8.1.2　强度特征

8.1.2　强度特征

8.1.2.1　炉渣集料的作用机制

水泥稳定碎石的强度主要取决于水泥熟料的水化硬化过程。水泥颗粒分散于碎石集料颗粒中，经水化反应生成水化硅酸钙等系列水化物，将集料颗粒胶结成整体，这个过程与水泥混凝土的强度形成机理类同。将炉渣集料替代部分天然集料，炉渣集料对水泥稳定炉渣碎石强度的影响体现在：炉渣自身的胶凝作用，炉渣集料颗粒与水泥石的界面结构，炉渣集料自身的强度特征。

第六章的分析结果表明，炉渣集料中含有少量水泥熟料成分以及氧化硅、氧化铝等活性物质。在水环境和碱性环境条件下，炉渣集料可发生微弱的水化反应以及一定程度的火山灰反应，生成不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙等水化物。该反应程度虽然微弱，但仍会在一定程度上弥补采用压碎值高的炉渣集料替代天然碎石集料时所带来的不利影响。

炉渣集料是复杂物质的混合物，其中的熔渣、砖块、陶瓷和玻璃与水泥石的界面特性迥异。将养生龄期28 d的水稳炉渣混合料试件敲碎后，在试件中心部位选取包裹着水泥浆的熔渣颗粒、陶瓷颗粒。镀金后采用日立S-2360N扫描电子显微镜观测熔渣颗粒、陶瓷颗粒与水泥石界面处的微观形貌，如图8-2所示。熔渣表面覆盖了大量的凝胶物质，与其他矿物颗粒之间也由大量絮状、丝状水泥水化产物连接，而陶瓷颗粒表面及其与水泥石连接胶凝物质较少。由此表明，表面粗糙、存在微孔隙的熔渣与水泥石界面黏结良好，而表面光滑的陶瓷与水泥石的黏结性较差。这是因为，熔渣吸收水泥浆的能力强，其表面形成较多水泥水化产物，而水泥水化产物不易在光滑的陶瓷表面附着。由于玻璃与陶瓷表面特性相似，推测玻璃与水泥石的界面结构同陶瓷相似。

由此推论，在粒径较小的炉渣集料中，熔渣含量较高，活性越大，可能生成更多C—S—H凝胶等水化产物。加之熔渣表面粗糙程度及孔隙水平均高于石灰岩集料，可与水化产物之间形成较为致密的界面结构，在增加混合料黏聚力的同时，部分抵消了炉渣集料抗压碎能力较弱的不利影响，有利于炉渣混合料的强度和耐久性。而在粒径较大的炉渣集料中，陶瓷、玻璃等物质的含量较高，这些物质多呈扁平状，在试件成型或荷载作用下易于压碎，既可能破坏混合料的骨架结构还可能出现新的界面，进而影响混合料的强度和耐久性。

8.1.2.2　炉渣集料粒径的影响

由于不同粒径组成的炉渣集料中组成物质的比例不尽相同，以不同粒径炉渣集料替代碎石集料时，将对水稳炉渣混合料的强度产生不同的影响。水泥稳定碎石（对照组）、三组不同粒径炉渣集料配制的水稳炉渣混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度与养生龄期的关系，证实了上述推论，如图8-3所示。粒径范围0～9.5 mm炉渣混合料的强度显著高于两组粗粒径炉渣混合料，其抗压强度接近对照组，劈裂强度甚至高于对照组。

8.1.2.3　炉渣集料掺量的影响

不同养生龄期、不同炉渣集料掺量的水稳炉渣混合料的抗压强度、劈裂强度代表值，如图8-4所示。不同龄期炉渣混合料的强度均低于对照组的强度，并随着炉渣集料掺量的增加呈进一步降低的趋势。当炉渣集料掺量增加时，水稳炉渣混合料密度随之降低，这使得在相同的水泥剂量下，相同体积炉渣混合料试件中的水泥质量将相对减少，同时，混合料中的易碎、软弱物质也随之增加。这些原因的共同作用导致炉渣混合料强度随着炉渣集料掺量的增加而降低。

此外，两个批次炉渣集料配制的水稳炉渣混合料强度的变化规律相似，但变化幅度存在一定差异。这与不同批次炉渣集料的组成、物理力学性质存在差异有关，也与试验混合料的级配组成存在一定差异有关。

根据不同龄期混合料试件强度与7d强度的比值，水稳炉渣混合料后期强度的增长幅度随着炉渣集料掺量的增加而增大。当炉渣集料掺量30％～40％时，抗压强度的增长幅度超过对照组，而劈裂强度的增长幅度始终大于对照组，如表8-2所示。这个结果进一步证实了炉渣集料胶凝特性对混合料强度的贡献。

8.1.2.4　炉渣集料熟化时间的影响

炉渣集料熟化程度对水稳炉渣混合料试件抗压强度、劈裂强度的影响呈相反趋势。随着炉渣集料熟化时间的延长，混合料试件的无侧限抗压强度增大，但劈裂强度减小，如图8-5所示。

由于无侧限抗压强度与劈裂强度试验的加载模式不同，水稳炉渣混合料试件的受力状态和破坏模式不同。在无侧限抗压强度试验中，试件的抗力主要来自集料颗粒间的摩阻力和骨架结构。在炉渣集料的熟化过程中，经历了一定程度的碳化反应或水化反应，炉渣集料的压碎值降低，密度增大，胶凝活性降低，进而增强了炉渣集料颗粒间的摩阻力和骨架结构，有利于提高混合料试件无侧限抗压强度。水稳炉渣混合料试件抗压强度随着炉渣集料压碎值减小而提高的现象佐证了这个推论，如图8-6所示。

而在劈裂强度试验中，试件的抗力主要来自胶凝物质提供的黏聚力及界面结构特征。熟化期短的炉渣集料的胶凝活性较高，有利于增加水稳炉渣混合料试件中的水化产物，强化界面结构特性，进而提高混合料试件的劈裂强度。反之亦然。