高钛重矿渣制备低收缩耐磨桥面铺装层混凝土的研究.pdf

2 0 1 4 年 第 5期 (总 第 2 9 5 期 ) Nu mb e r 5i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACT I CAL T ECHNoLoGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 5 0 3 9 高钛重矿渣制备低收缩耐磨桥面铺装层混凝土的研究 丁庆军 ，刘小清 、 ，牟廷敏 ，王剑川 。 ，管理 。 ( 1 武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ；2 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 6 1 0 0 4 1 ； 3 四川丽攀高速公路有限责任公司，四川 成都 6 1 0 0 4 1 ) 摘要： 采用高钛重矿渣作为混凝土集料全部取代普通碎石和河砂， 通过引入一种具有超长分子链的硅氧烷基团和聚醚基团的 减缩增韧剂 ， 以及经特殊工艺制备和表面处理后的钢纤维 ， 成功制备 了 C 4 0高钛重矿渣桥面铺装层混凝土。 试验结果表明 ： 与普 通集料混凝土相比， 经优化设计后的高钛重矿渣混凝土收缩值小 ， 耐磨性能好， 且具有优异的工作性能、 力学性能和耐久性能。 关键词： 高钛重矿渣；低收缩；耐磨 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 1 3 8 0 3 Pr epar a t i on of l ow shr i nkage and wear -r es i s t a nt hi gh per f or m anc e br i dge pavi ng l a yer c o n c r e t e b y h i gh t i t a ni u m h e a v y s l a g D I N GQ i n g j u n ， L I UX i a o q i n g ， MUT i n g mi n ， WA NGJ i a n c h u a n 。 ， GU A NL i ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e ri n g ， Wu h a nUn i v e r s i t yo f Te c h n o l o g y ， Wu h a n4 3 0 0 7 0 ， C h i n a ； 2 S i c hn a nPr o v i nc eCo mmu n i c a t i o n sDe p a n me n tHi g h wa yPl a nn i ng， S ur v e y， De s i g na ndRe s e a r c hI ns t i t u t e， Che ng d u 61 00 41 ， Ch i na； 3 S i c h u a nL i P a nHi g h wa yL i mi t e dL i a b i l i tyCo mp a n y， Ch e n g d u6 1 0 0 4 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： Wi t h o r d i n a r y g r a v e l a n d s a n d r e p l a c e d b y h i 曲 t i t a n i u m h e a v y s l a g a s c o n c r e t e a g g r e g a t e ， b y i n t r o d u c i n g a k i n d o f s h r i n k a g e r e d u c i ng a n d t o u g he n i n g a g e n t wi t h a l on g c h a i n o f s i l o x an e gro u ps a n d po l ye t he r g r o up s ， a s we l l a s s t e e l fibe r by s p e c i a l t e c h no l og y o f pr e pa r a t i o n a n d s u r f a c e t r e a t me n t ， C40 h Ji g h t i t an i um he a v y s l a g pa v e me n t c o n c r e t e we r e p r e p are d s u c c e s s f ul l yTh e t e s t r e s ul t s s ho we d t h a t ， c o m p a r e d wi th o r d i n a ry a g gre g a t e c o n c r e t e ， the o p t i mi z e d h i gh t i t a n i um h e a vy s l a g c o n c r e t e h a d l o w s h r i n k a g e ， g o o d w e ar- r e s i s t i n g p r o p e r t y， a n d e x c e l l e n t wo r k in g p e r f o r ma n c e ， me c h a n i c a l p r o p e r t y a n d d u r a b i l i ty Key wor ds ： h i g h t i t a ni u m he a v y s l a g； l o w s h r i nk a g e； we ar r e s i s t a n t 0 引言 1 原材料 高钛重矿渣是高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生 的熔融矿 渣在空气中 自然冷却或水冷形成的一种 由钛辉石 、 钙钛矿 等矿物为主的石质材料 ， 具 有多孔 、 高强 、 化学稳定性好等 特点 1 - 2 。 高钛重矿渣作 为混凝土 、 砂浆粗细集料 的基本性 能 与天然砂石基本相近 ， 体积稳定性好 ， 属于非碱活性集 料 ， 高钛重矿渣碎石的表观密度 、 堆积密度较天然碎石略 小 ， 渣砂 、 渣石的空隙率 、 孑 L 隙率 、 吸水率均 比天然砂石高 ， 集料 的压碎指标和坚同性 良好 。 桥面铺装层的破损 、 开裂 、 翻浆和磨损快 ， 严重影 响着 行车舒适性及安全性 ， 桥面铺装层混凝土的开裂和磨 损是 桥梁建设中普遍存在的问题 。 由此 ， 从桥面铺装层混凝土的 实际工程需要 出发 ， 介绍 了采用高钛重矿渣作 为混凝土集 料 全部取代普通碎石 和河砂成 功制备低 收缩耐磨铺装层 混凝土的设计思路 ， 研究 了高钛重矿渣桥面铺装层混凝土 的工作性能 、 强度 、 体 积稳定性及长期耐久性 能 ， 以期为实 际工程应用提供技术支撑。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 1 1 0 8 l 3 8 ( 1 ) 水泥 ： 应用于 C 4 0 高钛重矿渣砂混凝土 中的丽 江 P o 4 2 5 级水泥 ， 其物理性能指标见表 1 、 2 。 表 1 水泥的物理性能指标 水泥品种 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a 3 d 2 8 d 3 d 28 d 丽 江 P O 4 2 5 5 1 6 8 2 3 4 4 9 7 ( 2 ) 粉煤灰 ： 试验采用粉煤灰为攀枝花宝利源 I I 级粉 煤灰 ， 其主要性能指标见表 3 。 表 3 粉煤灰的主要性能指标 ( 3 ) 减水剂 ： 成都合力高效聚羧酸减水剂 ， 减水率3 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 优点的钢纤维 ， 钢纤维可以迅速而轻易地与混凝土材料混 合 ， 均匀分布 ， 在混凝土 内部构成一种均匀 的乱 向支撑体 系 ， 产生一种有效的二级加强效果 ， 由此 ， 混凝土可将 自身 的收缩 能量分散到高抗拉的纤维上 ， 阻止混凝土原有微裂 缝 的扩展并延缓新裂缝 的出现 ， 减小微裂缝 的尺寸 ， 增强 材料 内部的连续性 ， 减少冲击波被阻断引起 的局部应力集 中， 提高混凝土的断裂韧性 。 钢纤维对水泥混凝土耐磨性能的改善主要因为其发挥 了阻裂效应 ， 引起 了水泥混凝土孔结构的改善， 增加 了混凝 土的致密性 ， 降低了孔隙率 ， 并且使得水泥混凝土基体 内大 孔减少 ， 同时在水泥混凝土路面磨损过程中， 钢纤维可以限 制外力对基体的磨蚀， 从而总体上表现出耐磨性能的提高c ) 。 4 C 4 0高钛重矿渣 高性能桥 面铺装层混凝土 性 能研 究 基于上述研究 ， 将 掺人减缩增 韧剂和纤维的高钛重矿 渣混凝 土 A分别与单掺钢纤维 、 单掺减缩增韧剂 ， 不掺钢 纤维和减缩增韧剂的高钛重矿渣混凝土 B 、 C、 D，以及掺入 减缩增韧剂和钢纤维 的普通集料混凝土 E进行对 比， 试验 配合 比见表 6 ， 试验结果见表 7 。 表 6 C 4 0 桥面铺张层混凝土试验配合比 坍落度 m r n 编号 扩展度 mm 抗压强度 MP a 劈裂抗拉强度 MP a 7 d自收缩率 2 8 d干燥收缩值 磨耗量 O h 2 h 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d 1 0 4 1 0 ( k g m ) 注： 混凝土的抗磨耗试验按照 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程) J T GE -2 0 0 5 进行， 试件尺寸( 长 宽 高) 为 1 5 0 ra m 1 5 0 n ma x 7 0 m m。 表 7中 B与 D对 比可知 ， 钢纤维的掺入 ， 降低 了混凝 土坍落度和扩展度 ， 但有效地提高了抗拉强度和耐磨性 ， 7 d 劈裂抗拉强度由 3 2 MP a 提高至 3 6 MP a ， 2 8 d由 3 5 MP a 提高至 4 0 MP a ， 磨耗量 由 3 0 6 k g m 2 减少 至 1 5 5 k g m 2 ； C 与 D对比可知， 由于减缩增韧剂的加人降低了减水剂中的 减水组分， 混凝土坍落度和扩展度有所降低， 但 白收缩值 和干燥收缩值 明显减小 ； A与 E对比可知 ， 高钛重矿渣集料 混凝土 7 、 2 8 d 立方体抗压强度、 劈裂抗拉强度均与普 通混 凝土相当， 但高钛重矿渣集料有效地提高了混凝土耐磨性， 磨耗量由 3 3 8 k g m 减少至 1 3 0 k g m2 o 复掺钢纤维和减缩 增韧剂 的高钛重 矿渣混凝 土 A， 自收缩值 、 干燥 收缩值 和 磨耗量最小 ， 抗压 强度 与普通集 料混凝 土相当 ， 工作 性能 满足工程要求。 进一步对复掺钢纤维和减缩增韧剂 的高钛重矿 渣混 凝 土 A与普通集料混凝土 E进行 耐久性能对 比分析 ， 试 验结果表 8 。 表 8 C 4 0高钛重矿渣桥面铺装层混凝土的耐久性能 由表 8 可知 ， 高钛重矿渣混凝土抗裂性 能 、 抗氯离子 渗透性能 、 抗碳 化性能均强于普通集料混凝 土， 抗渗性 能、 1 4 0 抗硫酸盐侵蚀性能与普通集料混凝土相当。 综上所述 ， 复掺钢纤维和减缩增韧剂的高钛重矿渣混 凝土A， 自收缩值、 干燥收缩值和磨耗量最小， 抗压强度与 普通集料混凝土相当， 工作性能 良好 ， 且具有 良好的长期耐 久性能 ， 达到了低收缩耐磨桥面铺装层混凝土的设计要求。 5结 论 ( 1 ) 高钛重矿渣集料 特殊多孔结构的“ 蓄水一 释水 ” 功 能， 对混凝土起到内养护作用 ， 降低了混凝土收缩值； 高钛 重矿渣砂表面粗糙 、 多棱角 ， 且为机制砂 ， 改善 了界面粘结 性能 ， 提高了混凝土耐磨性能。 ( 2 ) 采用高钛重矿渣作为混凝土集料全部取代普通碎石 和河砂， 通过引入一种具有超长分子链的硅氧烷基团和聚醚 基团的减缩增韧剂， 以及经特殊工艺制备和表面处理后的钢 纤维 ， 成功制备了 C 4 0 高钛重矿渣桥面铺装层混凝土。 ( 3 ) 复掺钢纤维和减缩增韧剂的 C 4 0高钛重矿渣混凝 土 自收缩值、 干燥收缩值和磨耗量最小 ， 抗压强度与普通 集料 混凝 土相当 ， 工 作性 能 良好 ， 且具有 良好 的长期耐久 性能 ， 达到了低收缩耐磨桥面铺装层混凝土的设计要求 。 参考文献 ： 【 1 王雪松 攀枝花高钛型高炉渣开发利用回顾与展望 J 】 _攀枝花科 技与信息， 2 0 0 5 ( 增T U ) ： 1 - 4 下转第 1 4 7页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 粉含量 石 粉含量 图 2 石粉含量对机制砂混凝土工作性和强度的影响 图 3 石粉含量对机制砂混凝土抗渗性的影响 表 5 河砂与高石粉含量机制砂混凝土性能对 比 4结 论 ( 1 ) 在 0 4 3的较低水胶 比下 ， 各种防水剂对混凝土抗 渗性无 明显改善作用 ； 在 0 5 2的较高水胶 比下 ， 部分防水 剂对混凝土 的抗渗性有一定提高作用。 考虑经济因素 ， 二 次衬砌混凝土的配制不宜使用 防水剂 。 ( 2 ) 采用 I I 级粉煤灰复掺高效减水剂 ， 粉煤灰掺量 2 0 、 超量取代系数 1 2 1 _ 3 ， 水胶比降至 0 4 6 ， 可配制出工作性 、 强度和抗渗性均满足要求的二衬防水混凝土 。 ( 3 ) 采用石粉含量为 1 4 的机制砂 ， 使用较低 的水 泥 用量 ， 配制 了工作性 、 强度和抗渗性满足要求的二衬防水 混凝土， 且其综合性能较同等条件河砂混凝土更优 。 参考文献： 1王立久， 董晶亮， 谷鑫 不同矿物掺合料对混凝土早期强度和工 作性能的研究J 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 1 - 3 【 2 】曹明莉， 杨海成 高性能混凝土氯离子渗透性的研究【 c 】 第七届 全国高强与高性能混凝土学术交流会 ， 2 0 1 1 ： 2 0 6 2 8 0 【 3 】V Q U I R O G A P N， A H N N， F O WL E R D W C o n c r e t e m i x t u r e s w i t h 上接第 1 4 0页 【 2 】丁庆军 泵送高强轻集料混凝土的研究【 J J 武汉理工大学学报， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 9 ) ： 4 - 6 【 3 】江海民， 牟廷敏， 丁庆军， 等 高钛重矿渣混凝土的工作性能研 究 J - ： 昆 凝土 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 2 5 1 2 7 【 4 】柯国炬 路面机制砂水泥混凝土耐磨性影响因素研究 D 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 1 0 【 5 】J MAGA T P S ， AZ AR I M MSh fi n k a g e o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d e e me n t c o m p o s i t e s J M a t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 8 8 ， 2 6 ( 1 2 3 ) ： 1 6 3 - 1 7 1 6 6 秦鸿根 钢纤维掺量和类型对混凝土性能的影响 J _ 建筑材料学 上接第 1 4 3页 3 3 赵立 灾后重建项目绿色混凝土施工技术的评价体系【 J 】 ；昆凝 土 ， 2 0 1 3 ( 6 ) 【 4 刘娟红， 宋少民 绿色高性能混凝土技术与工程应用【 M 北京： 中国电力出版社 ， 2 0 1 1 5 】 李悦 自密实混凝土技术与工程应用 M 北京： 中国电力出版社， 201 3 h i g h m i c r o f i n e s J A C I M a t e ri a l s J o u r n a l ， 2 0 0 6 ， 1 0 3 ( 4 ) ： 2 5 8 2 6 4 【 4 J4 李北星， 周明凯， 蔡基伟， 等 机制砂中石粉对不同强度等级混 凝土性能的影响研究 J 1 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 5 1 5 7 【 5 】K AT Z A， B A UM H E f f e c t o f h i g h l e v e l s o f fi n e s c o n t e n t o n c o n - c r e t e p r o p e r t i e s J A C I Ma t e ri al s J o u r n a l ， 2 0 0 6 ， 1 0 3 ( 6 ) ： 4 7 4 - 4 8 2 6 6 L I B e i x i n g ， WA N G J i l i a n g ， Z H O U M i n g k a i E f f e c t of l i m e s t o n e fi n e s c o n t e n t i n ma n u f a c t u r e d s a n d o n d u r a bi l i t y of l o w- a n d h i g h - s t r e ng t h c o n c r e t e s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i al s ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 8 ) ： 2 8 4 6 2 8 5 0 【 7 蔡基伟 ， 李北星 ， 周明凯 ， 等 石粉对中低强度机制砂混凝土性 能的影a NJ 武汉理工大学学报， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 4 ) ： 2 7 3 0 8 杨华山， 方坤河， 涂胜金， 等 石灰石粉在水泥基材料中的作用 及其机理 J 混凝土， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 3 2 3 5 作者简介 联 系地址 ： 联系电话 ： 黄林( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 硕士研究生 ， 研究方向： 水泥与混凝 土建筑材料。 武汉市洪山区珞狮路 1 2 2 号 武汉理工大学硅酸盐建 筑材料国家重点实验室道路材料研究所( 4 3 0 0 7 0 ) 1 58 71 7 3 9 63 5 报 ， 2 0 0 3 ， 6 ( 4 ) ： 3 6 4 3 6 8 【 7 】戚志跃， 等 冈 纤维水泥混凝土路面耐久性试验研究 价值工 程， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 3 1 ) ： 6 6 6 7 作者简介 ： 联 系地址 联 系电话 ： 丁庆军( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 教授， 研究方向： 主要从事高性能 混凝土研究。 湖北省武汉市洪山区珞狮路 1 2 2 号 武汉理工大学西 院( 4 3 0 0 7 0 ) 1 3 72 0 2 8 7 2 78 【 6 】中铁设计院 雅西高速腊八斤、 黑石沟特大桥施工图【 z 2 0 0 8 作者简介 ： 联系地址 联系电话 赵立( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 硕士， 研究方向： 工程项目管理和绿 色建筑。 成都市郫县中信大道二段1 号成都工业学院( 6 1 1 7 3 0 ) l 8 9 8 0 00 9 0 61 1 47 0 8 6 4 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m