试验条件对高钛型高炉渣混凝土抗压强度的影响分析

(1.西华大学 四川 成都 610031；2.攀枝花学院 四川 攀枝花 617000)

引言

攀西地区钒钛磁铁矿冶炼时产生的高炉熔渣在空气中热泼或自然冷却形成一种致密矿渣，即高钛型高炉渣[1]，通过加工制作混凝土粗细骨料，在建筑工程、桥梁工程中得到广泛应用影用。高钛型高炉渣混凝土强度的因素非常多，试验条件就是非常重要的影响因素，对混凝土结构的耐久性和使用寿命产生直接影响。PAUL等[2,3]认为,高温养护时,生成的致密薄膜覆盖在水泥颗粒表面阻止了水分进入,使后期的水化反应程度降低。本文通过对不同环境温度，不同养护条件和不同加载速率下高钛型高炉渣混凝土强度的影响进行分析。

一、环境温度对高钛型高炉渣混凝土强度的影响

(一)高温对高钛型高炉渣混凝土强度的影响

环境温度对高钛型高炉渣混凝土需水量的影响如图1-1，高钛型高炉渣混凝土在塌落度为100mm、最大粒径为31.5mm时，温度每升高5℃，每立方米高钛型高炉渣混凝土将增添5.2kg水。试验表明：对于抗压强度为35MPa的高钛型高炉渣混凝土，当温度从20℃升到30℃，为了保持坍落度不变而增加用水量，抗压强度将损失大约2.5MPa。

环境温度对抗压强度的影响如图1-2，在养护龄期为1天时，抗压强度随温度的升高而增大；在养护龄期为28天时，温度升高时抗压强度反而减小。由于攀枝花气温好使水分的蒸发加速，高钛型高炉渣混凝土内部发生物理化学反应的水分减少，使水泥的水化速率降低，导致抗压强度降低[4]。

(二)低温对高钛型高炉渣混凝土强度的影响

在10℃以下的低温环境下，新拌合的高钛型高炉渣混凝土内部化学反应缓慢，当温度接近冰点时，一部分水结冰，逐渐由液相变为固相，使体积发生约10%的膨胀，同时产生约240MPa的冻胀应力。高钛型高炉渣混凝土内部水结冰后，冰冻结在钢筋和高钛型高炉渣粗骨料表面，钢筋和高钛型高炉渣粗骨料与水泥砂浆的有效接触面积减少，导致水化反应不能充分进行，强度发展停滞[5，6]。

二、养护条件对高钛型高炉渣混凝土强度的影响

混凝土养护是以保持混凝土内部水分为目的，使水泥发生充分的水化反应，混凝土抗压强度得到充分的发展。高钛型高炉渣混凝土的养护时间越长，水泥的水化反应就越完全，高钛型高炉渣混凝土抗压强度越高[7]。

(一)养护温度对抗压强度的影响

养护温度对抗压强度的影响如图2得出：在养护龄期的前3天，高温条件下的抗压强度高于标准养护的抗压强度，7天后标准养护的抗压强度反而高于高温养护的抗压强度，出现了高温负效应；养护温度在4℃时高钛型高炉渣混凝土抗压强度比在21℃和38℃的养护温度约低[8,9]。伴随着养护温度的逐步上升，水化反应速率加快，其产物不均匀分布，大量累积在高钛渣碎石的附近，形成较大的结晶体，生成的高钛型高炉渣混凝土疏松多孔，从而使其后期强度减小[10-12]。

如果以标准养护温度20℃的强度为基准计算强度变化百分率，大部分高钛型高炉渣混凝土强度变化百分率都超过10℃。因此，有必要将高钛型高炉渣混凝土试件标准养护温度控制水平提高，缩小温度波动范围，提高混凝土试验技术水平。

(二)不同湿养护时间对混凝土抗压强度发展的影响

不同湿养护时间对高钛型高炉渣混凝土抗压强度发展的影响如图3,通过对3天、7天、14天、28天后置于空气中和连续湿养护条件下抗压强度的对比，得出28天湿养护后置于空气中的试块抗压强度增长率最大，且最终抗压强度也最大，此结论说明了混凝土试块的标准养护时间为28天的合理性。因为水泥的水化反应是一个缓慢的过程，混凝土强度的形成需要一定的养护时间，所以一般情况下随时间的增长而增长。图3还得出：混凝土在湿养护的条件下，7天基本可以达到置于空气中28天的强度，14天基本可以达到置于空气中28天强度的2.8倍左右。高钛型高炉渣混凝土强度的形成主要在养护的前7天增长特别快，其中在1天时水化反应的速率最快，后期强度的增长缓慢。

三、不同加载速率对混凝土强度的影响

通过不同的加载速率对比，如果加载速率高于标准中规定的速率，则测量值只能达到正常值的80%左右，因为测试试块时加载速率过快，对试件会有一个冲击荷载，属于动荷载，使测量值会偏大。如果加载速率超过了混凝土裂纹扩展的速率，则测量值低于正常值。加载速率过慢，测量值与正常值相相差不大，加载速率过快，测量值偏大。

四、结论

(1)试验条件对高钛型高炉渣混凝土强度影响较大。高温环境有利于高钛型高炉渣混凝土早期抗压强度的提高，但不利于后期强度的提高，出现高温负效应；低温环境水泥水化反应受到抑制高钛型高炉渣混凝土抗压强度的增长较慢。

(2)在同等条件下，高钛型高炉渣混凝土标准立方体试件比普通混凝土标准试件的抗压强度高。

(3)早期养护对高钛型高炉渣混凝土各项性能形成至关重要，同时需保持适宜的湿度和温度。