試論不同養(yǎng)護(hù)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(jìn)程的不斷發(fā)展，具有優(yōu)良工作性、高強(qiáng)度性、高耐久性和穩(wěn)定性的高性能混凝土越來(lái)越被需求，也越來(lái)越引起重視。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究不同養(yǎng)護(hù)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(hù)條件

介紹

隨著經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，中國(guó)出現(xiàn)了越來(lái)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力，從而導(dǎo)致砼開(kāi)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(kāi)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(fèi)時(shí)。相比較而言另一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)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(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，所以粉煤灰砼在大體積砼結(jié)構(gòu)中被越來(lái)越多的采用。本文中，通過(guò)采用兩種不同的養(yǎng)護(hù)條件，來(lái)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(yàn)

1.1材料

用于試驗(yàn)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(dòng)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(jì)）。

1.3養(yǎng)護(hù)條件和測(cè)試方法

砼樣本經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膲簩?shí)后成型并在初凝36小時(shí)后脫模。為了研究砼在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的性質(zhì)，采用了兩種不同的養(yǎng)護(hù)方法：

1）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)：樣本被置于溫度20±1℃，濕度大于95%的室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；

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

3）因此本次試驗(yàn)的對(duì)象共包括4組樣本：溫度匹配養(yǎng)護(hù)條件下的粉煤灰砼樣本，溫度匹配養(yǎng)護(hù)條件下的礦渣砼樣本，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的粉煤灰砼樣本，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試，100*100*300mm試塊用于彈性模量測(cè)試。測(cè)試分別在砼養(yǎng)護(hù)的第3，5，7，14，28，56和90天時(shí)進(jìn)行。

2、試驗(yàn)結(jié)果討論

2.1絕熱溫升

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)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(zhǎng)趨勢(shì)。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(cè)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(qiáng)度

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

通過(guò)試驗(yàn)可知，不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)兩種砼的壓縮強(qiáng)度的影響是不同的，溫度匹配養(yǎng)護(hù)對(duì)粉煤灰砼早期壓縮強(qiáng)度提升效果更為明顯。數(shù)據(jù)顯示，溫度匹配養(yǎng)護(hù)條件下，粉煤灰砼的7天壓縮強(qiáng)度要高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件85%，而礦渣砼溫度匹配養(yǎng)護(hù)條件下的7天壓縮強(qiáng)度只比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件高31.62%。另外，粉煤灰砼溫度匹配養(yǎng)護(hù)條件下的后期強(qiáng)度要高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，而礦渣砼溫度匹配條件下的后期壓縮強(qiáng)度卻低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

2.3劈裂抗拉強(qiáng)度

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

2.4彈性模量

砼彈性模量的增長(zhǎng)趨勢(shì)與強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)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(méi)有強(qiáng)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(gè)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(guò)渡區(qū)。普通砼的強(qiáng)度主要取決于硬化漿體和界面過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度，而硬化漿體和界面過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度與時(shí)間，溫度，濕度這三個(gè)因素密切相關(guān)，所以通過(guò)改變養(yǎng)護(hù)溫度可以顯著提高砼的強(qiáng)度。而在彈性模量中，骨料扮演著比其它兩個(gè)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(hù)條件對(duì)砼彈性模量的影響遠(yuǎn)沒(méi)有對(duì)強(qiáng)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(gè)重要原因。通過(guò)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，礦渣砼的絕熱溫升其實(shí)要比粉煤灰砼更低，礦渣砼的這個(gè)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(hù)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(gè)優(yōu)勢(shì)。但礦渣砼也有不可忽視的缺點(diǎn)，它的力學(xué)性能要比粉煤灰砼差，尤其是抗拉強(qiáng)度比粉煤灰砼的抗拉強(qiáng)度低很多，如何克服這個(gè)缺點(diǎn)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(guò)降低礦渣砼的水膠比可以減少鋼渣對(duì)砼性質(zhì)的不良影響，獲得較為滿意的后期強(qiáng)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(diǎn)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。

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