養護齡期對地聚物混凝土強度的影響研究

韓愛紅 湯小松 侯亞杰 牛宏祥

摘 要：地聚物混凝土的應用，其不僅可以實現對工業廢料的再利用，還能夠降低對水泥依賴，從而實現節能環保，低碳生產。此外，地聚物混凝土性能良好，能夠在工程建設中發揮作用，需要進行大量研究。筆者主要對地聚物混凝土的強度指標進行研究，測得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的抗壓強度和抗拉強度，研究養護齡期與地聚物混凝土強度的關系，同時進一步探索地聚物混凝土的其他性能。

關鍵詞：地聚物混凝土;養護齡期;強度

中圖分類號：TU528 ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）2-0085-03

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.020

Research on the Effect of Curing Ageon the Strength of

Geopolymer Concrete

HAN Aihong ? ?TANG Xiaosong ? ?HOU Yajie ? ?NIU Hongxiang

（School of Ciril Egineering and Communicution North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450045，China）

Abstract：The application of geopolymer concrete can not only realize the reuse of industrial waste， but also reduce the dependence on cement， so as to achieve energy conservation and environmental protection， low carbon production.In addition，geopolymer concrete has good performance and can play a role in engineering construction，which needs a lot of research.The author mainly studied the strength index of geopolymer concrete，measured the compressive strength and tensile strength of geopolymer concrete at 3days，7days，28days，60days，90days，120days and 150days，explored the influence of curing age on the strength of geopolymer concrete，and further studies the mechanical proper ties of geopolymer concrete.

Keywords：geopolymerconcrete;curing age;strength

傳統的混凝土膠凝材料基本以水泥為主，在生產過程中會消耗大量資源，造成環境污染，不能滿足可持續發展的要求[1]。因此尋找若干種可以代替水泥的綠色膠凝材料迫在眉睫。

地質聚合物（Geopolymer，簡稱地聚物）的主要原材料為粉煤灰、礦渣等工業固體廢物，其中都含有大量的鋁硅酸鹽。鋁硅酸鹽與堿激發劑反應產生的鋁硅酸鹽無機聚合物可以用作與水泥類似的膠凝材料，所以使用地聚物代替水泥拌制混凝土不僅可以減少水泥生產所帶來的污染，還可以實現對工業廢料的再利用，被稱為一種新型的“綠色建筑材料”[2-3]。

近年來對于地聚物混凝土力學性能的研究，大多都是以標準養護下立方體的28 d抗壓強度為基礎，不能客觀反映其中后期的抗壓強度。因此，研究地聚物混凝土在較長齡期下的強度指標，對地聚物混凝土的研究具有重要意義[4]。

1 試驗

1.1 原材料

粉煤灰是從煤燃燒后產生的煙氣中收集的細灰，化學成分以SiO2和Al2O3為主，本試驗使用的粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，其化學組成見表1。

礦渣是礦石冶煉時從高爐中排出的廢棄物，是一種富含硅鋁的原材料，本試驗使用的礦渣粉為級別為S95級，其化學組成見表2。

水玻璃是硅酸鈉（Na2SiO3）的水溶液，硅酸鈉在以水為分散劑的體系中為無色、略帶色的透明或半透明黏稠狀液體，其檢測結果如表3所示。

氫氧化鈉為NaOH為化學純。

粗骨料為花崗巖碎石。

細骨料為普通河砂。

水為自來水。

1.2 配合比設計

相同原材料的不同配合比設計會對地聚物混凝土的性能產生較大影響，本試驗查閱大量文獻[5-6]，設計出一個較為成熟的配合比如表4所示。

1.3 制備方法

首先將稱好的NaOH、水玻璃、水三者混合到一起，攪拌充分后直至冷卻，作為本試驗的激發劑;隨后把粉煤灰、礦渣、碎石、河砂攪拌均勻，再把激發劑倒入攪拌機中攪拌;最后往100 mm的立方體模具中灌注已攪拌均勻的漿體，并在模具外露面貼一層塑料薄膜。硬化的地聚物混凝土試塊用保鮮膜包裹兩層以上，然后進行蒸汽養護[7]，到達指定齡期再取出進行性能研究[8]。

2 實驗分析

2.1 抗壓強度試驗

依據《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2019），以200 t電液伺服式壓力機上進行抗壓強度試驗[9]。

①將養護至指定齡期的試塊從蒸汽養護室中取出，放置在陽光下晾曬10 min，用干毛巾把試塊外表面擦拭干凈后，把試塊放置在下壓板上，保證試塊的中心與下壓板的中心相互對齊，最后啟動荷載。

②試驗時的加載速率宜為0.2～0.6 MPa/s，且應勻速加載，加載至試塊破壞變形時，活塞回退，記錄下力值和強度，然后提升上壓板，取出破壞試塊，進行下一試塊的加載;將同一齡期的6個試塊的強度算術平均值作為該齡期的地聚物混凝土強度值。

本試驗依次測得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的混凝土抗壓強度值，并算出其平均值，如表5所示。

從表5可以看出，地聚物混凝土抗壓強度與養護齡期同時增長，即養護齡期的增長促進地聚物混凝土抗壓強度的增長。

以試驗得出的抗壓強度平均值作為對應齡期的地聚物混凝土抗壓強度值，28 d試驗抗壓強度平均值為地聚物混凝土28 d抗壓強度值，則齡期3 d的混凝土試塊，劈裂抗壓強度值為38.3 MPa，達到了28 d強度值的73.37%;當齡期為7 d時，劈裂抗壓強度值為43.4 MPa，達到了28 d強度值的83.14%。

根據抗壓強度隨著齡期增加的變化可以看出，前3 d的抗壓強度增長比較快，能夠達到28 d抗壓強度的73.37%以上，繪制出地聚物混凝土抗壓強度隨養護齡期的增長而變化的折線圖如圖1所示。

2.2 抗拉強度試驗

混凝土劈裂抗拉試驗的設備采用LM-02型數字測力儀，《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2002）規定加載[10]。

①用雙手把試塊放置到半圓柱形平臺上，對中并扶穩，隨后旋轉上方圓盤，直至上部板接觸到試件上表面，然后卡緊試件。

②啟動測力儀，緩慢增加加載速度，直至0.5 kN/s，等待試件被劈裂;試件劈裂時關閉閥門，記下破壞荷載;劈裂抗拉強度按照公式（1）計算。

[fts=2FπA=0.636 6×2FA] ? ?（1）

其中：fts為地聚物混凝土劈裂抗拉強度，MPa;F為試件破壞荷載，N;A為試件劈裂面積，mm2。

公式（1）是150 mm立方體標準試件的劈裂抗拉強度計算公式，當試件為100 mm立方體時，需要再乘以換算系數0.85[11]。

本試驗依次測得地聚物混凝土在3 d、7 d、28 d、60 d、90 d、120 d、150 d的混凝土抗拉強度，并計算其平均值，如表6所示。

從表6可以看出，齡期與地聚物混凝土的劈裂抗拉強度成正相關，延長地聚物混凝土的養護齡期，會促進其抗拉強度的提升。

以試驗得出的抗拉強度平均值作為對應齡期的地聚物混凝土抗拉強度值，28 d試驗抗拉強度平均值為地聚物混凝土28 d抗拉強度，則齡期3 d的混凝土試塊，抗拉強度值為1.803 MPa，達到了28 d強度值的70.98%;當齡期為7 d時，抗拉強度值為2.026 MPa，達到了28 d強度值的79.76%。

根據抗拉強度隨著齡期增加的變化可以看出，前3 d的抗拉強度增長比較快，能夠達到28 d強度值的73.37%以上，繪制出地聚物混凝土抗壓強度隨養護齡期的增長而變化的折線圖如圖2所示。

3 結論

①隨著養護齡期的逐漸增加，地聚物混凝土的抗壓強度和抗拉強度逐漸增大，混凝土強度與養護齡期成正相關。

②3 d的地聚物抗壓和抗拉強度能夠達到28 d抗壓強度的70%以上，而7 d的地聚物抗壓強度和抗拉強度能夠達到28 d抗壓強度的80%左右，隨后強度增加則逐漸平緩。

③地聚物混凝土的抗壓和抗拉強度在早期都增長較快，在養護之初就能夠達到較高的強度，因此地聚物混凝土的前期養護對其有很大影響。

參考文獻：

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