摘 要：为研究石灰石粉-煤渣粉掺合料对混凝土性能的影响，结合室内试验方法，针对C40和C50两种混凝土，对比分析不同矿物掺合料含量对混凝土工作性能、力学性能及干燥收缩性能影响，研究表明:矿物掺合料含量超过30%会导致C40混凝土工作性能下降，增加矿物掺合料含量可以增强C50工作性能最佳;过大增加矿物掺合料含量会使C40混凝土抗压强度减小，增加矿物掺合料含量C50混凝土可有效增强混凝土抗压强度;随着矿物掺合料的增加，C40和C50混凝土干燥收缩率均呈减小趋势，其中C50混凝土干燥收缩率整体要比C40混凝土干燥收率稍大。研究结果可为石灰石粉-煤渣粉混凝土设计提供理论借鉴。
关键词：混凝土;石灰石粉-煤渣粉;工作性能;干燥收缩性能;
近年来，我国许多工程建设规模日益庞大。混凝土作为最基本的建筑材料，因其具有制作工艺简单和适用性强等特点，逐渐被广泛应用于各个工程领域。目前，混凝土已成为最常用的建筑材料，但如何保证混凝土优良的性能和耐久性是当下学者亟需进一步研究的课题。
国内外学者关于混凝土性能展开了大量研究，如王丽等针对高温作用下混凝土力学性能试验进行了分析，研究发现随着混凝土温度的升高，混凝土的抗压强度降低，峰值应变呈逐渐增大趋势，弹性模量则呈逐渐降低趋势;聂立武等关于再生粗骨料对再生混凝土力学性能及碳化性能的影响展开了研究，研究表明随着RCA取代率的增加，RAC的力学性能及抗碳化性能逐渐降低;与天然骨料混凝土相比，抗压强度分别降低了5.4%、23.8%，用水量提高了6.1%、12.4%，碳化深度分别提高了29.3%、72.5%;张恒春等关于矿物掺和料对混凝土早期收缩开裂性能的影响进行了探讨，结果发现未掺加掺和料的混凝土中砂浆28d干燥收缩率最大，单掺粉煤灰的最小;双掺和适比例的粉煤灰、矿粉，混凝土的抗开裂性能和力学性能最佳;张萌等针对自密实混凝土冻融循环后基本力学性能展开了研究，研究表明立方体抗压强度、劈裂抗拉强度随着冻融循环次数的增加而降低;相对立方体抗压强度和相对劈裂抗拉强度分别与抗冻性能指标拟合相似性较好;纵向应力-应变曲线随冻融循环次数增加斜率降低，混凝土刚度退化。上述研究分别从高温作用、混合掺料及冻融循环作用探讨了混凝土性能，但在提倡可持续发展的今天，关于工业废渣等废弃材料重复利用的研究还值得更为深入研究。基于此，以石灰石粉-煤渣粉作为混凝土的矿物掺合料，针对其不同含量对混凝土性能的影响和作用展开了研究，其结论可为再生混凝土研究提供借鉴和参考。
1 原材料(1)水泥:试验采用表观密度为2.8g/cm3，比表面积为345m2/kg的P·O 42.5普通硅酸盐水泥，其具体物理学参数如表1所示。
表1 水泥基本物理性能表 下载原图
(2)石灰石粉:试验采用石灰岩经多次粉磨后制得，粉磨成粉的石灰石粉表观密度为2680kg/m3，比表面积为578m2/kg，其主要化学成分如表2所示。
表2 石灰石粉主要化学成分表 下载原图
(3)煤渣粉:试验采用煤渣经多次粉磨后制得，粉磨成粉的煤渣粉表观密度为2580kg/m3，比表面积为510m2/kg，其主要化学成分如表3所示。
表3 煤渣粉主要化学成分表 下载原图
(4)粗骨料:试验采用骨料粒径为5～20mm的石灰石碎石，连续级配，表观密度为2680kg/m3，含泥量为0.6%，针片状含量为5.6%。
(5)细骨料:采用天然细砂，细度模数为2.6，表观密度为2670kg/m3，含泥量为1.8%。
(6)外加剂:采用高性能的聚羧酸高效减水剂，减水率为18%～25%。
(7)水:采用洁净的自来水。
2 试验方案2.1 试验方法(1)混凝土工作性能试验:试验分别制备搅拌均匀的C40和C50混凝土试样，将混凝土分3次均匀倒入坍落桶，并采用导棒均匀捣实至桶高三分之一位置，然后马上竖直平稳的提出坍落度筒，整个过程不超过2min。此时坍落度筒混凝土高度和坍落的混凝土试样高度之间的落差即表示混凝土的实际坍落度。测试混凝土粘聚性采用导棒敲打坍落得混凝土椎体，在敲打过程中，若混凝土椎体缓慢下沉则代表粘聚性良好，若混凝土椎体出现崩塌或离析现象则代表粘聚性不佳。混凝土保水性通过观察坍落度筒提起过程浆体溢出量来判定，若筒底部溢出浆体较多则代表混凝土保水性差，若溢出浆体较少或没有则代表保水性良好。
(2)混凝土力学性能试验:试验分别制备尺寸为80mm×80mm×80mm的C40和C50混凝土多组试件，并分别对混凝土试件进行3d、7d、28d养护，养护完成后将试件依次放入电子万能试验机进行抗压强度测试，即可得到3d、7d、28d混凝土试件的抗压强度。
(3)混凝土干燥收缩试验:试验分别制备两个尺寸为100mm×100×515mm的C40和C50混凝土试件，浇筑前需提前在试模内铺好两层塑料薄膜，并均匀涂抹上润滑油，对带模混凝土试件进行2d养护后再拆模。拆模后将混凝土试件迅速转移相对湿度在(60±5%)和室内温度为(20±2℃)的养护室进行观察。首先记录好两组试件的初始长度，记录期为100d，每5d对试件进行一次长度测试。
2.2 配合比设计为研究不同含量矿物掺合料对混凝土性能的影响，试验采用石灰石粉-煤渣粉作为矿物掺合料，分别配制不同含量矿物掺合料的C40和C50混凝土试件，并针对混凝土的工作性、力学性能及干燥收缩性进行对比分析，混凝土配合比设计如表4所示。
表4 混凝土配合比 下载原图
混凝土良好的工作性能可以有效增强粘聚性和塑性，为研究矿物掺合料含量对混凝土工作性能的影响，针对矿物掺合料含量分别为0%、10%、20%及30%的C40和C50混凝土试件的工作性能进行对比分析，其具体工作性能如图1所示。
由图1可以看出，对C40混凝土试件而言，随着矿物掺合料含量的增加，混凝土的坍落度先增大后减小，扩展度持续减小，粘聚性始终良好且无离析沁水现象。当矿物掺合料含量小于30%时，混凝土的坍落度呈现较小的增大趋势，而当矿物掺合料含量达到30%后，混凝土坍落度出现较大幅度的减小，说明矿物掺合料含量过大时，会大幅度的降低C40混凝土的坍落度。对C50混凝土试件而言，随着矿物掺合料含量的增加，混凝土的坍落度和扩展度均呈先增后减变化，粘聚性始终良好且无离析沁水现象。当矿物掺合料含量小于30%时，混凝土的坍落度和扩展度均呈现较小的增大趋势，而当矿物掺合料含量达到30%后，混凝土坍落度和扩展度均有所减小，但此时混凝土坍落度和扩展度均满足基准混凝土取值，说明增大矿物掺合料含量，可以有效提高C50混凝土的工作性能。
3.2 矿物掺量对混凝土力学性能影响为研究矿物掺合料含量对混凝土力学性能的影响，试验制备矿物掺合料含量分别为0%、10%、20%及30%的多组C40和C50混凝土试件，并针对不同矿物掺合料含量的混凝土3d、7d及28d的抗压强度进行对比分析，得出矿物掺合料含量-混凝土抗压强度变化曲线如图2所示。
图1 矿物掺合料含量-工作性能变化曲线图 下载原图
图2 矿物掺合料含量-抗压强度变化曲线图 下载原图
根据图2可知，C40混凝土试件中，随着矿物掺合料含量的增加，养护期为3d的混凝土抗压强度逐渐减小，养护期为7d的混凝土抗压强度先增加后减小，在含量为10%时呈现最大值，养护期为28的混凝土抗压强度呈先减后增再减趋势，在含量为20%时混凝土抗压强度呈现最大值，当含量为30%时，各养护期混凝土抗压强度均呈现最小值，说明过大增加矿物掺合料含量会导致混凝土抗压强度降低。C50混凝土试件中，随着矿物掺合料含量的增加，养护期为3d的混凝土抗压强度呈现先减后增趋势，养护期为7d的混凝土抗压强度逐渐减小，养护期为28的混凝土抗压强度呈先增后减再增趋势，且各养护期的混凝土抗压强度均要远大于C40混凝土。随着混凝土养护期的增长，抗压强度呈现较大的增强趋势，说明对于养护期较长的混凝土，增加矿物掺合料含量可以有效增强混凝土抗压强度，从而提高混凝土力学性能。
3.3 矿物掺量对混凝土干燥收缩性能影响试验通过制备矿物掺合料含量分别为0%、10%、20%及30%的多组C40和C50混凝土试件，并针对不同矿物掺合料含量的混凝土进行为期100d收缩变化观测，对比分析了矿物掺合料含量对混凝土干燥收缩性能的影响，得出矿物掺合料含量-混凝土干燥收缩曲线变化如图3所示。
图3 矿物掺合料含量-干燥收缩率变化曲线图 下载原图
分析图3可知，随着养护期的增长，不同矿物掺合料含量的C40和C50混凝土干燥收缩率均呈不断增长趋势，当养护期由0d增至30d时，混凝土干燥收缩率呈现较大增长趋势，当养护期超过30d后，混凝土干燥收缩率增长趋势逐渐变缓。随着矿物掺合料的增大，C40和C50混凝土干燥收缩率均呈减小趋势，其中C50混凝土干燥收缩率整体要比C40混凝土干燥收率稍大，说明增大矿物掺合料含量会同时增大C40和C50混凝土的干燥收缩率，且C50混凝土干燥收缩率受矿物掺合料含量的影响更加明显。
4 结论(1)过大增加矿物掺合料含量会导致C40混凝土工作性能下降，建议不超过30%。增加矿物掺合料含量可以增强C50混凝土的粘聚性和塑性，当含量为30%时，混凝土工作性能最佳。
(2)对于C40混凝土，过大增加矿物掺合料含量会使抗压强度减小，对于C50混凝土，增加矿物掺合料含量增可以有效增强混凝土抗压强度，且随着养护期的增长，增强效果越明显，混凝土力学性能越好。
(3)随着养护期的增长，不同矿物掺合料含量的C40和C50混凝土干燥收缩率均呈不断增长趋势，随着矿物掺合料的增大，C40和C50混凝土干燥收缩率均呈减小趋势，其中C50混凝土干燥收缩率整体要比C40混凝土干燥收率稍大。
参考文献[1] 陈东东，张先锋，郭磊，等．基于降阶均匀化理论的混凝土双尺度力学性能分析．计算力学学报，2016,33(6):925-932．
[2] 李绿宇，国巍．微粒混凝土基本力学特性及其影响参数的试验研究．世界地震工程，2016,32(4):277-283．
[3] R.Kalfat,R.Al-Mahaidi.Improvement of FRP-to-concrete bond performance using bidirectional fiber patch anchors combined with FRP spike anchors.Composite Structures,2016,155,89-98．
[4] A.Z.Mohd Ali,Jay Sanjayan,Maurice Guerrieri.Performance of geopolymer high strength concrete wall panels and cylinders when exposed to a hydrocarbon fire.Construction and Building Materials,2017,137,195-207．
[5] 王丽，周林聪，曲海坤．高温作用下混凝土力学性能试验分析．施工技术，2017,46(24):26-28 57．
[6] 聂立武，韩古月，滕毓晨．再生粗骨料对再生混凝土力学性能及碳化性能的影响．混凝土，2017,(12):99-101．
[7] 张恒春，唐方宇，季锡贤，等．矿物掺和料对混凝土早期收缩开裂性能的影响．施工技术，2016,45(S2):522-525．
[8] 张萌，刘清，韩风霞，等．自密实混凝土冻融循环后基本力学性能试验研究．混凝土，2016,(12):22-24 28．
[9] 陈鹏．石灰拌合方式对排水性沥青混凝土的影响．公路工程，2016,41(6):289-293．
[10] 庄心善，彭伟珂，吴镜泊．石灰改良膨胀土强度试验研究．公路工程，2017,42(5):1-5．
[11] 何东坡，马明洋．改性生物沥青耐老化性能研究．公路工程，2019,44(1):193-197.
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