摻鋼渣- 礦渣- 粉煤灰復合微粉混凝土凍融循環后抗壓強度數學分析

陳新星，郭景秀，黃 婧，周志云

（1.凱里學院，貴州 凱里 556011；2.雷山縣水務局，貴州 雷山 557199；3.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093）

中國北方幅員遼闊，但不少地區在冬季溫度低，直接導致這些地區的房屋、道路、橋梁等建筑物受到凍融破壞，因此，混凝土抗凍性能的研究直接關系到北方鄉村振興的效果。

中國學者對混凝土的抗凍性能研究已經開展多年，并取得了一定的成果。周志云等[1]的研究表明，聚丙稀纖維的加入提高了混凝土的抗凍性和抗鹽凍性。有很多學者對單摻鋼纖維、復摻礦物摻合料、混摻纖維面板混凝土的抗凍性能進行了研究[2-4]。但是，當下對摻鋼渣-礦渣-粉煤灰復合微粉混凝土凍融循環后抗壓強度的研究較少。本試驗通過對不同的復合微粉種類、不同摻量的混凝土在凍融循環后的強度值進行分析，找出各因素對混凝土凍融循環后強度變化的影響規律，為將來的復合摻合料混凝土試驗提供一些基礎的試驗數據和方法。

1 摻和料與試驗設計

1.1 摻和料

（1）鋼渣。采用上海寶鋼的鋼渣成品粉，檢測參照標準為YB/T 140-2009，檢測結果見表1。

表1 鋼渣的成分（%）

（2）礦渣。采用南京某公司的?；郀t礦渣粉，微粉級別為S95。

（3）粉煤灰。采用一級粉煤灰，密度為2 600 g/cm3。

1.2 試驗方案設計

本試驗采用部分正交法，分為鋼渣摻量A、礦渣摻量B 和粉煤灰摻量C 3 種復合微粉?；炷僚浜媳纫姳?。

表2 混凝土試驗配合比

1.3 試驗方法

參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行混凝土制作和抗壓強度試驗，試件為邊長100 mm 的混凝土立方體試塊，共225 個，分為5 個組，然后每組依次做未凍融即0 次凍融循環、25 次凍融循環、50 次凍融循環、75 次凍融循環和100次凍融循環，測量其試驗后的抗壓強度。

2 試驗結果和分析

2.1 試驗結果極差分析

本試驗只涉及最基本的正交試驗，稱為部分正交試驗。強度試驗因素水平數據見表3。按表4 進行分組。

表3 強度試驗因素水平

表4 部分正交試驗

由圖1 可知，對于粉煤灰而言，在不同的凍融循環次數下，當因素水平為7 時，粉煤灰對混凝土強度的貢獻都較為突出，由此可知，對于本試驗中抗凍混凝土而言，粉煤灰的較優摻量為20%；對于鋼渣而言，當凍融循環次數為75 次時，隨著因素水平的提高，混凝土的抗壓強度不大，都在18 MPa 上下，這表明在此種凍融循環下，鋼渣的摻量對混凝土強度波動幾乎沒 有影響；對于礦渣而言，4 個凍融循環次數下，混凝土強度波動都比較大，當凍融循環75 次，因素水平為7 時，混凝土抗壓強度不到5 MPa，說明礦渣的抗凍性差。

圖1 不同凍融循環次數下因素水平與抗壓強度的關系

由表5 可知，當混凝土未凍融時，對混凝土強度貢獻程度的順序為礦渣>粉煤灰>鋼渣，這說明在常溫下，礦渣和粉煤灰能夠為混凝土提供較為穩定的強度。當凍融循環25 次時，對混凝土強度貢獻程度的順序為鋼渣>粉煤灰>礦渣，這表明，在低次數凍融下，粉煤灰對混凝土強度的貢獻較為穩定，鋼渣對混凝土的抗凍性能有一定的改善作用。當凍融循環50 次和100 次時，3 種摻合料對混凝土強度的貢獻程度相差無幾。此外，凍融100 次的抗壓強度整體上比凍融75 次的抗壓強度要大一些，說明在這段時間，對混凝土強度的增強作用大于凍融對混凝土強度的削減作用，這說明混凝土的養護對混凝土的抗凍性能有很大的影響。

表5 鋼渣- 礦渣- 粉煤灰混凝土凍融循環后抗壓強度試驗結果極差分析

2.2 試驗結果方差分析

由表6 可知，在4 個凍融次數下，鋼渣對混凝土抗壓強度均有比較顯著的貢獻，這表明鋼渣對混凝土的抗凍性能有一定的影響。在凍融50 次和75 次時，礦渣和粉煤灰對混凝土的抗壓強度的影響顯著，這表明，一方面可能是鋼渣、礦渣和粉煤灰3 種摻合料發生了反應，反應的產物對混凝土的抗凍性能有一定的提高，另一方面可能是復合摻合料縮短了混凝土的養護時間，使混凝土的強度有所提高，從而提高了混凝土的抗凍性能。

表6 鋼渣- 礦渣- 粉煤灰混凝土凍融循環后抗壓強度試驗結果方差分析

3 試驗結論

（1）對于鋼渣-礦渣-粉煤灰復合微粉混凝土而言，粉煤灰的較優摻量為20%。

（2）在凍融循環50 次和75 次時，礦渣和粉煤灰對混凝土的抗壓強度的影響顯著，這表明，一方面可能是鋼渣、礦渣和粉煤灰3 種摻合料發生了反應，反應的產物對混凝土的抗凍性能有一定提高，另一方面可能是復合摻合料縮短了混凝土的養護時間，使混凝土的強度有所提高，從而提高了混凝土的抗凍性能。

（3）當凍融循環25 次時，對混凝土強度貢獻程度順序為鋼渣>粉煤灰>礦渣。