砂状钢渣对混凝土抗压强度及早期抗裂性能的影响.pdf

广西水利水电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S ＆H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 4 ( 6 ) 试 验研 究 砂状钢渣对混凝土抗压强度及早期抗裂性能的影响 刘 攀 ( 新疆水利水 电勘 测设计研 究院 ， 新疆乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) [ 摘要】 通过试验研究了以砂状钢渣作为拌合料对混凝土抗压强度 、 早期抗裂性能的影响， 并分析其影响机理。结 果表明： 水灰比为0 ． 3 5 时， 随着砂状钢渣掺量的增加， 混凝土的甲 ． 期抗裂性能增强； 从抗压强度角度考虑， 砂状钢渣 在混凝土中存在的最优掺量是 3 0 ％。 [ 关键词】 砂状钢渣； 混凝土； 抗压强度 ； 早期抗裂性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 0 4 1 【 文献标识码J B 【 文章编号] 1 0 0 3 — 1 5 l o ( 2 0 1 4 ) 0 6 — 0 0 1 2 — 0 2 钢渣是钢铁厂在冶炼钢铁 时产生的废渣 ， 主要 成分是 由钙 、 硅 、 铁 、 镁和少量的锰 、 铝等元素的氧 化物组成 ， 其 内部还含有少量的游离态氧化钙及金 属铁等。随着社会中需求的发展 ， 钢渣在以每年约 2 0 0 0 万 t 左右的速度增加⋯ 。这些不能被及时有效 处理的钢渣 ， 在堆放 时不但会 占用大量 土地 资源 ， 同时也对周围环境造成了污染。目前， 在国内对单 掺钢渣混凝土的强度有一些研究 - ， 而对砂状钢渣 掺加在混凝土代替混凝土的细集料来进行强度和 早期抗裂性能的研究还未 见有公开报道 。为此 ， 本 文采用某钢铁厂钢渣原渣中粒径范同小于 5 m m部 分的砂状钢渣 ， 按照一定 比例等量代替混凝土 中细 集料 ， 研究其对混凝土的抗压强度和早期抗 裂性能 的影响 ， 探 究其影响机理 ， 以便为钢渣在混凝 土中 应用提供参考。 1 试 验 1 ． 1 原 材料 水泥 ： 新疆天山水 泥厂生产的 4 2 ． 5 R型普通硅 酸盐水泥 ； 粗集料采用乌拉泊水库上游乌鲁木齐河 中的河卯石 ， 粒径 5～2 5 1 1 1 1 1 1 ， 级配连续 ， 含泥量为 0 ． 2 1 ％， 其压碎指标6 = 2 ． 5 ％(I 类 ) ； 细集料选用乌拉 泊水库上游乌鲁木齐河 巾的水洗砂 ， 细度模数 ／ x= 2 ． 8 ( I I 区) 中砂 ， 含泥量为 0 ． 3 4 ％； 砂状钢渣 为新疆 某钢铁厂已除铁的钢渣原渣， 经过人工筛选所得粒 径小于5 m m部分 ， 细度模数 = 2 ． 8 ， 其饱和面干吸 水率为7 ． 1 4 ％， 试验中砂状钢渣为饱 和面干状态 ， 颗 粒级配见表 1 ； 减水剂是 F D N高效减水剂 ； 拌合水是 试验室中 自来水 。以上试验原材料均满 足相关试 验规程的要求。 表 1 砂 状钢渣的颗粒级配筛分 结果 筛孑 L 尺寸／ ram 1 0 ． 0 5 ．0 0 2 ． 5 0 1 ．2 5 O ．6 3 0 ． 3 1 5 0 ． 1 6 累计筛余 百分数／ ％0 1 ． 0 1 3 ． 8 2 8 ．7 5 5 ． 1 9 1 ． 4 9 5 ． 6 1 , 2 试验方法 试验选定水胶 比0 ． 3 5 ， 砂状钢渣按照混凝土 巾 细集料质量百分 比进行等质量替代 ， 试验掺量分别 为0 ％、 1 0 ％、 2 0 ％、 3 0 ％、 4 5 ％等 。然后进行混凝土拌 和物试拌调整试验 ， 进行配合 比调整 。混凝土配合 比见表2 表 2 单掺砂状钢渣 混凝土抗压强度试验配合比 曼 鲎量 堡塑堕 型堕 B0l 0． 3 5 0 41 0 0 1 4 4 7 81 1 0 78 3 ． 6 9 l 9 O B0 2 0 35 1 0 4l 0 78 1 4 4 7 0 3 1 0 7 8 3 ． 6 9 1 9 2 B0 3 0 _ 3 5 2 0 4 1 0 1 5 6 1 4 4 6 2 5 l 0 7 8 3 ． 6 9 l 8 8 B0 4 0 - 3 5 3 O 4l 0 2 3 4 l 4 4 5 4 7 1 0 7 8 3 ． 6 9 1 8l B0 5 0 35 4 5 41 0 3 5l 1 4 4 4 3 0 1 0 7 8 3 ． 6 9 l 8 O 注 ： 小石直径为 5 ～ 3 1 ． 5 mi il 。 由表 2 可知 ， 按表 中配合 比拌制的钢渣混凝土 坍落度均在 1 8 0～2 0 0 m l n 之间， 且混凝土未出现严 重泌水或者离析现象。因此 ， 判定新拌制混凝土合 格； 而后参照G B ／ T 5 0 0 8 1 — 2 0 0 2 (( 普通混凝土力学性 能试 验方法标准 》 测 定各配 比拌 合物混凝 土试 件 [ 收稿 日期】 2 0 1 4 - 0 9 - 2 6 【 修 回日期】 2 0 1 4 - 1 0 - 2 3 [ 作者简介】 刘攀( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 安徽太和人， 新疆水利水电勘测设计研究院助理下程师， 硕士， 主要从事水利水电T程设计I f 作。 1 2 广西水利水电 G U A NG X I WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 4 ( 6 ) ( 1 5 0 m mX 1 5 0 mmX 1 5 0 mm) 标准养护至 2 8 d的抗 压强度 ； 刀 口法试验按照 中华人 民共和国住房和城 乡建设部批准实施的G B ／ T 5 0 0 8 2 — 2 0 0 9 (( 普通混凝土 长期性能 和耐 久性能试 验方法标 准》 中具体规定 进行。 2 试验 结果与分析 2 ． 1 试验结果 按表 2中配合 比拌制混凝土 ， 按照上述试验方 法进行试验 ， 所得试验结果汇总如表 3 所示 。 表 3 钢渣混凝土试验结果 。水胶 钢渣掺坍落2 8 天抗 压最大裂总开裂 面 总开裂 绷 ’ 比 量／ ％度／ mm 强度／ MP a 宽／ mm积， m m 长度／ mm B 01 B 0 2 B 0 3 B 0 4 B 0 5 2 ． 2 混 凝土 抗压 强度 分析 从表 3 分析可得 ， 水胶 比为 0 ． 3 5 时 ， 预吸水砂状 钢渣在一定程度上对混凝土 的抗压强度有增强作 用 。因此 ， 单从抗 压强度角度看 ， 在把砂状钢渣作 为 混 凝 土 的拌 合 料 时 ， 砂 状 钢 渣 的最 优 掺 量 为 3 0 ％。砂状钢渣在生产 中应用时 ， 应特别注意砂状 钢渣掺量对混凝土强度的影响， 其掺量应控制在合 理范围内。其原 因是随着砂状钢渣掺量 的增加 ， 引 入的饱和水也逐渐增多 ， 这就超过了混凝土内养护 理论 的最大需水量 1 ， 故强度会有所降低 ， 而且随着 砂状钢渣掺量的增加 ， 强度降低 的更大 。 2 ． 3 混凝土早期抗裂性能分析 从表 3中可知 ， 水灰 比0 ． 3 5 时 ， 掺加砂状钢渣的 混凝土和对照组相 比： 总开 裂长度 、 单位面积上的 总开裂面积和裂缝最大宽度均减小 ， 并且随着钢渣 掺量的增加逐渐减小 。原因在于混凝土搅拌过程 中， 引入的饱和面干砂状钢渣在其内部呈均匀分 布 ， 该部分 钢渣在 混凝 土 内部起 到“ 蓄水池 ” 的作 用。随着水泥水化反应 的进行 ， 胶凝材料基体 内水 分减少， 孑 L 溶液的P H值增加， 以及胶凝材料基体内 形成的毛细管 ， 共同导致多孔钢渣释放 出预先吸收 的部分水分。再加上5 m ／ s 的风速使得混凝土薄板 靠近表面部分水分快速蒸发散失 ， 内部相对湿度减 小， 部分毛细管内形成负压区， 同样使得钢渣释放 出预先吸收的水 分。这些水分及时地弥补 了混凝 土内的水分散失 ， 相对减小了内部 的湿度梯度 ， 促 进 了水泥的水化 ， 抑制了混凝土早期 白干燥收缩和 干燥收缩 ， 延长了混凝土的初裂时间。由于初裂 时间的延长 ， 混凝土的强度得 以增强 ， 限制了混凝 土的早期开裂 ， 减小了混凝土的开裂面积和裂缝宽 度 ， 进而使得掺加钢渣后混凝土的抗裂效果增强。 3 结 论 单从抗压强度角度看 ， 在把砂状钢渣作为混凝 土 的拌合料时 ， 砂状钢渣 的最优掺量是 3 0 ％。掺加 砂状钢渣 的混凝土和对照组相 比： 单位面积上的总 开裂面积和裂缝最大宽度均较小 ， 并且随着钢渣掺 量 的增加逐渐 减小 ； 混凝 土初裂时 间出现相应延 长 ， 随着钢渣掺量的增加 ， 这一现象逐渐明显。 参考文献 【 1 ] 杨波 ， 史林． 钢渣混凝土研究现状分析[ J J ． 中国新技 术新产 品， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 1 卜l 2 ． [ 2 】 刘攀 ， 侍克斌， 努尔开力 ， 等． 钢渣高性能混凝土抗压 强度及早期抗裂性能研究【 J 】 _ 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 5 7 — 6 0 ． 【 3 ] 白敏 ， 尚建丽， 张松榆 ， 等． 钢渣替代粗集料配制混凝 土 的试验研究[ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 7 ) ： 6 2 — 6 4 ． [ 4 】 何锦云， 贾青， 李清扬 ， 等． 钢渣矿渣代替细集料配制 混凝土的试验研究l J l _ 河北T程大学学报 ， 2 0 0 8 ( 2 ) 6 - 9 ． [ 5 ] 0 ． M．J e n s e n ． P ． L u r a ． T e c h n i q u e s a n d m a t e r i a l s f o r i n t e r — n a l w a t e r c u r i n g o f c o n c r e t e [ J ] ． Ma t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ， 3 9 ( 9 ) ： 8 1 7 — 8 2 5 ． [ 6 】 J ． P i e r a r d ，V． P o l l e r ，N ． C a u b e r g ． Mi t i g a t i n g a u t o g e n o u s s h r i n k a g e i n h p c b y i n t e r n a l c u r i n g u s i n g s u p e r —a b s o r b e n t p o l y m e r s [ A ] ． P r o c e e d i n g o f t h e I n t e r n a t i o n a l R I L F M C o n f e r — e n c e o n Vo l u me c ha n g e s o f Ha r de n i n g Co nc r e t e：Te s t i ng a n d Mi t i g a t i o n [ C 】 ， D e n m a r k ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 9 7 — 1 0 6 ． [ 7 】 D h i r R ． K． H e w l e t t P ． C ．D y e r T ． D ． I n fl u e n c e o f mi c r o s t ruc — t u r e o n t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f s e l — f e u r i n g c o n c r e t e [ J ] ． AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 6， 9 3 ( 5) ： 4 6 5 - 4 7 1 ． 【 8 ] B e n t z D ． P ． J e n s e n 0 ． M． Mi t i g a t i o n s t r a t e g i e s for a u t o g e — n o u s s h ri n k — a g e c r a c k i n g [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s — i t e s ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 6 ) ： 6 7 7 — 6 8 5 ． ( 责任编辑： 周群) ( 英文摘要 下转 第 2 ( )页) 1 3 加 觚吣 Ⅲ Ⅲ 卯 船 钾 船 ∞ 铝 L n 5 5 6 6 6 引 0 m 加 ∞ 李桂生： 浮式拦污排设计参数分析 计使用。 ( 2 ) 推导公式适用 于固定铰点为两维约束( 即 拦污排端部为 自由活动 ， 能随水位上下移动) ， 或三 维约束( 即拦污排端部为固定点) 。对 维约束的 分析， 需考虑绳索与水面的夹角对拉力 7 1 的影响。 ( 3 ) 推导公式适 用于采用钢 丝绳张拉或浮 筒 ( 浮箱 ) 之间销轴联接张拉 的拦污排 。 由公式 ( 2 0 ) 和( 2 3 ) 可优化设计方案 ， 如通过调整弛度 厂 ， 可改善 两锚 固点 的受力情况 ， 或改善 两锚 固点 的施 工条 件 ， 降低工程造价等。 ( 4 ) 本文仅讨论 了设计参数 的推导 ， 对公式 中 有关的荷载没有深入研究 ， 鉴于设计规范中没有 明 确 的条 文规定 ， 建议参考 现行 钢 闸门设计 规范和 《 水电站机电设计手册金属结构( 一) 》 中的相关公 式计算水流力 、 风载 、 波浪压力等 ， 工况组合可根据 电站或枢纽的运行要求等来确定 。 ( 5 ) 浮式拦污排由于具有拦污 、 导排污功能 ， 为 越来越多的工程所采用， 为了便于交流， 减少设计 的盲目性 ， 建议有关部门组织设计单位、 试验研究 单位和高等院校进行专题研究 ， 对具有代表性的浮 式拦污排进行原型观测 ， 进行浮式拦污排整体模 型 试验 ， 建立拦污排设计 的计算理论和方法 ， 确定设 计原 则 ， 在专业设计 规范和设计手 册 中增加其 内 容 ， 规范 、 统一浮式拦 污排 的名称 、 分类 、 参数术 语 等 ， 以满足工程设计 的需要。 ( 责任编辑 ： 刘征湛) De s i g n pa r a m e t e r s a na l y s i s o f flo a t i ng t r a s h ba r r i e r LI Gu i — — s h e n g ( Gu a n g x i E l e c t r i c P o we r I n d u s t r y I n v e s t i g a t i o n De s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e， Na n n i n g 5 3 0 0 2 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e fl o a t i n g t r a s h b a r r i e r d e s i g n e d f o r t h e i n t a k e o f h y d r o p o we r s t a t i o n wa s a s s u me d t o b e a n i d e a l c a t e - n a r v s y s t e m ( p l a n a r fl e x i b l e s y s t e m) b y u s e o f s t e e l w i r e t e n s i o n ， a n d t h e a c t i o n o f w a t e r fl o w， w i n d a n d w a v e o n t o t h e b a r r i e r we r e s i mp l i fie d a s l o a d s o n t h e c a t e na r y s y s t e m ，b a s e d o n wh i c h t he ma t he ma t i c a l mo de l wa s s e t u p a nd t h e d e s i g n p a r a me t e r s we r e a n a l y z e d． I t wa s c o n c l ud e d t ha t t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s o u t o f t he d e r i v e d f o r mu l a c a n s a t — i s r y t h e a c c u r a c y r e q ui r e me n t s a n d t h e f o r mu l a f o r m i s a p p l i c a b l e for e n g i n e e r i n g d e s i g n ． Ke y wo r d s ： De s i g n p a r a me t e r s ； a n a l y s i s ； fl o a t i n g t r a s h b a r r i e r ； h y d r o p o we r s t a t i o n ( 上接第 1 3 页) I nflu e nc e o f s a nd s h a pe s t e e l s l a g o n c o mpr e s s i v e s t r e ng t h a n d e a r l y c r a c k r e s i s t a nc e o f c o nc r e t e LI U Pa n ( X i n j i a n g Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e r S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e ， U r u mq i 8 3 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Te s t s we r e c o n du c t e d t o s t u d y t h e i n flu e n c e o f s a n d s h a p e s t e e l s l a g a dmi x t u r e o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e ． T h e i n fl u e n c e me c h a n i s m w a s a l s o a n a l y z e d ． T h e r e s u l t s d e mo n s t r a t e t h a t a t a wa t e r —c e me n t r a t i o o f 0 ． 3 5．t h e e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e wa s i mp r o v e d w i t h i n c r e a s i n g o f s l a g c o n t e n t ； a n d t h e o p t i ma l a d d i t i v e p e r c e n t a g e o f s l a g i s 3 0 ％ i n v i e w o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ． Ke y wo r d s ： S a n d s h a p e s t e e l s l a g ； c o n c r e t e ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ； e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e 2 0