矿渣微粉取代少量水泥时，早期强度略有提高，主要是矿渣微粉的微填充效应和形貌效应在起作用.当取代量增大时，矿渣微粉的微填充效应和形貌效应不足以补偿因水泥大量减少而对混凝土早期强度的影响.混凝土后期强度的提高是由于矿渣微粉与Ca(OH)2发生二次水化反应，减少Ca(OH)2晶体在集料－水泥石界面的富集，降低Ca(OH)2晶体尺寸，提高界面的致密性，从而有效地改善了集料－水泥石界面结构所致［4－5］.

2.2 劈裂抗拉强度

混凝土的劈裂抗拉强度随矿渣微粉掺量的变化情况如图2所示.水胶比越小，混凝土的劈裂抗拉强度越大.3个系列中混凝土的劈裂抗拉强度随着矿渣微粉掺量的增加，先增大后减小.A系列中，矿渣微粉掺量为30%时最大.B系列与C系列，矿渣微粉掺量对混凝土劈裂抗拉强度的影响规律相似，掺量为15%时最大.90 d龄期时，掺有矿渣微粉的混凝土劈裂抗拉强度均超过了基准混凝土.

2.3 抗折强度

28 d龄期抗折强度随矿渣微粉掺量的变化情况如图3所示.水胶比越小，抗折强度越大.A系列中，矿渣微粉掺量为15%时抗折强度最大;B系列中，掺量为30%时最大;C系列中，掺量为45%时最大.矿渣微粉混凝土抗折强度均大于基准混凝土.

2.4 静力抗压弹性模量

28 d龄期混凝土静力抗压弹性模量随矿渣微粉掺量的变化情况如图4所示.由图可知，矿渣微粉掺量应控制在15%左右.

图3 矿渣微粉掺量对混凝土抗折强度的影响

3 结语

1)混凝土的早期抗压强度随矿渣微粉掺量的增加而下降，后期抗压强度增长较快.部分矿渣微粉混凝土的后期强度增长明显，矿渣微粉的最佳替代率可达30%.

2)水胶比越小，混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度以及静力抗压弹性模量越大，且影响显著.

3)矿渣微粉混凝土后期强度增长时间较长，而这里研究的只是短期强度增长规律，缺乏长期的数据，所以仍需要对矿渣微粉混凝土的长期强度进行研究.

图4 矿渣微粉掺量对混凝土静力抗压弹性模量的影响

［1］杨华全，李文伟.水工混凝土研究与应用［M］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［2］中国水利水电科学研究院.SL 352—2006水工混凝土试验规程［S］.北京:中国水利水电出版社，2006.

［3］南京水利科学研究院，中国水利水电科学研究院.DL/T 5150—2001水工混凝土试验规程［S］.北京:中国电力出版社，2002.

［4］张彩霞，秦学政，吴蓉，等.矿渣微粉在高性能混凝土中的应用［J］.混凝土，2004(11):78－79.

［5］马安.矿渣微粉混凝土试验研究［J］.混凝土与水泥制品，2003(6):19－20.

Influences of Fine Slag Powder Content on the Mechanical Properties of Concrete

XIE Wei，WANG Peng，LI Shu-shan
(Henan Institution of Higher Learning Engineering Technology Research Center of Hydraulic Concrete Materials and Structures，North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China)

The paper studies the mechanical properties of fine slag powder content with different water-cement ratios，and analyzes the influence of fine slag powder content on concrete compressive strength，splitting tensile strength，flexural strength and static compressive modulus of elasticity.The results show that the fine slag powder content has significant effect on the mechanical properties of concrete，and the 7 d strength index of concrete decreases with the increase of fine slag powder content，yet 90 d strength grows fast，and the appropriate powder content could reach 30%.

fine slag powder;water-cement ratio;mechanical property;content

1002－5634(2012)02－0062－03

2012－01－07

河南省科技创新杰出人才计划(094200510011);郑州市科技领军人才培育计划(112PLJRC354).

解 伟(1959—)，男，河南开封人，教授，博士，主要从事混凝土材料与结构性能方面的研究.

(责任编辑:陈海涛)