試論不同養(yǎng)護條件下礦渣砼與粉煤灰砼在性能上的差異及礦渣砼

【摘要】隨著城市化進程的不斷發(fā)展，具有優(yōu)良工作性、高強度性、高耐久性和穩(wěn)定性的高性能混凝土越來越被需求，也越來越引起重視。本文通過實驗，探究不同養(yǎng)護條件下二者在性能上的差異，給出相應(yīng)結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論，做出相應(yīng)參考。同時由于粉煤灰砼具有低水化性，使得它在大體積砼結(jié)構(gòu)中被廣泛使用，本研究建立在實驗的基礎(chǔ)上，探究其在大體積砼結(jié)構(gòu)中的適用性。

【關(guān)鍵詞】礦渣砼；粉煤灰砼；養(yǎng)護條件

介紹

隨著經(jīng)濟和城市化進程的高速發(fā)展，中國出現(xiàn)了越來越多的高層建筑，這些高層建筑通常都有著厚大的基礎(chǔ)底板，是典型的大體積砼結(jié)構(gòu)。由于水泥水化產(chǎn)生的較高的內(nèi)部溫升和較慢的散熱速度，大體積砼結(jié)構(gòu)在硬化過程中會產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力，從而導(dǎo)致砼開裂，影響砼結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。為了降低溫升，避免開裂，大體積砼結(jié)構(gòu)在施工中采用了許多技術(shù)，如內(nèi)嵌帶冷卻劑的管道，砼攪拌前預(yù)冷卻，但這些措施通常即復(fù)雜又費時。相比較而言另一種相對經(jīng)濟的控制大體積砼溫升的方法是用低水化熱礦物摻和料替代水泥。粉煤灰作為火力發(fā)電的副產(chǎn)物是一種理想的礦物摻和料，由于粉煤灰降低了砼的水化溫升，減少了開裂的風險，所以粉煤灰砼在大體積砼結(jié)構(gòu)中被越來越多的采用。本文中，通過采用兩種不同的養(yǎng)護條件，來比較粉煤灰砼和礦渣砼性能上的差異以及礦渣砼在大體積砼結(jié)構(gòu)中的適用性。

1、試驗

1.1材料

用于試驗的材料是普通硅酸鹽水泥，低鈣粉煤灰，堿性氧氣轉(zhuǎn)爐礦渣，5-20mm碎石灰，天然河沙（粒徑≤5mm）。此外，為了改善砼的流動性，加入了適量的聚羧酸系超塑化劑。

1.2配合比

每立方米砼膠凝材料400kg，水膠比0.45，礦物摻合料45%（以質(zhì)量計）。

1.3養(yǎng)護條件和測試方法

砼樣本經(jīng)過適當?shù)膲簩嵑蟪尚筒⒃诔跄?6小時后脫模。為了研究砼在實際結(jié)構(gòu)中的性質(zhì)，采用了兩種不同的養(yǎng)護方法：

1）標準養(yǎng)護：樣本被置于溫度20±1℃，濕度大于95%的室內(nèi)進行養(yǎng)護；

2）溫度匹配養(yǎng)護：樣本被置于一個溫度可根據(jù)砼的絕熱溫升曲線自動調(diào)整的養(yǎng)護盒中進行養(yǎng)護。

3）因此本次試驗的對象共包括4組樣本：溫度匹配養(yǎng)護條件下的粉煤灰砼樣本，溫度匹配養(yǎng)護條件下的礦渣砼樣本，標準養(yǎng)護條件下的粉煤灰砼樣本，標準養(yǎng)護條件下的礦渣樣本。

4）每組樣本分別制成100*100*100mm試塊用于壓縮強度和劈裂抗拉強度測試，100*100*300mm試塊用于彈性模量測試。測試分別在砼養(yǎng)護的第3，5，7，14，28，56和90天時進行。

2、試驗結(jié)果討論

2.1絕熱溫升

經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，粉煤灰砼和礦渣砼的絕熱溫升曲線有著幾乎相同的增長趨勢。但是礦渣砼的絕熱溫升要低于粉煤灰砼，這意味著鋼渣在減少水化溫升方面略優(yōu)于粉煤灰。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，粉煤灰砼和礦渣砼的9天絕熱溫升值分別為42.76℃和38.92℃。

2.2壓縮強度

在溫度匹配養(yǎng)護條件下，粉煤灰砼的早期壓縮強度發(fā)展要快于礦渣砼。粉煤灰砼的7天壓縮強度已經(jīng)高于礦渣砼56天的壓縮強度。后期，盡管礦渣砼的壓縮強度要遠低于粉煤灰砼，但兩種砼的后期壓縮強度增長曲線的形狀非常接近。

通過試驗可知，不同養(yǎng)護條件對兩種砼的壓縮強度的影響是不同的，溫度匹配養(yǎng)護對粉煤灰砼早期壓縮強度提升效果更為明顯。數(shù)據(jù)顯示，溫度匹配養(yǎng)護條件下，粉煤灰砼的7天壓縮強度要高于標準養(yǎng)護條件85%，而礦渣砼溫度匹配養(yǎng)護條件下的7天壓縮強度只比標準養(yǎng)護條件高31.62%。另外，粉煤灰砼溫度匹配養(yǎng)護條件下的后期強度要高于標準養(yǎng)護，而礦渣砼溫度匹配條件下的后期壓縮強度卻低于標準養(yǎng)護。

2.3劈裂抗拉強度

與對壓縮強度的影響類似，在溫度匹配養(yǎng)護條件下，粉煤灰砼早期劈裂抗拉強度發(fā)展速度要遠高于礦渣砼，兩種砼后期劈裂抗拉強度增長速度接近，但礦渣砼劈裂抗拉強度在任何時候都低于粉煤灰砼。同樣，溫度匹配養(yǎng)護對粉煤灰砼早期劈裂強度的影響比礦渣砼更為明顯。溫度匹配養(yǎng)護條件下，粉煤灰砼的7天劈裂抗拉強度要高于標準養(yǎng)護條件59.75%，而礦渣砼溫度匹配養(yǎng)護條件下7天劈裂抗拉強度僅比標準養(yǎng)護條件高出22.13%。粉煤灰砼溫度匹配養(yǎng)護條件下后期劈裂抗拉強度要高于標準養(yǎng)護，而礦渣砼溫度匹配條件下的后期劈裂抗拉強度卻低于標準養(yǎng)護。

2.4彈性模量

砼彈性模量的增長趨勢與強度增長趨勢基本一致，但值得一提的是四組樣本間彈性模量值的差異沒有強度間差異那么大，特別是在后期，四組樣本的最終彈性模量值非常接近。眾所周知，砼結(jié)構(gòu)一般由三個部分組成：硬化漿體，骨料以及硬化漿體與骨料之間的界面過渡區(qū)。普通砼的強度主要取決于硬化漿體和界面過渡區(qū)的強度，而硬化漿體和界面過渡區(qū)的強度與時間，溫度，濕度這三個因素密切相關(guān)，所以通過改變養(yǎng)護溫度可以顯著提高砼的強度。而在彈性模量中，骨料扮演著比其它兩個組成部分更重要的角色，骨料的性質(zhì)不受溫度因素的影響，所以改變養(yǎng)護條件對砼彈性模量的影響遠沒有對強度影響那么明顯。

3、礦渣砼在大體積砼結(jié)構(gòu)中的適用性

低水化熱是粉煤灰砼在大體積砼結(jié)構(gòu)中被廣泛使用的一個重要原因。通過試驗可以發(fā)現(xiàn)，礦渣砼的絕熱溫升其實要比粉煤灰砼更低，礦渣砼的這個性質(zhì)使得其更適用于大體積砼結(jié)構(gòu)。另外在約束條件和收縮值相同的情況下，拉伸應(yīng)力和彈性模量成正比。而溫度匹配養(yǎng)護條件下，礦渣砼的彈性模量小于粉煤灰砼，所以礦渣砼中的拉應(yīng)力也相應(yīng)小于粉煤灰砼，這是礦渣砼在大體積砼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的另一個優(yōu)勢。但礦渣砼也有不可忽視的缺點，它的力學性能要比粉煤灰砼差，尤其是抗拉強度比粉煤灰砼的抗拉強度低很多，如何克服這個缺點成為它能否在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的關(guān)鍵。相關(guān)研究表明，通過降低礦渣砼的水膠比可以減少鋼渣對砼性質(zhì)的不良影響，獲得較為滿意的后期強度和結(jié)構(gòu)耐久性。綜上所述，礦渣砼低水化熱，低拉伸應(yīng)力的優(yōu)點使得其在大體積砼結(jié)構(gòu)中，特別是粉煤灰缺乏地區(qū)，有著極其巨大的應(yīng)用潛力。

參考文獻

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