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        礦渣碎石壓碎值對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        2020-05-11 02:14:48姚增遠(yuǎn)攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司四川攀枝花617000
        水泥工程 2020年6期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)混凝土檢測(cè)

        姚增遠(yuǎn)(攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司,四川 攀枝花 617000)

        0 前言

        攀鋼本部每年要處理300多萬(wàn)t高鈦型高爐渣,其中大部分通過(guò)熱潑冷卻后加工成礦渣碎石和渣砂作為建材使用。但在實(shí)際操作過(guò)程中受攀鋼生產(chǎn)節(jié)奏及雨季的影響造成高鈦型高爐礦渣冷卻速度不能夠完全受控,從而使得生產(chǎn)出的礦渣碎石壓碎值指標(biāo)波動(dòng)范圍較大,質(zhì)量不夠穩(wěn)定,存在部分礦渣碎石的壓碎值達(dá)不到內(nèi)部質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,使得在后續(xù)混凝土的應(yīng)用中存在一定的質(zhì)量不確定性。

        為此成立了專(zhuān)門(mén)的課題組,研究在同等條件下,不同壓碎值的高鈦型礦渣碎石對(duì)各種強(qiáng)度等級(jí)混凝土力學(xué)性的影響。從而得出高鈦型礦渣碎石壓碎值的變化對(duì)混凝土力學(xué)性(抗壓強(qiáng)度)的影響規(guī)律,以確定出高鈦型礦渣碎石壓碎值的最大允許上限及使用范圍,為今后的生產(chǎn)加工使用提出指導(dǎo)性意見(jiàn)。

        1 試驗(yàn)

        1.1 原料

        1.1.1 礦渣碎石

        本次試驗(yàn)所選用的礦渣碎石是在礦渣加工生產(chǎn)過(guò)程中,有針對(duì)性的對(duì)不同等級(jí)壓碎值的礦渣碎石進(jìn)行收集而得,并按照碎石的粒度級(jí)配要求進(jìn)行配料,以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和對(duì)比性。主要收集了6種不同壓碎值的礦渣碎石以備試驗(yàn)所用,其具體主要指標(biāo)見(jiàn)表1。

        表1 試驗(yàn)用礦渣碎石主要指標(biāo)

        礦渣碎石壓碎值大小主要取決于高爐渣翻渣后的自然冷卻時(shí)間及熱潑時(shí)的冷卻速度,若翻渣后自然冷卻時(shí)間越長(zhǎng),熱潑時(shí)高爐渣冷卻速度越慢,則生產(chǎn)的礦渣碎石壓碎值越高。另外,礦渣碎石壓碎值還與其破碎加工后的顆粒形狀有關(guān),若片狀、針狀碎石較多,其壓碎值也會(huì)降低[1-2]。

        1.1.2 渣砂

        本次試驗(yàn)所選用的渣砂為高鈦重礦渣中砂,其具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2

        表2 試驗(yàn)用高鈦重礦渣中砂

        1.1.3 水泥

        試驗(yàn)用水泥為攀枝花鋼城集團(tuán)瑞豐水泥公司生產(chǎn)的P·O 42.5和P·O 52.5普通硅酸鹽水泥,其中52.5水泥用于C70混凝土試驗(yàn)中。其相關(guān)理化指標(biāo)檢測(cè)見(jiàn)表3。

        表3 試驗(yàn)用水泥相關(guān)檢測(cè)結(jié)果

        1.1.4 粉煤灰

        試驗(yàn)用粉煤灰采用攀枝花寶利源公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。其主要化學(xué)成分和物理性能指標(biāo)檢測(cè)見(jiàn)表4。

        表4 粉煤灰相關(guān)指標(biāo)

        粉煤灰作為混凝土摻合料主要是為了降低水泥用量,并滿足混凝土的膠凝材料需要,調(diào)整混凝土的施工性能。

        1.2 確定試驗(yàn)配合比[3]

        本項(xiàng)目按照J(rèn)GJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的配合比設(shè)計(jì)要求,并根據(jù)全礦渣混凝土生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù),最終設(shè)計(jì)出不同強(qiáng)度等級(jí)的試驗(yàn)混凝土配合比。具體試驗(yàn)配合比,見(jiàn)表5。

        表5 本試驗(yàn)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比 kg/m3

        試驗(yàn)過(guò)程中,碎石采用試驗(yàn)選取的不同壓碎值礦渣碎石進(jìn)行對(duì)比,其他原料保持不變。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 礦渣碎石壓碎值檢測(cè)方法[4]

        礦渣碎石的壓碎值是其強(qiáng)度衡量的一種間接方法,其試驗(yàn)方法參照《建設(shè)用卵石、碎石》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

        首先將需檢測(cè)的礦渣碎石風(fēng)干后,采用方孔篩篩分出9.5 mm~19 mm的顆粒3kg以備檢測(cè)試驗(yàn);然后將試樣放入圓模內(nèi)置于壓力機(jī)上,按照1kN/s速度均勻加載至200kN,并穩(wěn)壓5s后卸載;再用2.36mm方孔篩篩分掉被壓碎的細(xì)粒,并稱(chēng)取篩上試樣質(zhì)量,精確至1g;最后按照公式(1)計(jì)算壓碎值。

        式中:Qe—壓碎值指標(biāo),%;G1—試樣質(zhì)量,g;G2—壓碎試驗(yàn)后篩余的試樣質(zhì)量,g。

        1.3.2 混凝土試塊制備及養(yǎng)護(hù)方法[5]

        本試驗(yàn)混凝土試塊制備及養(yǎng)護(hù)方法參照《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行。

        首先按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的配合比配制不小于40 L的混凝土,試驗(yàn)所用碎石、渣砂、水泥等各材料均以質(zhì)量計(jì)量,精確度控制在±0.5%內(nèi);然后按照碎石、水泥、粉煤灰、渣砂、水和外加劑的順序依次加入攪拌機(jī)中攪拌60s;再將攪拌好的試驗(yàn)混凝土放入已涂好脫模劑的150mm×150mm×150mm模具中并在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)成型,再修整試樣表面平整;然后將試樣和模具放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)24h以上方可脫模;脫模后應(yīng)繼續(xù)將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)要求齡期。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室溫度要求為20±2℃,相對(duì)濕度為95%以上。

        1.3.3 抗壓強(qiáng)度測(cè)定

        本試驗(yàn)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法,嚴(yán)格按照《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測(cè)。

        首先將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)到期的試件取出,然后在自然條件下使試件表面水晾干后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè);試驗(yàn)機(jī)為數(shù)顯可控壓力機(jī),試驗(yàn)過(guò)程中要求應(yīng)連續(xù)均勻地加荷,當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C30且<C60時(shí),按照0.5~0.8MPa/s加載,當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C60時(shí),按照0.8~1.0MPa/s加載;當(dāng)試件破壞壓力顯示下降時(shí),應(yīng)立即記錄破壞荷載,并按照公式(2)計(jì)算檢測(cè)試件的抗壓強(qiáng)度。

        式中:fcc—混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度,MPa;F—試件破壞荷載,N;A—試件承壓面積,mm2;

        試驗(yàn)混凝土最終強(qiáng)度值的確定按照下列規(guī)格執(zhí)行:

        (1)三個(gè)試件測(cè)值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值(精確至0.1 MPa);

        (2)三個(gè)測(cè)值中的最大值或最小值中如有一個(gè)與中間值的差值超過(guò)中間值的l5%時(shí),則直接取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值;

        (3)如最大值和最小值與中間值的差均超過(guò)中間值的15%,則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土試驗(yàn)

        由圖1的數(shù)據(jù)分析,C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試塊7d抗壓強(qiáng)度隨著礦渣碎石壓碎值的增加,呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì),但下降幅度不明顯,這主要是因?yàn)榛炷猎缙趶?qiáng)度主要由界面強(qiáng)度所決定,骨料強(qiáng)度對(duì)其影響較小;28d和60d的抗壓強(qiáng)度在礦渣碎石壓碎值為20%時(shí)達(dá)到最大,隨后逐漸降低,且28d抗壓強(qiáng)度值均大幅超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的30MPa以上,這主要與試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)參數(shù)的選取有關(guān),在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可根據(jù)攪拌站具體情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

        圖1 C30混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖

        由該結(jié)果表明,在同等條件下,混凝土中礦渣碎石的強(qiáng)度(壓碎值)對(duì)混凝土的耐壓強(qiáng)度有一定影響,當(dāng)碎石的壓碎值大于20%以上時(shí),會(huì)對(duì)C30混凝土強(qiáng)度造成一定的影響,但仍滿足C30混凝土強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求,故在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)需適當(dāng)考慮礦渣碎石的壓碎值超標(biāo)對(duì)其強(qiáng)度影響的作用。

        2.2 C50強(qiáng)度等級(jí)混凝土試驗(yàn)

        由圖2的數(shù)據(jù)分析,對(duì)于C50較高等級(jí)混凝土試塊7 d、28 d和60 d齡期抗壓強(qiáng)度均隨著礦渣碎石壓碎值的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),其中28 d抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)尤為明顯;28 d抗壓強(qiáng)度在礦渣碎石壓碎值為22%時(shí)降值達(dá)到最大;60 d后期強(qiáng)度比28 d強(qiáng)度平均增加6 MPa,這主要是由于礦渣碎石不同于天然碎石,其內(nèi)部存有一定數(shù)量的半開(kāi)氣孔可以?xún)?chǔ)存部分水分及漿液,而28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)期后該部分水分仍然能夠繼續(xù)參與水化反應(yīng),從而可進(jìn)一步增加混凝土試塊的強(qiáng)度。

        圖2 C50混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖

        C50強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度隨著礦渣碎石壓碎值的增大而有所降低,當(dāng)?shù)V渣碎石的壓碎值在22%時(shí)降低幅度最大,但仍能滿足強(qiáng)度等級(jí)要求??紤]到混凝土的安全性及質(zhì)量保證,建議在C50較高等級(jí)混凝土中使用礦渣碎石時(shí),當(dāng)?shù)V渣碎石壓碎值大于22%時(shí)需慎用,必須使用時(shí)需采取相關(guān)措施以保證混凝土質(zhì)量。

        2.3 C70強(qiáng)度等級(jí)混凝土試驗(yàn)

        由圖3的數(shù)據(jù)分析,通過(guò)橫向?qū)Ρ菴70高強(qiáng)度等級(jí)混凝土試塊的7 d抗壓強(qiáng)度,在隨著礦渣碎石壓碎值增加時(shí),其強(qiáng)度逐漸降低,但不明顯,這主要是因?yàn)榛炷恋某跗趶?qiáng)度主要由水泥水化產(chǎn)生的強(qiáng)度所決定,而礦渣碎石強(qiáng)度對(duì)其影響相對(duì)較小。28 d和60 d齡期的抗壓強(qiáng)度在礦渣碎石壓碎值超過(guò)20%時(shí)開(kāi)始明顯下降,并達(dá)不到C70強(qiáng)度等級(jí)要求的抗壓強(qiáng)度,在礦渣碎石壓碎值達(dá)到24%時(shí)達(dá)到最低值。這主要是由于對(duì)于高強(qiáng)度混凝土,其28 d以上的齡期抗壓強(qiáng)度不僅僅是由混凝土中的界面強(qiáng)度所決定,同時(shí)也受混凝土中骨料的密實(shí)度及骨料的強(qiáng)度所影響。通過(guò)對(duì)28 d齡期試塊斷面的觀察分析,發(fā)現(xiàn)試塊其斷面處有部分礦渣碎石直接被壓斷,分為兩半(見(jiàn)圖4),而對(duì)于壓碎值相對(duì)較大的礦渣碎石,其碎石內(nèi)部空隙較多,故其抗壓強(qiáng)度也就越低[6]。

        圖3 C70混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖

        圖4 28 d齡期試塊抗壓強(qiáng)度檢測(cè)后斷面圖

        考慮到C70強(qiáng)度等級(jí)混凝土一般主要用于重要部位的結(jié)構(gòu)部件,28 d的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度受礦渣碎石的強(qiáng)度影響較大,且在礦渣碎石壓碎值超過(guò)20%以上時(shí)其28 d標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度已達(dá)不到國(guó)標(biāo)要求值,故建議在C70強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中嚴(yán)禁使用壓碎值大于20%的礦渣碎石。

        3 結(jié)論與建議

        (1)試驗(yàn)研究結(jié)果表明,在同等條件下對(duì)于C30、C50和C70不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,隨著礦渣碎石強(qiáng)度的降低(壓碎值增加)其抗壓強(qiáng)度逐漸下降,當(dāng)壓碎值超過(guò)20%時(shí),其抗壓強(qiáng)度降低幅度增大。

        (2)對(duì)于C30和C50強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,當(dāng)?shù)V渣碎石壓碎值達(dá)到24%時(shí),其抗壓強(qiáng)度仍可滿足該強(qiáng)度等級(jí)要求,可以作為混凝土骨料使用,但在配合比設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮礦渣碎石壓碎值對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響。

        (3)對(duì)于C70高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,當(dāng)?shù)V渣碎石壓碎值大于20%時(shí),其28d抗壓強(qiáng)度已不滿足該強(qiáng)度等級(jí)要求??紤]到高強(qiáng)度等級(jí)混凝土一般用于重要的結(jié)構(gòu)部件,故建議在高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中嚴(yán)禁使用壓碎值大于20%的礦渣碎石。

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