不同强度矿渣砂浆弹性模量的变化趋势

混凝土的弹性模量是混凝土设计和分析的一个重要参数，主要取决于粗集料的类型和含量以及浆体的弹性模量，普通硅酸盐水泥混凝土的弹性模量可由技术规范所提供的经验公式来预测。

Ye等［17］研究了28天抗压强度为28.0 MPa、46.4 MPa、23.5 MPa、41.7 MPa和40.0 MPa五种碱激发矿渣砂浆的28天静态弹性模量。结果表明，五种砂浆的弹性模量值分别为20.71 GPa、19.85 GPa、13.25 GPa、13.55 GPa和19.49 GPa。现有的大多数研究也表明，碱矿渣混凝土的弹性模量在10 GPa～40 GPa之间，与普通硅酸盐水泥混凝土类似。

Douglas等［18］通过实测碱矿渣混凝土的弹性模量发现，其值可根据《混凝土结构设计规范》（ACI 318）中的抗压强度与弹性模量公式估算，如式（8-6）所示；Yang等［13］指出，由Ca（OH）2激发的碱矿渣混凝土的弹性模量也可以通过式（8-6）近似预测，他们还提出了如式（8-7）所示的预测公式。他们的实测数据与各公式的回归曲线对比如图8-9所示。

式中：Ec——弹性模量（Gpa）；

fc'——抗压强度（MPa）；

wc——混凝土的密度（kg/m3）。

图8-9　碱激发混凝土弹性模量与抗压强度的关系［10］(www.xing528.com)

然而，Thomas和Peethamparan［19］的研究认为，碱矿渣混凝土的强度在20 MPa≤fc≤60 MPa的范围内，弹性模量随着抗压强度的变化几乎无变化，实验结果与《混凝土结构设计规范》（ACI 318）公式（8-6）不一致，如图8-9（a）所示，这可能是由于基质中的初始微裂纹可能会降低混凝土的弹性模量，而抗压强度提高，这些缺陷也加剧［1］，进一步影响碱矿渣混凝土的弹性模量。Wardhono等［11］研究了碱矿渣混凝土的弹性模量随龄期的发展情况，配合比如表8-7所示，实验结果如图8-10所示。结果表明，在28到540天之间，碱矿渣混凝土的弹性模量值在15 279～26 768 MPa之间，且随着时间的推移，弹性模量急剧下降，下降幅度最大达43%，这是由于硬化的碱矿渣混凝土内部产生裂缝所致。

表8-7　配合比设计［11］

图8-10　弹性模量随时间的发展［11］

Sofi等［15］研究了碱激发矿渣-粉煤灰混凝土的弹性模量，如图8-9（b）所示。Lee等［16］的研究发现，大多数碱激发矿渣-粉煤灰混凝土的弹性模量比式（8-6）所预测的值低20%～40%，他们还提出了弹性模量和抗压强度之间的换算式，如式（8-8）所示。

式中fc——抗压强度（MPa）。

尽管在Lee等［16］和Sofi等［15］的研究中所用的原材料相似、养护条件也是相同的（室温），但Sofi等［15］研究中的弹性模量比Lee等［16］的高。在Sofi等［15］的研究中，矿渣/粉煤灰的比例为2.2，而在Lee等［16］的研究中这个值是0.43以下。在碱矿渣混凝土中，由于C-S-H凝胶是主要的水化产物，因此，在Sofi等［15］的研究中有更多的C-S-H凝胶形成。而碱矿渣混凝土中生成的C-S-H凝胶比碱矿渣-粉煤灰混凝土中形成的N-A-S-H凝胶更多［20，21］。因此，具有高矿渣/粉煤的比例的碱矿渣-粉煤灰混凝土的弹性模量更大。