不同礦物摻和料對(duì)引氣型道路混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究

白 璐

中國(guó)航發(fā)西航資產(chǎn)管理與建設(shè)部（710021）

0 前言

目前用于道路工程中的混凝土除了要滿足強(qiáng)度要求外，還要求具有良好的耐久性。在寒冷地區(qū)，水泥混凝土路面不僅受到凍融循環(huán)的破壞，而且由于耐久性不足導(dǎo)致路面面層結(jié)構(gòu)破損的現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。在混凝土中摻入引氣劑可以提高抗凍性，使用礦物摻和料對(duì)提高混凝土抗?jié)B性、耐腐蝕性等方面效果明顯。

1 試驗(yàn)用原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)用原材料

水泥:采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)指標(biāo)符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》要求。

拌和水:采用自來(lái)水，符合《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。

細(xì)集料:采用中砂，符合規(guī)范的要求。

粗集料:采用碎石，符合規(guī)范的要求。

礦物摻和料，礦渣、粉煤灰、硅灰[1]均符合以下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》。

化學(xué)外加劑:減水劑和引氣劑，檢測(cè)結(jié)果符合《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》。

1.2 試驗(yàn)方案及配合比設(shè)計(jì)

文章選擇配制了2種不同強(qiáng)度（4.5 MPa和5.5 MPa）的混凝土（以抗彎拉強(qiáng)度為指標(biāo)的設(shè)計(jì)），并在此強(qiáng)度下?lián)饺氲V物摻和料（礦渣、粉煤灰和硅灰）以及一定劑量的引氣劑，對(duì)配制的不同強(qiáng)度、不同含氣量的混凝土進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.2.1 試驗(yàn)方案

在配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意坍落度和含氣量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。對(duì)于道路混凝土的施工一般要求都采用較小的坍落度，所以本次試驗(yàn)新拌混凝土的坍落度控制在55～70 mm范圍內(nèi)，含氣量為3%和5%。

結(jié)合其他學(xué)者的研究成果，綜合文章試驗(yàn)的因素，確定礦物摻和料的摻量分別為粉煤灰30%、礦渣50%、硅灰10%。

1.2.2 試驗(yàn)方法及主要設(shè)備

抗折強(qiáng)度是用100 mm×100 mm×515 mm試件，結(jié)果乘以0.85的換算系數(shù)?？箟簭?qiáng)度用100 mm×100 mm×100 mm的試件，結(jié)果乘以0.95的換算系數(shù)。將28 d及90 d的數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)強(qiáng)度的指標(biāo)。抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和YE-2000液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。

1.2.3 配合比設(shè)計(jì)

以水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為依據(jù)，根據(jù)表1，確定兩個(gè)交通量等級(jí):特重及中等。設(shè)計(jì)彎拉指標(biāo)分別為5.5 MPa和4.5 MPa[2]。

表1 混凝土面板設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量

按上述思路，設(shè)計(jì)出以下18種不同的配合比，混凝土每立方米材料用量及配合比詳見表2。

表2 混凝土的配合比

J系列的為基準(zhǔn)混凝土（不摻礦物摻和料和引氣劑），其中:J1水膠比為0.45，J2水膠比為0.34（K1、F1、G1水膠比均為0.45，K2、F2、G2水膠比均為0.34，下同）；JY系列的為基準(zhǔn)引氣混凝土（Y1設(shè)計(jì)含氣量為3%，Y2設(shè)計(jì)含氣量為5%，下同）；KY系列的為礦渣引氣混凝土；FY系列的為粉煤灰引氣混凝土；GY系列的為硅灰引氣混凝土。

2 不同礦物外加劑對(duì)引氣型道路混凝土強(qiáng)度的影響

2.1 基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果

基準(zhǔn)混凝土坍落度、含氣量及相應(yīng)齡期的抗折抗壓強(qiáng)度見表3。

表3 基準(zhǔn)混凝土的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.2 基準(zhǔn)引氣混凝土強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果及分析

基準(zhǔn)引氣混凝土坍落度、含氣量及相應(yīng)齡期的抗折抗壓強(qiáng)度見表4。

表4 基準(zhǔn)引氣混凝土的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果分析:當(dāng)混凝土的水膠比一定、各原材料用量相同時(shí)，隨著新拌混凝土的含氣量增大，其硬化后混凝土的強(qiáng)度降低。引氣劑引入的孔對(duì)強(qiáng)度影響較大?；炷量紫堵拭吭黾?%，抗折強(qiáng)度將下降2%～3%，抗壓強(qiáng)度將下降4%～5%。如對(duì)于J1Y1設(shè)計(jì)含氣量為3%，28 d抗折強(qiáng)度應(yīng)下降4%～6%，28 d抗壓強(qiáng)度應(yīng)下降8%～10%。對(duì)于基準(zhǔn)混凝土其抗折強(qiáng)度實(shí)際下降約5.7%，抗壓強(qiáng)度下降約10.6%，根據(jù)計(jì)算，其他引氣基準(zhǔn)混凝土也基本符合文獻(xiàn)的觀點(diǎn)。

圖1 基準(zhǔn)引氣混凝土不同齡期的抗折強(qiáng)度

圖2 基準(zhǔn)引氣混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

2.3 礦渣引氣混凝土強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果及分析

礦渣引氣混凝土坍落度、含氣量及相應(yīng)齡期的抗折抗壓強(qiáng)度見表5。

表5 礦渣引氣混凝土的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖3 礦渣引氣混凝土不同齡期的抗折強(qiáng)度

結(jié)果分析:從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，摻礦渣后28 d和90 d抗折抗壓強(qiáng)度都較基準(zhǔn)引氣混凝土高。這是由于礦渣的填充效應(yīng)和活性效應(yīng)[3]的作用結(jié)果。同水膠比、同齡期的混凝土隨含氣量的增加，強(qiáng)度降低。

圖4 礦渣引氣混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

2.4 粉煤灰引氣混凝土強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果及分析

粉煤灰引氣混凝土其坍落度、含氣量及相應(yīng)齡期的抗折抗壓強(qiáng)度見表6。

表6 粉煤灰引氣混凝土的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖5 粉煤灰引氣混凝土不同齡期的抗折強(qiáng)度

結(jié)果分析:粉煤灰不具有獨(dú)立的水硬性，其玻璃體微珠表層活性通過(guò)與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成品質(zhì)較好的低堿性水化產(chǎn)物。但由于粉煤灰玻璃體微珠外層有致密的玻璃質(zhì)表層，阻礙了粉煤灰的二次水化，其活性效應(yīng)在后期才能表現(xiàn)出來(lái)[4]。所以，粉煤灰引氣混凝土在28 d時(shí)的抗折抗壓強(qiáng)度都沒(méi)有超過(guò)相應(yīng)基準(zhǔn)引氣混凝土，但90 d的抗折抗壓強(qiáng)度均超過(guò)了相應(yīng)基準(zhǔn)引氣混凝土。

圖6 粉煤灰引氣混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

2.5 硅灰引氣混凝土強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果及分析

硅灰引氣混凝土坍落度、含氣量及相應(yīng)齡期的抗折抗壓強(qiáng)度見表7。

表7 硅灰引氣混凝土的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖7 硅灰引氣混凝土不同齡期的抗折強(qiáng)度

圖8 硅灰混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

結(jié)果分析:水泥中摻入硅灰后，在減水劑的分散作用下，級(jí)硅灰顆粒能充分地和硅酸鹽水泥水化所產(chǎn)生的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠。硅灰混凝土和硅酸鹽水泥混凝土水化產(chǎn)物都有和凝膠，所不同的是，硅灰混凝土水化產(chǎn)物比硅酸鹽水泥混凝土少，而凝膠則多[5]。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，無(wú)論是抗折強(qiáng)度還是抗壓強(qiáng)度在28 d和90 d兩個(gè)齡期中，硅灰引氣混凝土均比基準(zhǔn)引氣混凝土高。

3 結(jié)語(yǔ)

文章是在混凝土的兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)（4.5 MPa和5.5 MPa）、兩個(gè)設(shè)計(jì)含氣量（3%和5%）下，分別對(duì)基準(zhǔn)混凝土、基準(zhǔn)引氣混凝土、礦渣引氣混凝土、粉煤灰引氣混凝土和硅灰引氣混凝土在強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度）方面作了相應(yīng)試驗(yàn)，歸納總結(jié)如下：

混凝土的抗折抗壓強(qiáng)度都隨齡期的增加而增大，隨著水膠比的降低而增大，隨含氣量的增加而降低；

當(dāng)混凝土的水膠比、各種原材料用量相同時(shí)，摻入引氣劑會(huì)降低混凝土的抗折抗壓強(qiáng)度，同時(shí)隨著含氣量的增加，混凝土的抗折抗壓強(qiáng)度減小；

在同一水膠比和含氣量的情況下，只有粉煤灰降低早期強(qiáng)度，礦渣和硅灰增加了早期強(qiáng)度，這三種礦物摻和料均提高混凝土后期強(qiáng)度；

在同水膠比及同含氣量的引氣混凝土中，硅灰引氣混凝土抗壓強(qiáng)度最高；

對(duì)于從礦物摻和料與引氣劑疊加的效果來(lái)看，硅灰引氣混凝土的早期及后期強(qiáng)度均比較高。