磁化水玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早期強度分析

張積安 馬芹永

摘 要：為提高玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早齡期抗壓強度，用磁化水代替普通水拌制混凝土。采用10種不同水流量流經磁化器后的水分別攪拌混凝土，進行混凝土早齡期抗壓強度試驗后選出合適水流量。合適水流量流經磁化器后的水分別攪拌10%、12%、14%、16%和18%不同鋼渣粉摻量下玄武巖纖維鋼渣粉混凝土，再進行早齡期抗壓強度試驗，得出合適的鋼渣粉摻量。試驗結果表明：玄武巖纖維摻量3 kg/m3和鋼渣粉摻量15%時，合適水流量為16 L/min。磁化水加快了混凝土水化速率，生成更多水化產物，有效填充了結構中孔隙，混凝土強度得到提高。7 d抗壓強度達到最大值26.4 MPa，較未用磁化水攪拌的混凝土早期強度增長15.3%。鋼渣粉合適摻量范圍為12%～15%。

關鍵詞：玄武巖纖維；鋼渣粉；抗壓強度；磁化水；水流量

中圖分類號： TU528.572 文獻標志碼：A

文章編號：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

綠色混凝土作為一種新型混凝土材料在建筑行業中的應用越來越廣泛。具有節約水泥、充分利用工業廢渣及減少環境污染等優點[1]，其將成為未來建筑材料研究發展的必然趨勢。

相關試驗表明，作為新型混凝土材料的玄武巖纖維鋼渣粉混凝土具有節約水泥，流動性好等優點；玄武巖纖維的適量加入可增強混凝土抗壓強度[2]。文獻[3]研究了鋼渣粉混凝土中摻入無機纖維后的力學特性，得出纖維摻量0.1 %、鋼渣摻量10 %時，混凝土各齡期抗壓強度均有不同幅度提高，但隨著鋼渣粉摻量的繼續增加，混凝土強度下降。

水是混凝土試驗中必不可少的組分之一，其性質的改變對混凝土力學性能會產生影響[4]。相關試驗表明，被磁化器磁化后的水簡稱磁化水，可提高混凝土各齡期抗壓強度。制備鋼渣粉混凝土時，鋼渣粉摻量超過一定范圍，混凝土早期強度降低明顯[5]。本文采用磁化水代替普通水攪拌混凝土，解決鋼渣粉過量摻入混凝土中導致混凝土早期強度降低問題。研究磁化水對玄武巖纖維鋼渣粉混凝土7d抗壓強度影響情況，確定合適水流量。同時采用合適水流量流經磁化器后的水分別攪拌不同鋼渣粉摻量混凝土，進行抗壓強度試驗后得出合適鋼渣粉摻量。

1 試驗方案

1.1 水流量的的選擇

普通自來水流經磁化器后便可得到磁化水，而影響磁化水磁化效果的因素之一是水流經磁化器時水流量的大小。

試驗采用ZL-FE-4型號流量計，根據其工作量程范圍，選取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十種不同水流量流經磁化器后進行試驗。儀器如圖1所示。

1.2 磁化器的選擇

文獻[6]的試驗結果表明，磁感應強度控制在232.3～293.78 mT范圍內時，水的磁化效果較好。由于水在磁場作用下黏度和表面張力減小，加快了與其他物質水化反應的進行，生成更多水化產物，因此混凝土強度得到提高。

磁化儀器選用北京大禹聯合環?？萍奸_發有限公司生產的磁場強度285 mT的磁化器。外形如圖2所示。

1.3 試驗材料的選擇

玄武巖纖維摻量和鋼渣粉摻量對混凝土力學性能影響作用較大，試驗在文獻[7]基礎上選取3 kg/m3玄武巖纖維摻量和15 %鋼渣粉摻量分別進行十種不同水流量流經磁化器后的水對玄武巖纖維鋼渣粉混凝土7 d抗壓強度影響試驗，得出合適水流量。在此基礎上做進一步細化鋼渣粉摻量試驗，得出合適鋼渣粉摻量。

2 配料與試驗方法

2.1 配料

選用PO 42.5級普通硅酸鹽水泥、粒徑5～20 mm級配碎石、淮河中砂、短切長度16 mm玄武巖纖維以及比表面積為450 m2/kg的鋼渣粉進行試驗。玄武巖纖維采用外摻方式摻入，鋼渣粉采用內摻方式等質量代替水泥摻入。試驗中混凝土的配合比為：水泥∶水∶砂∶石子=1∶0.48∶1.79∶2.19；試驗中的水膠比為0.48，砂率為45 %。

2.2 試驗方法

本試驗對C30強度等級混凝土進行7 d抗壓強度試驗。每組制作三個標準立方體試塊，養護24 h后拆模，同一養護條件下養護7 d后按照GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規定，采用TYE-2000型試驗機對混凝土標準立方體試塊進行抗壓強度試驗。

3 磁化水玄武巖纖維鋼渣粉混凝土抗壓強度試驗分析

磁化水對玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早期抗壓強度有明顯影響。10種不同水流量流經磁化器后的水分別攪拌混凝土，再進行混凝土抗壓強度試驗，試驗結果如表1所示。

文獻[8]分析了混凝土的滲透性與壓力之間的關系，結果表明混凝土早期水化不徹底，導致內部孔隙較多，降低了混凝土強度。由表1中試驗數據可知，外摻纖維的基準混凝土抗壓強度為25.3MPa，與文獻[9]研究結果保持一致。

采用普通自來水攪拌混凝土，15%鋼渣粉摻量替代水泥時，混凝土7d抗壓強度為23.5MPa。鋼渣粉等質量替代水泥后，由于其水化作用緩慢以及活性較低，導致混凝土早期強度降低，鋼渣粉摻量越大對混凝土強度影響就越大[10]59。采用磁化水攪拌混凝土后，混凝土抗壓強度均高于該強度值。流經磁化器的水流量為16L/min時，混凝土抗壓強度達到最大值26.6MPa，抗壓強度較用普通水攪拌的混凝土抗壓強度增長幅度達13.2 %，磁化效果最好。試驗結果表明，磁化水有效彌補了玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早期強度的不足。這是由于磁化水攪拌混凝土時，水分子鍵發生改變，彼此之間引力減小，更容易與水泥發生反應，生成更多水化產物，填充了混凝土中的孔隙[11]，混凝土強度得到提高；另外磁化水可以使混凝土溶液中的Ca（OH）2飽和析晶，加快了誘導期的結束和混凝土水化，提高了水泥漿體的強度[12]，混凝土強度得到增強。

水流量/（L·min-1）

根據表1中試驗數據繪制玄武巖纖維鋼渣粉混凝土早期抗壓強度與流經磁化器的不同水流量之間關系曲線，如圖3所示。十組試驗中的三十個標準立方體試塊按照混凝土強度評定標準進行處理，對7d抗壓強度數據分析得，試驗中流經磁化器的水流量分別為4L/min、10L/min和16L/min時，混凝土抗壓強度值分別對應為24.4MPa、25.8MPa和26.6MPa；對比10種不同水流量下磁化水對玄武巖纖維鋼渣粉混凝土抗壓強度增強效果，最大強度值出現在水流量16L/min時，強度提高幅度最大。因此，試驗中流經磁化器的合適水流量為16L/min。

4 鋼渣粉摻量對磁化水玄武巖纖維鋼渣粉混凝土抗壓強度影響的試驗分析

不同鋼渣粉摻量下，混凝土抗壓強度試驗結果如表2所示。

鋼渣粉等量替代水泥后，采用16L/min水流量流經磁化器后的水分別攪拌不同鋼渣粉摻量下玄武巖纖維鋼渣粉混凝土，再進行混凝土7 d抗壓強度力學性能試驗。由試驗結果可知，隨著鋼渣粉摻量的增加，混凝土抗壓強度逐漸降低。鋼渣粉摻量為10%時，混凝土早期抗壓強度達到最大值27.6MPa；鋼渣粉摻量分別為12%、14%、16%和18%時，混凝土抗壓強對應為26.9MPa、26.7MPa、25.7MPa和25.4MPa。這主要是由于鋼渣粉摻量的增加，混凝土中未水化的鋼渣粉顆粒含量增多，進而加大了水泥漿基體的空隙率，導致強度下降[13]。

根據表2中試驗數據繪制鋼渣粉摻量與混凝土早期抗壓強度之間關系曲線，如圖4所示。隨著鋼渣粉摻量的增加，混凝土抗壓強度明顯下降，摻量達18%時強度達到最低值25.4MPa。這是由于鋼渣粉替代水泥比例的不斷增大，水泥含量相對減少，使得鋼渣復合膠凝材料水化的誘導期延長，生成的水化產物隨之減少，進而降低了混凝土早期強度[10]58。

鋼渣粉摻量對不同齡期下混凝土力學性能影響情況不一樣，對早期強度影響比較明顯，本試驗主要分析其對混凝土7 d抗壓強度的影響情況。鋼渣粉摻量范圍分別對應為10%～12%、12%～15%、15%～16%和16%～18%時，混凝土抗壓強度降低幅度分別為2.54%、1.12%、3.38%和1.17%。鋼渣粉摻量在12%～15%范圍內時，混凝土抗壓強度降低幅度最小，同時滿足強度要求，摻量超過15%時強度大幅下降，試驗結果表明，合適的鋼渣粉摻量范圍12%～15%。

5 結 論

1）10種不同水流量流經磁化器后的水分別攪拌玄武巖纖維鋼渣粉混凝土，結果表明合適水流量為16L/min，此時混凝土抗壓強度為26.6MPa，較未用磁化水攪拌的混凝土強度提高了13.2%。

2） 16L/min水流量流經磁化器后的水攪拌混凝土，隨著鋼渣粉摻量的增加，混凝土抗壓強度呈逐漸降低趨勢，鋼渣粉合適摻量范圍為12%～15%。

3） 鋼渣粉等量代替水泥的技術，符合環境友好型社會發展要求，另外磁化水的試驗效果較好，為玄武巖纖維鋼渣粉混凝土的應用提供了理論依據。

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（責任編輯：李 麗，編輯：丁 寒）