試驗條件對高鈦型高爐渣混凝土抗壓強度的影響分析

(1.西華大學 四川 成都 610031；2.攀枝花學院 四川 攀枝花 617000)

引言

攀西地區釩鈦磁鐵礦冶煉時產生的高爐熔渣在空氣中熱潑或自然冷卻形成一種致密礦渣，即高鈦型高爐渣[1]，通過加工制作混凝土粗細骨料，在建筑工程、橋梁工程中得到廣泛應用影用。高鈦型高爐渣混凝土強度的因素非常多，試驗條件就是非常重要的影響因素，對混凝土結構的耐久性和使用壽命產生直接影響。PAUL等[2,3]認為,高溫養護時,生成的致密薄膜覆蓋在水泥顆粒表面阻止了水分進入,使后期的水化反應程度降低。本文通過對不同環境溫度，不同養護條件和不同加載速率下高鈦型高爐渣混凝土強度的影響進行分析。

一、環境溫度對高鈦型高爐渣混凝土強度的影響

(一)高溫對高鈦型高爐渣混凝土強度的影響

環境溫度對高鈦型高爐渣混凝土需水量的影響如圖1-1，高鈦型高爐渣混凝土在塌落度為100mm、最大粒徑為31.5mm時，溫度每升高5℃，每立方米高鈦型高爐渣混凝土將增添5.2kg水。試驗表明：對于抗壓強度為35MPa的高鈦型高爐渣混凝土，當溫度從20℃升到30℃，為了保持坍落度不變而增加用水量，抗壓強度將損失大約2.5MPa。

環境溫度對抗壓強度的影響如圖1-2，在養護齡期為1天時，抗壓強度隨溫度的升高而增大；在養護齡期為28天時，溫度升高時抗壓強度反而減小。由于攀枝花氣溫好使水分的蒸發加速，高鈦型高爐渣混凝土內部發生物理化學反應的水分減少，使水泥的水化速率降低，導致抗壓強度降低[4]。

(二)低溫對高鈦型高爐渣混凝土強度的影響

在10℃以下的低溫環境下，新拌合的高鈦型高爐渣混凝土內部化學反應緩慢，當溫度接近冰點時，一部分水結冰，逐漸由液相變為固相，使體積發生約10%的膨脹，同時產生約240MPa的凍脹應力。高鈦型高爐渣混凝土內部水結冰后，冰凍結在鋼筋和高鈦型高爐渣粗骨料表面，鋼筋和高鈦型高爐渣粗骨料與水泥砂漿的有效接觸面積減少，導致水化反應不能充分進行，強度發展停滯[5，6]。

二、養護條件對高鈦型高爐渣混凝土強度的影響

混凝土養護是以保持混凝土內部水分為目的，使水泥發生充分的水化反應，混凝土抗壓強度得到充分的發展。高鈦型高爐渣混凝土的養護時間越長，水泥的水化反應就越完全，高鈦型高爐渣混凝土抗壓強度越高[7]。

(一)養護溫度對抗壓強度的影響

養護溫度對抗壓強度的影響如圖2得出：在養護齡期的前3天，高溫條件下的抗壓強度高于標準養護的抗壓強度，7天后標準養護的抗壓強度反而高于高溫養護的抗壓強度，出現了高溫負效應；養護溫度在4℃時高鈦型高爐渣混凝土抗壓強度比在21℃和38℃的養護溫度約低[8,9]。伴隨著養護溫度的逐步上升，水化反應速率加快，其產物不均勻分布，大量累積在高鈦渣碎石的附近，形成較大的結晶體，生成的高鈦型高爐渣混凝土疏松多孔，從而使其后期強度減小[10-12]。

如果以標準養護溫度20℃的強度為基準計算強度變化百分率，大部分高鈦型高爐渣混凝土強度變化百分率都超過10℃。因此，有必要將高鈦型高爐渣混凝土試件標準養護溫度控制水平提高，縮小溫度波動范圍，提高混凝土試驗技術水平。

(二)不同濕養護時間對混凝土抗壓強度發展的影響

不同濕養護時間對高鈦型高爐渣混凝土抗壓強度發展的影響如圖3,通過對3天、7天、14天、28天后置于空氣中和連續濕養護條件下抗壓強度的對比，得出28天濕養護后置于空氣中的試塊抗壓強度增長率最大，且最終抗壓強度也最大，此結論說明了混凝土試塊的標準養護時間為28天的合理性。因為水泥的水化反應是一個緩慢的過程，混凝土強度的形成需要一定的養護時間，所以一般情況下隨時間的增長而增長。圖3還得出：混凝土在濕養護的條件下，7天基本可以達到置于空氣中28天的強度，14天基本可以達到置于空氣中28天強度的2.8倍左右。高鈦型高爐渣混凝土強度的形成主要在養護的前7天增長特別快，其中在1天時水化反應的速率最快，后期強度的增長緩慢。

三、不同加載速率對混凝土強度的影響

通過不同的加載速率對比，如果加載速率高于標準中規定的速率，則測量值只能達到正常值的80%左右，因為測試試塊時加載速率過快，對試件會有一個沖擊荷載，屬于動荷載，使測量值會偏大。如果加載速率超過了混凝土裂紋擴展的速率，則測量值低于正常值。加載速率過慢，測量值與正常值相相差不大，加載速率過快，測量值偏大。

四、結論

(1)試驗條件對高鈦型高爐渣混凝土強度影響較大。高溫環境有利于高鈦型高爐渣混凝土早期抗壓強度的提高，但不利于后期強度的提高，出現高溫負效應；低溫環境水泥水化反應受到抑制高鈦型高爐渣混凝土抗壓強度的增長較慢。

(2)在同等條件下，高鈦型高爐渣混凝土標準立方體試件比普通混凝土標準試件的抗壓強度高。

(3)早期養護對高鈦型高爐渣混凝土各項性能形成至關重要，同時需保持適宜的濕度和溫度。