磁化水玄武岩纤维钢渣粉混凝土早期强度分析

2017-09-03张积安马芹永

安徽理工大学学报·自然科学版 2017年5期

张积安马芹永

摘要：为提高玄武岩纤维钢渣粉混凝土早龄期抗压强度，用磁化水代替普通水拌制混凝土。采用10种不同水流量流经磁化器后的水分别搅拌混凝土，进行混凝土早龄期抗压强度试验后选出合适水流量。合适水流量流经磁化器后的水分别搅拌10%、12%、14%、16%和18%不同钢渣粉掺量下玄武岩纤维钢渣粉混凝土，再进行早龄期抗压强度试验，得出合适的钢渣粉掺量。试验结果表明：玄武岩纤维掺量3 kg/m3和钢渣粉掺量15%时，合适水流量为16 L/min。磁化水加快了混凝土水化速率，生成更多水化产物，有效填充了结构中孔隙，混凝土强度得到提高。7 d抗压强度达到最大值26.4 MPa，较未用磁化水搅拌的混凝土早期强度增长15.3%。钢渣粉合适掺量范围为12%～15%。

关键词：玄武岩纤维；钢渣粉；抗压强度；磁化水；水流量

中图分类号： TU528.572 文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2017）05-0025-04

Abstract：In order to enhance the early-age compressive strength of basalt fiber reinforced steel slag powder concrete， the magnetic water was used to take place of ordinary water in mixing procedure. Experiments of the early-age compressive strength of concrete were conducted to select suitable water flow when ten different types of water flow that flowed through the magnetizer respectively in mixing concrete. When the suitable water flow flowed through magnetizer， the experiments of early-age compressive strength of basalt fiber reinforced steel slag powder concrete were respectively conducted with 10%，12%，14%，16% and 18% amounts of steel slag powder， and the suitable amount of steel slag powder was obtained. The results indicated that the suitable water flow was 16 L/min when the basalt fiber value was 3 kg/m3 and the steel slag powder value was 15%. The magnetic water accelerated hydration rate of concrete， generated more hydration products， and filled the pores in concrete structure effectively， which improved the strength of concrete. Meanwhile the 7-day compressive strength of concrete reached maximum 26.4 MPa， which increased by 15.3% compared with the early-age compressive strength of basalt fiber reinforced steel slag powder concrete without using magnetic water. And the reasonable dosage of steel slag powder ranged 12%～15%.

Key words：basalt fiber； steel slag powder； compressive strength； magnetic water； water flow

綠色混凝土作为一种新型混凝土材料在建筑行业中的应用越来越广泛。具有节约水泥、充分利用工业废渣及减少环境污染等优点[1]，其将成为未来建筑材料研究发展的必然趋势。

相关试验表明，作为新型混凝土材料的玄武岩纤维钢渣粉混凝土具有节约水泥，流动性好等优点；玄武岩纤维的适量加入可增强混凝土抗压强度[2]。文献[3]研究了钢渣粉混凝土中掺入无机纤维后的力学特性，得出纤维掺量0.1 %、钢渣掺量10 %时，混凝土各龄期抗压强度均有不同幅度提高，但随着钢渣粉掺量的继续增加，混凝土强度下降。

水是混凝土试验中必不可少的组分之一，其性质的改变对混凝土力学性能会产生影响[4]。相关试验表明，被磁化器磁化后的水简称磁化水，可提高混凝土各龄期抗压强度。制备钢渣粉混凝土时，钢渣粉掺量超过一定范围，混凝土早期强度降低明显[5]。本文采用磁化水代替普通水搅拌混凝土，解决钢渣粉过量掺入混凝土中导致混凝土早期强度降低问题。研究磁化水对玄武岩纤维钢渣粉混凝土7d抗压强度影响情况，确定合适水流量。同时采用合适水流量流经磁化器后的水分别搅拌不同钢渣粉掺量混凝土，进行抗压强度试验后得出合适钢渣粉掺量。

1 试验方案

1.1 水流量的的选择

普通自来水流经磁化器后便可得到磁化水，而影响磁化水磁化效果的因素之一是水流经磁化器时水流量的大小。

试验采用ZL-FE-4型号流量计，根据其工作量程范围，选取0 L/min、4 L/min、6 L/min、8 L/min、10 L/min、12 L/min、14 L/min、16 L/min、18 L/min和20 L/min十种不同水流量流经磁化器后进行试验。仪器如图1所示。

1.2 磁化器的选择

文献[6]的试验结果表明，磁感应强度控制在232.3～293.78 mT范围内时，水的磁化效果较好。由于水在磁场作用下黏度和表面张力减小，加快了与其他物质水化反应的进行，生成更多水化产物，因此混凝土强度得到提高。

磁化仪器选用北京大禹联合环保科技开发有限公司生产的磁场强度285 mT的磁化器。外形如图2所示。

1.3 试验材料的选择

玄武岩纤维掺量和钢渣粉掺量对混凝土力学性能影响作用较大，试验在文献[7]基础上选取3 kg/m3玄武岩纤维掺量和15 %钢渣粉掺量分别进行十种不同水流量流经磁化器后的水对玄武岩纤维钢渣粉混凝土7 d抗压强度影响试验，得出合适水流量。在此基础上做进一步细化钢渣粉掺量试验，得出合适钢渣粉掺量。

2 配料与试验方法

2.1 配料

选用PO 42.5级普通硅酸盐水泥、粒径5～20 mm级配碎石、淮河中砂、短切长度16 mm玄武岩纤维以及比表面积为450 m2/kg的钢渣粉进行试验。玄武岩纤维采用外掺方式掺入，钢渣粉采用内掺方式等质量代替水泥掺入。试验中混凝土的配合比为：水泥∶水∶砂∶石子=1∶0.48∶1.79∶2.19；试验中的水胶比为0.48，砂率為45 %。

2.2 试验方法

本试验对C30强度等级混凝土进行7 d抗压强度试验。每组制作三个标准立方体试块，养护24 h后拆模，同一养护条件下养护7 d后按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定，采用TYE-2000型试验机对混凝土标准立方体试块进行抗压强度试验。

3 磁化水玄武岩纤维钢渣粉混凝土抗压强度试验分析

磁化水对玄武岩纤维钢渣粉混凝土早期抗压强度有明显影响。10种不同水流量流经磁化器后的水分别搅拌混凝土，再进行混凝土抗压强度试验，试验结果如表1所示。

文献[8]分析了混凝土的渗透性与压力之间的关系，结果表明混凝土早期水化不彻底，导致内部孔隙较多，降低了混凝土强度。由表1中试验数据可知，外掺纤维的基准混凝土抗压强度为25.3MPa，与文献[9]研究结果保持一致。

采用普通自来水搅拌混凝土，15%钢渣粉掺量替代水泥时，混凝土7d抗压强度为23.5MPa。钢渣粉等质量替代水泥后，由于其水化作用缓慢以及活性较低，导致混凝土早期强度降低，钢渣粉掺量越大对混凝土强度影响就越大[10]59。采用磁化水搅拌混凝土后，混凝土抗压强度均高于该强度值。流经磁化器的水流量为16L/min时，混凝土抗压强度达到最大值26.6MPa，抗压强度较用普通水搅拌的混凝土抗压强度增长幅度达13.2 %，磁化效果最好。试验结果表明，磁化水有效弥补了玄武岩纤维钢渣粉混凝土早期强度的不足。这是由于磁化水搅拌混凝土时，水分子键发生改变，彼此之间引力减小，更容易与水泥发生反应，生成更多水化产物，填充了混凝土中的孔隙[11]，混凝土强度得到提高；另外磁化水可以使混凝土溶液中的Ca（OH）2饱和析晶，加快了诱导期的结束和混凝土水化，提高了水泥浆体的强度[12]，混凝土强度得到增强。

水流量/（L·min-1）

根据表1中试验数据绘制玄武岩纤维钢渣粉混凝土早期抗压强度与流经磁化器的不同水流量之间关系曲线，如图3所示。十组试验中的三十个标准立方体试块按照混凝土强度评定标准进行处理，对7d抗压强度数据分析得，试验中流经磁化器的水流量分别为4L/min、10L/min和16L/min时，混凝土抗压强度值分别对应为24.4MPa、25.8MPa和26.6MPa；对比10种不同水流量下磁化水对玄武岩纤维钢渣粉混凝土抗压强度增强效果，最大强度值出现在水流量16L/min时，强度提高幅度最大。因此，试验中流经磁化器的合适水流量为16L/min。

4 钢渣粉掺量对磁化水玄武岩纤维钢渣粉混凝土抗压强度影响的试验分析

不同钢渣粉掺量下，混凝土抗压强度试验结果如表2所示。

钢渣粉等量替代水泥后，采用16L/min水流量流经磁化器后的水分别搅拌不同钢渣粉掺量下玄武岩纤维钢渣粉混凝土，再进行混凝土7 d抗压强度力学性能试验。由试验结果可知，随着钢渣粉掺量的增加，混凝土抗压强度逐渐降低。钢渣粉掺量为10%时，混凝土早期抗压强度达到最大值27.6MPa；钢渣粉掺量分别为12%、14%、16%和18%时，混凝土抗压强对应为26.9MPa、26.7MPa、25.7MPa和25.4MPa。这主要是由于钢渣粉掺量的增加，混凝土中未水化的钢渣粉颗粒含量增多，进而加大了水泥浆基体的空隙率，导致强度下降[13]。

根据表2中试验数据绘制钢渣粉掺量与混凝土早期抗压强度之间关系曲线，如图4所示。随着钢渣粉掺量的增加，混凝土抗压强度明显下降，掺量达18%时强度达到最低值25.4MPa。这是由于钢渣粉替代水泥比例的不断增大，水泥含量相对减少，使得钢渣复合胶凝材料水化的诱导期延长，生成的水化产物随之减少，进而降低了混凝土早期强度[10]58。

钢渣粉掺量对不同龄期下混凝土力学性能影响情况不一样，对早期强度影响比较明显，本试验主要分析其对混凝土7 d抗压强度的影响情况。钢渣粉掺量范围分别对应为10%～12%、12%～15%、15%～16%和16%～18%时，混凝土抗压强度降低幅度分别为2.54%、1.12%、3.38%和1.17%。钢渣粉掺量在12%～15%范围内时，混凝土抗压强度降低幅度最小，同时满足强度要求，掺量超过15%时强度大幅下降，试验结果表明，合适的钢渣粉掺量范围12%～15%。