外掺矿渣粉水泥混凝土力学性能试验研究

文/沈小康 华能庆阳煤电有限责任公司 甘肃庆阳 745000

外掺矿渣粉水泥混凝土力学性能试验研究

文/沈小康 华能庆阳煤电有限责任公司 甘肃庆阳 745000

本文通过在普通水泥混凝土中外掺不同比例的矿渣粉并进行抗折﹑抗压及其他相关性能的试验研究，揭示出外掺矿渣粉后，可以有效提高混凝土抗折﹑抗压及其他相关力学性能。由试验数据再回归理论分析，提出矿渣粉改变普通水泥混凝土力学性能的理论依据。

矿渣粉；水泥混凝土；性能；试验

引言：

普通水泥混凝土的抗压强度﹑抗剪强度较高，而抗拉和抗折强度较低。水泥混凝土作为路面面层材料，在汽车荷载的作用下，最具有破坏力的是面板底的拉应力。水泥混凝土路面施工养护时间长，开放交通时间晚，出现断裂破坏后维修难度大﹑造价高，这些无疑相比沥青混凝土路面，都成为水泥混凝土作为路面材料的硬伤。长期以来，我国在水泥领域的研究较多，快硬硅酸盐水泥﹑高铝水泥﹑快硬硫铝酸盐水泥﹑碱硅水泥等先后推广，在一定程度提高了水泥混凝土的使用性能，但是同时由于造价较高，水泥品质无法保障，难以广泛使用。矿渣粉作为钢铁厂的废弃物，如果能加以有效利用，不仅可以保护生态环境，还可以为我国工业交通事业的发展添砖加瓦，一举两得。在水泥混凝土中外掺矿渣粉就是一种新的尝试，力求通过试验对比分析改善水泥混凝土的力学性能幅度，再加以理论研究，为这一发现寻找合理的理论支撑。

一、抗折强度

（一）测试方法

混凝土的抗折强度是按照标准的制作方法制成150mm×150mm×550mm的梁形标准试件，在标准条件（温度为20±2℃，相对湿度为95%以上）下，养护至不同龄期，按三分点加荷方式，测定其抗折强度。

（二）试验数据

由于本次试验数据结果见表1。

表1 抗折强度（MPa）

由上表中可以看出，在1天到7天这一时间段内，随着矿渣的掺入量的增加，矿渣粉水泥混凝土的抗折强度增长得越快，也就是抗折强度增长率越大。比较普通混凝土与掺30%矿渣粉混凝土的抗折强度，可以发现，在1天到7天这一时间段内，掺30%矿渣粉混凝土比普通混凝土的抗折强度增长得要快。在7天后，掺30%矿渣粉的抗折强度比普通混凝土高。在2天的龄期中，掺30%矿渣粉的抗折强度达到了开放交通的要求（抗折强度不小于4MPa），而与其他掺量的混凝土相比，其与水泥的搭配比例最为合适。

二、抗压强度

（一）测试方法

混凝土立方体抗压强度是按照标准的制作方法制作以边长150mm标准立方体试件，在温度为20±2℃，相对湿度为90%以上的潮湿环境或静水中的养护条件下，采用标准试验方法测得的混凝土极限抗压强度。

（二）试验数据

试验数据结果见表2

表2 立方体抗压强度(MPa)

从表2中可以看出，掺加10%﹑20%﹑30%﹑40%矿渣粉的水泥混凝土与普通混凝土进行比较，在和易性等同的前提下，其2d的抗压强度分别提高了：-20.9%﹑25.6%﹑42.5% 和16.5%，其28d的抗压强度分别提高了：2.5%﹑7.8%﹑14.9%和19.9%。

掺入矿渣粉后，不同龄期的水泥混凝土抗压强度均有不同程度的提高。

三、其它部分力学性能

采用100mm×100mm×100mm的立方体试件，100mm×100mm×300mm 的棱柱体试件，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中的要求，对掺矿渣粉的水泥混凝土劈裂抗拉强度﹑轴心抗压强度以及抗压弹性模量进行试验，试验结果见表3。

表3 其它部分力学性能

试验结果表明：掺矿渣粉的水泥混凝土单轴抗压弹性模量比普通混凝土有所提高，这说明混凝土中掺入矿渣粉是提高混凝土刚度和体积稳定性的一种有效方法。劈裂抗拉强度与抗压强度的变化规律和抗折强度的变化规津类似。

四、理论分析

通过外掺一定比例的矿渣粉改善了混凝土的内部结构，强化了混凝土中骨料与水泥浆的界面过渡区，改善了混凝土的力学性能可从以下三个方面来讨论。

1.矿渣粉的胶凝作用

矿渣粉掺入提高了混凝土的水化反应速度，生成了更多的凝胶体和晶体，使水化产物在空间分布更加均匀，加速了胶凝材料的水化过程。

2.界面过渡区的改善

矿渣粉的掺入提高了混凝土的粘度，使混凝土中的水分很难泌出，有效地阻止了水囊在粗骨料底部的形成及Ca(OH)2的富集，在粗骨料与水泥浆界面过渡区形成无害微孔。矿渣粉降低了Ca(OH)2在界面的富集和择优取向，有利于界面过渡区结构的优化和界面粘结强度的提高。

3.填充空隙更加密实

粗骨料的空隙由细骨料来填充，细骨料的空隙由水泥颗粒来填充，水泥颗粒的空隙由更细的超细颗粒来填充，矿渣粉的细度达到4800kg/ m2，其最小粒径达几十微米左右，可填充到水泥颗粒的空隙，起到了微集料作用，使混凝土形成了细观紧密组合体系。

结束语：

在普通水泥混凝土中外掺不同比例的矿渣粉可以有效提高抗折﹑抗压及其他相关力学性能，对矿渣粉这一工业废弃物进行试验探索，证明其在工程建设领域具有很好的利用价值，这对于我国目前节约社会成本﹑降低能耗﹑倡导环境保护和发展循环经济具有一定的现实意义。

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