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        鋼渣粗骨料混凝土力學(xué)及干燥收縮性能影響

        2022-03-26 10:33:42喬從偉
        山東交通科技 2022年1期
        關(guān)鍵詞:收縮率鋼渣齡期

        喬從偉

        (河北瑞志交通技術(shù)咨詢有限公司,河北 石家莊 050091)

        引言

        隨著我國路橋、建筑工程的大規(guī)模發(fā)展,混凝土天然骨料及水泥的用量急劇上升[1-2]。鋼渣作為工業(yè)廢渣,其化學(xué)成分與水泥基本相似,且活性較好,在滿足穩(wěn)定性要求的前提下,若能采用鋼渣替代天然骨料用于制備混凝土,不僅能解決鋼鐵公司的經(jīng)濟壓力,還能保護生態(tài)環(huán)境[3-4]。

        目前,國內(nèi)外學(xué)者在鋼渣對混凝土性能影響方面進(jìn)行了大量研究,袁晶晶和康洪震[5]研究了將鋼渣替代碎石及石粉替代水泥按不同摻量配制混凝土,對C30 混凝土進(jìn)行力學(xué)性能試驗。鄭永超等[6]采用鋼渣粉取代礦粉制備混凝土,并針對混凝土力學(xué)性能及耐久性能的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。韓均[7]發(fā)現(xiàn)鋼渣對混凝土抗壓強度和抗碳化性能的負(fù)面影響在低水膠比時較弱,在高W/B 時,鋼渣有加速混凝土早期干縮發(fā)展的趨勢,但對混凝土90 d 的極限收縮影響不大。

        1 原材料

        1.1 水泥

        采用P·O 42.5 級普通硅酸鹽水泥,水泥各項指標(biāo)見表1。

        表1 水泥基本參數(shù)

        1.2 粗骨料

        采用粒徑為5~20 mm 的連續(xù)級配碎石,壓碎值為7.8%。細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.7 的河砂。減水劑采用減水率為19.2%的聚羧酸高效減水劑。

        1.3 鋼渣

        采用5~20 mm 連續(xù)級配鋼渣,穩(wěn)定性滿足試驗要求,壓碎值為11.8%,主要化學(xué)成分見表2。

        表2 鋼渣主要化學(xué)成分/%

        2 試驗方案及配合比設(shè)計

        2.1 試驗方案

        鋼渣粗骨料混凝土的抗壓強度試驗、劈裂抗拉強度均采用尺寸為10 cm×10 cm×10 cm 試件,參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2002)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,分別測定試件7~120 d齡期的抗壓強度和劈裂抗拉強度。干燥收縮試驗試件尺寸取100 mm×100 mm×515 mm,采用臥式混凝土收縮儀分別測定試件1~360 d 齡期的收縮值。

        2.2 配合比設(shè)計

        以C30 強度等級混凝土為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),水灰比為0.5,減水劑摻量為1%,分別采用0%、25%、50%和75%的鋼渣等質(zhì)量替代碎石粗骨料試驗,配合比設(shè)計見表3。

        表3 鋼渣粗骨料混凝土配合比設(shè)計

        3 試驗結(jié)果與分析

        3.1 抗壓強度

        制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件,并對比分析不同齡期混凝土試件的抗壓強度變化規(guī)律,結(jié)果見圖1。

        圖1 不同鋼渣取代率抗壓強度變化曲線

        根據(jù)圖1 可知,隨著鋼渣粗骨料取代率的增大,不同齡期混凝土試件的抗壓強度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,說明鋼渣摻入后對混凝土的抗壓強度產(chǎn)生影響。齡期7 d 增至28 d 時,不同鋼渣取代率的混凝土試件抗壓強度基本保持不變。齡期由28 d 增至60 d 時,不同鋼渣取代率的混凝土試件抗壓強度增幅均較大。但齡期超過60 d 后,鋼渣取代率為50%的混凝土試件抗壓強度出現(xiàn)明顯增長,增幅最大可達(dá)22%,而其他試件的抗壓強度增幅則逐漸趨于穩(wěn)定,說明鋼渣粗骨料取代率50%可有效增強混凝土的抗壓強度。

        3.2 劈裂抗拉強度

        制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件,并針對不同齡期混凝土試件的劈裂抗拉強度進(jìn)行對比分析,結(jié)果見圖2。

        圖2 不同鋼渣取代率劈裂抗拉強度變化曲線

        根據(jù)圖2 可知,隨著鋼渣取代率的增大,不同齡期混凝土試件的劈裂抗拉強度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,且增大趨勢較為明顯,說明鋼渣的摻入對混凝土的劈裂抗拉強度影響較大。齡期<60 d 時,不同鋼渣取代率的混凝土試件劈裂抗拉強度增幅基本相似。而齡期超過60 d 后,摻入25%和75%鋼渣的混凝土試件劈裂抗拉強度增幅均有所下降,甚至要低于未摻鋼渣的試件強度。但摻入50%鋼渣的混凝土試件劈裂抗拉強度增幅較大,試件劈裂抗拉強度要優(yōu)于其他試件,說明混凝土試件選擇摻入50%鋼渣對于提升其劈裂抗拉強度效果更優(yōu)。

        3.3 干燥收縮性能

        制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件,并對比分析不同齡期混凝土試件的收縮率變化規(guī)律,結(jié)果見圖3。

        圖3 不同鋼渣取代率收縮率變化曲線

        根據(jù)圖3 可知,不同鋼渣取代率的混凝土收縮率均隨著齡期的增長而不斷增大,其中未摻鋼渣的混凝土收縮率最大,而摻入鋼渣的混凝土收縮率明顯較小,說明鋼渣的摻入可以有效抑制混凝土的干燥收縮。隨著鋼渣取代率的增加,混凝土的收縮率先減小后增大,當(dāng)鋼渣取代率由25%增至50%時,混凝土的收縮率呈減小趨勢。而鋼渣取代率超過50%后,混凝土的收縮率逐漸開始增大,說明摻入過量的鋼渣會導(dǎo)致混凝土的收縮率增大,不利于混凝土的干燥收縮性能。由此可知,采用50%的鋼渣替代碎石能有效提升混凝土的干燥收縮性。

        4 結(jié)語

        (1)鋼渣粗骨料混凝土的抗壓強度隨著齡期的增加逐漸增大;隨著鋼渣粗骨料取代率的增大,混凝土的抗壓強度呈現(xiàn)先增后減變化,25%鋼渣等量替代碎石的混凝土早期抗壓強度最優(yōu),50%鋼渣粗骨料混凝土后期抗壓強度最佳。(2)隨著齡期的增加,鋼渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉強度逐漸增大;混凝土的劈裂抗拉強度隨著鋼渣粗骨料取代率的增大呈現(xiàn)先增大后減小變化,50%鋼渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉強度最佳。(3)隨著鋼渣粗骨料取代率的增大,混凝土的收縮率呈現(xiàn)先減小后增大變化。摻入過量的鋼渣會導(dǎo)致混凝土的收縮率增大,不利于混凝土的干燥收縮性,而采用50%的鋼渣替代碎石能有效改善混凝土的干燥收縮性。

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