不同矿物掺合料对高强混凝土劈裂抗拉强度的影响差异.pdf

2 0 1 4年 第 3期 ( 总第 2 9 3期 ) 混 凝 土 Nu mb e r 3 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No ． 2 9 3 ) Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E 不同矿物掺合料对高强混凝土劈裂抗拉强度的 影响差异 孙正甫 ’ ，袁英杰 ’ ，王超 ’ ，王强 ，阎培渝 z ( 1 ．云南锁蒙高速公路有限公司，云南 昆明 6 5 0 2 2 8 ；2 ． 清华大学 土木系，北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 ： 研究了矿渣 、 粉煤灰 、 钢渣和石灰石粉这四种矿物掺合料对高强混凝土劈裂抗拉强度的影响差异。 结果显示 ： 矿渣对高 强混凝土劈裂抗拉强度的贡献大于对抗压强度的贡献 ； 粉煤灰对高强混凝土 2 8 d 劈裂抗拉强度的贡献略大于对抗压强度的贡献 ， 随着龄期 的增长 ， 对劈裂抗拉强度的贡献明显增强 ； 钢渣和石灰石粉对高强混凝土劈裂抗拉强度的贡献小于对抗压强度的贡献。 关键词 ： 矿物掺合料 ；高强混凝土 ；抗压强度 ；劈裂抗拉强度 中图分类号 ： T U 5 2 8 ． 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 — 0 1 0 6 — 0 3 I n f l u e n c e o f d i ffe r e n t m i n e r a l a dmi x t u r e s o n t h e s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f h i gh s t r e n g t h c on c r e t e S UNZ h e n g f u ， YUAN Y i n g i i e ， WANGCh a o ， WANGQi a n g 。 ， V ANP e i y u ( 1 ． Yu n n a nS u o me n gE x p r e s s wa y Co ． ， L t d ． ， Yu n n a n ， Ku n mi n g 6 5 0 2 2 8 ， C h i n a ； 2 ． D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， T s i n g h u a U n i v e r s i t y ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 ， C h in a ) Abs t r ac t ： Th e i nflu e n c e of mi n e r a l a d mi x tur e s i n c l u d i ng g r o u n d b l a s t f t t r na c e s l a g， fl y a s h， s t e e l s l a g， a n d l i me s t o n e p o wde r o n t h e s pl i t t i n g t e n s i l e s tre n g t h of h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e wa s s tud i e d i n t h i s p a p e r ． Th e r e s u l t s s h o w tha t the c o nt r i b u t i o n o f gro un d b l a s t f ur n a c e s l a g t o t h e s p l i tt i n g t e n s i l e s tr e n gth o f h i g h s t r e n gth c o n c r e t e i s h i g h e r t h a n t h a t t o the c o mp r e s s i v e s t r e n g th ． T h e c o n t ri b u t i o n o f fl y a s h t o t h e 2 8 d s p l i t t i n g t e n s i l e s tr e n gth o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e i s a l i tt l e h i g h e r t h a n that t o the c o mp r e s s i v e s tr e n gth， and i t b e c o me s mu c h h i g h e r a s h y d r a t i o n a g e s i n c r e a s e ． T h e c o n t r i b uti o n o f s t e e l s l a g a n d l ime s t o n e p o wd e r t o t h e s p l i tt i n g t e n s i l e s t r e n gth o f h i g h s t r e n gth c o n — c r e t e i s l o we r than t h at t o t h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth ． K e y wor d s ： mi n e r a l a d mi x t u r e ； h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth； s p l i tt i n g t e n s i l e s t r e n gth 0 引言 和石灰石粉对高强混凝土劈裂抗拉强度的 影响差异。 高强混凝土在土木工程中的应用范围越来越广， 用量也 越来越大 。 高强混凝土大多用于工程结构的关键部位 ，对整 个_T程的安全性和耐久性有重要的影响。 高强混凝土因水胶 比低 、 胶凝材料用量大等特点， 导致其收缩也往往较大 ， 因而 高强混凝土的开裂问题 比较严重 。 高强混凝土的抗裂性能 与其抗拉强度密切相关 ， 目 前对高强混凝土抗压强度的研究 已非常多 ， 但对其抗拉强度 的研究还很少 。 大量使用矿物掺合料是现代混凝土的一个重要特征 _3 _ ， 既能够减少水泥熟料的用量 ， 又可以改善混凝土的一些性 能 】 。 在高强混凝土 的配合 比设计中使用矿物掺合料对于 降低早期温升和减小收缩具有明显的作用 ， 因此 目 前我国应 用的高强混凝土中通常都掺有一定量 的矿物掺合料。 大掺量 矿物掺合料对高强混凝土抗拉强度的影响规律是一个值得 关注的问题 ， 由于混凝土的抗拉强度测试 比较 困难 ， 而抗拉 强度与劈裂抗拉强度之间有密切的联系， 因而通常用劈裂抗 拉强度间接表征抗拉强度。 本试验研究了粉煤灰 、 矿渣、 钢渣 收稿 日期：2 0 1 3 _ 0 9 - o 2 1 0 6 1 原材料和试验 方法 试验采用 的水泥为混凝土外加剂性能检验专用基准水 泥 ， 该水泥为纯硅酸盐水泥， 强度等级为 P I 4 2 ． 5 级 ， 比表面 积为 3 4 1 m~ ／ k g 。 试验采 用的粉煤灰为 I I 级粉煤灰 ， 比表面 积为 3 5 8 m2 ／ k g ； 矿渣为 $ 9 5 级粒化高炉矿渣粉 ， 比表面积 为 4 3 0 mZ ／ k g ； 钢渣为转炉钢渣粉 ， 比表面积为 4 0 2 m Z ／ k g ； 石 灰石粉的比表面积为 7 1 8 m ： ／ k g 。 细骨料为细度模数 2 ．7的 普通河砂 ， 最大粒径为 5 m m； 粗骨料 为 5 ～ 2 5 m m连续级配 的石灰石骨料。 减水剂为固含量 3 0 ％的聚羧酸减水剂 。 混凝土成型后置于温度为( 2 0 + 1 ) ℃、 相对湿度大于9 5 ％ 的标准养护室中养护 ， 纯水泥混凝土于 1 d 后拆模 ， 含大掺 量矿物掺合料的混凝土于 2 d 后拆模 ， 拆模后将混凝土在标 准养护室内养护至测试龄期 。 混凝土的抗压强度和劈裂抗 拉强度试验方法依据 G B ／ T 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 ( ( 普通混凝土力学 性 能试 验方法标 准》 进行 ， 为提高劈 裂抗拉强度的数据精 度 ， 劈裂抗拉强度结果采用 9 个试块的测试平均值 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2结果与讨论 2 ． 1 等水胶比条件下矿物掺合料对劈裂抗拉强度 的影 响 试验设计了 5 组高强混凝土， 其中各组混凝土的水胶 比均为 0 ． 3 0 ， 胶凝材料总量均为 4 8 0 k g ／ m ， 砂率均为 4 2 ％。 混凝土 C为纯水泥混凝土 ， 混凝 土 F 、 B、 S 、 L中粉煤灰 、 矿 渣 、 钢渣 、 石灰石粉分别 占胶凝材料总质量的 4 5 ％。 表 1 高强混凝土的配合比 k g ／ m 3 编号 水泥 粉煤灰 矿渣 钢渣 石灰石粉 细骨料 粗骨料水 C 48 0 0 0 0 0 7 6 7 1 05 9 1 4 4 F 2 6 4 21 6 0 0 0 7 6 7 1 05 9 1 44 B 26 4 0 21 6 0 0 7 6 7 1 05 9 1 4 4 S 26 4 0 0 21 6 0 7 6 7 1 05 9 1 4 4 T 26 4 0 0 0 21 6 7 6 7 】05 9 】 4 4 将纯水泥混凝土的强度作为参照值 ， 含矿物掺合料的 混凝土的相对强度定义为 ： 含矿物掺合料的混凝土的强度 ／ 纯水泥混凝土的强 度~ 1 0 0 ％。 图 1 为含矿物掺合料的混凝土 2 8 d龄期时的相对强 度 。 从图 1 中可 以看 出， 每组混凝土的相对抗压强度和相对 劈裂抗拉强度之 间均存在着差异 ， 其中粉煤灰混凝土和矿 渣混凝土的相对劈裂抗拉强度大于相对抗压强度 ， 钢渣混 凝土 和石灰 石粉混凝土的相对劈裂抗拉强度小于相对抗 压强度。 矿渣混凝土的相对抗压强度 约等于 1 0 0 ％， 说 明矿 渣混凝土与纯水泥混凝 土的抗压强度基本相等 ， 但矿渣混 凝土的相对劈裂抗拉强度大于 1 0 0 ％， 说明矿渣对 于改善混 凝土的 2 8 d 劈裂抗拉强度是有利的。 粉煤灰混凝土、 钢渣混 凝 土和石灰 石粉混凝土的相对抗压强度均低于 1 0 0 ％， 说 明粉煤灰 、 钢渣和石灰石粉都对混凝土的 2 8 d 抗压强度有 不利影响 ， 但粉煤灰对混凝土 的劈裂抗拉强度 的不利影 响 小于对抗压强度 的影响 ， 而钢渣和石灰石粉对混凝土劈裂 抗拉强度的不利影响大于对抗压强度 的影响。 图 2为含矿物掺合料 的混凝土 9 0 d 龄期时 的相对强 度 。 与图 l 中的规律相同 ， 粉煤灰混凝土和矿渣混凝土的相 对劈裂抗拉强度大于相对抗压强度 ， 钢渣? 昆 凝土和石灰石 粉混凝土的相对劈裂抗拉强度小于相对抗压强度 。 值得关 注的是 ， 粉煤灰混凝土的相对抗压强度 已接近 1 0 0 ％， 且相 对劈裂抗拉强度已明显超过了 1 0 0 ％， 且粉煤灰混凝土的相 对抗 劈裂抗 压强度与矿渣混凝土 的相对劈裂抗拉强度接 近。 此外 ， 对于钢渣混凝土和石灰石粉混凝土 ， 9 0 d相对劈 裂抗压强度与相对抗压强度 的差距 比2 8 d 更大 。 图 3是含矿物掺合料 的高强混凝土 在不 同龄期 的相 对抗压强度， 从 2 8 ～ 9 0 d ， 各组混凝土的相对抗压强度均有 一 定程度的增长 ， 这说明各组混凝土的抗压强度在这个 阶 段 的增幅均大 于纯水泥混凝土 。 这是因为纯水泥混凝土 的 胶凝体系的早期活性高 ， 在 2 8 d 龄期 时的水化程度 已达到 相 当高的水平 ， 因而后期增长 的空间较小 ； 而粉煤灰 、 矿渣 和钢渣 的反应速率明显低于水泥 ， 它们在 2 8 d 龄期后的反 l 20 1 O O 薹8 0 醴6 0 4 0 2 O 0 粉煤 灰 矿渣 钢 渣 石灰石 粉 混凝 土种类 图 1 含矿物掺合料的高强混凝土的 2 8 d相对强度 1 2 0 1 0 0 萎8 0 酸6 0 霞 4 0 2O 0 粉 煤灰 矿渣 钢 渣 石灰 石粉 混凝 土种类 图 2 含矿物掺合料的高强混凝土的 9 0 d相对强度 应对强度发展有较大 的贡献 ； 石灰石粉改善 了水泥的水化 环境 ， 对于提高水 泥后期的水化程度有积极 的作用。 图 4是含矿物掺合料的高强混凝土在不 同龄 期时的 相对劈裂抗拉强度。 与图 3 类似 ， 各组混凝土的后期相对劈 裂抗拉强度也均有一定程度的增长 。 其 中， 粉煤灰混凝土 的 相对劈裂抗拉强度增长最 明显 ， 矿渣混凝土次之 ， 而钢渣 混凝 土和石灰石粉混凝土的相对劈裂抗拉强度增 长幅度 很小。 将 图 4 、 3 对 比可以看 出 ， 从 2 8 ～ 9 0 d 龄期 ， 粉煤灰混 凝土和矿渣混凝土的相对劈裂抗拉强度和相对抗 压强度 的增长 幅度相近 ， 说 明粉煤灰和矿渣对 提高混凝土的后期 抗压强度和劈裂抗拉强度效果相近 ； 而钢渣混凝土和石灰 石粉混凝土的相对劈裂抗拉强度的增幅明显小于相对抗 压强度 ， 说明钢渣和石灰石粉对于提高混凝土的后期劈裂 抗拉强度的作用有限。 琶 疆 ‘拓 粉 煤 灰 矿 渣 钢 渣 石 灰 石 粉 混凝 土种类 图 3 含矿物掺合料的高强混凝土在不同龄期的相对抗压强度 2 ．2 等 2 8 d 抗压强度的条件下矿物掺合料对劈裂 抗拉 强度 的影 响 在工程结构设 计中通 常采用混凝土 的 2 8 d 抗压强度 作为强度设计值 ， 因此 ， 在 2 8 d 抗压强度相同的条件下 ， 矿 物掺合料对高强混凝土劈裂抗拉强度 的影 响是一个值得 1 07 加 ∞ 舳 ∞ 加 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 薹 惑 擐 箍R ‘杂 表 2 高强混凝土的配合比 k e C m ~ 编号 水泥 粉煤灰 矿渣 钢渣 石灰石粉 细骨料 粗骨料水 抗压强度8 3 ．4 8 3 ． 1 8 4 ． 2 8 4 ． 1 8 4 ．7 8 3 ． 2 8 2 ． 3 8 2 ．5 1 2 0 誊 憩 1 0 0 辑 枨8 O 莨 F 一 1 F 一 2 B S 一 1 S 一 2 L一 1 L一 2 混凝 土种类 图 5 各组高强混凝土的相对劈裂抗拉强度 劈裂抗拉强度 的贡献大于对抗压强度 的贡献 ， 钢渣 和石灰 石粉对 高强混凝土劈裂抗拉强度 的贡献小 于对抗 压强度 的贡献 。 ( 2 ) 随着 龄期 的增长 ， 矿渣和粉煤灰对 高强混凝土劈 裂抗拉强度 的贡献越来越大 ， 但钢渣和石灰石粉对 高强混 凝土劈裂抗拉强度 的贡献变化不大。 ( 3 ) 在 2 8 d 抗压强度相等的前提下 ， 矿渣? 昆 凝土的 2 8 d 劈裂抗拉强度明显高于纯水泥混凝土 ， 粉煤灰混凝土的 2 8 d 劈裂抗拉强度略高 于纯水泥混凝土 ， 钢渣 和石灰石粉混凝 土的 2 8 d劈裂抗拉强度明显低于纯水泥混凝 土。 参考文献 ： 【 1 ]王铁梦 ． 工程结构裂缝控制的综合方法I J 1 ．施 工技术 ， 2 0 0 0 ， 2 9 ( 5 ) ： 5 - 9 ． f 2 12 朱耀台 ， 詹树林． 混凝土裂缝成因与防治措施研究【 J l _材料科学 与工程学报， 2 0 0 3 ， 2 1 ( 5 ) ： 7 2 7 — 7 2 9 ． 【 3 】 阎培渝． 现代混凝土的特点【 昆 凝土， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 3 - 5 ． 【 4 1 ME HT A P K． A d v a n c e s i n c o n c r e t e t e c h n o l o g y [ J ] ． C o n c r e t e I n t e r n a — t i o n a l ， 1 9 9 9 ( 6 ) ： 6 9 — 7 6 ． 【 5 】S H I C J ， Q I A N J s ．H i p e r f o r m a n c e c e m e n t i n g m a t e r i a l s f r o m i n — d u s t r i a l s l a g s - a r e v i e w [ J ] ．R e s o u r c e C o n s e r v a t i o n R e c y c l i n g ， 2 0 0 0 ， 2 9 ( 3 ) ： 1 9 5 — 2 0 7 ． 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 孙正 甫( 1 9 6 6 一 ) ， 男， 高级工程师。 云南省昆明市滇池度假区兴体路 l 0 号 湖景酒店 3 0 7 室( 6 5 0 2 2 8 ) 1 8 65 3 3 61 001 加 ∞ 鲫 ∞ 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m