粒化高炉矿渣代砂混凝土力学性能试验.pdf

2 0 1 5 年 第 7期 (总 第 3 0 9期) Nu m b e r 7 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 9) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 2 3 粒化高炉矿渣代砂混凝土力学性能试验 石东升。 王安 ( 内蒙古工业大学 土木工程学院，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 5 1 ) 摘要： 研究了粒化高炉矿渣作为混凝土细骨料时的基本特性及其不同代砂率混凝土的物理力学性能。 结果表明： 粒化高炉矿 渣与天然砂在化学成分及物理性能方面存在一定差异。 在相 同水胶 比的条件下 ， 相 比于普通混凝土， 粒化高炉矿渣代砂混凝土 的流动性较差且含气量较高； 与普通混凝土相比， 粒化高炉矿渣代砂混凝土早期抗压强度较低但其后期强度增长较快 ， 且粒化高 炉矿渣代砂率越高后期强度增长越快 ； 粒化高炉矿渣代砂混凝土劈裂抗拉强度和普通混凝土较为接近； 粒化高炉矿渣代砂混凝 土2 8 d 弹性模量和普通混凝土较为接近且随混凝土强度等级的提高而增加。 关键词 ： 粒化高炉矿渣； 骨料特性； 混凝土 ； 拌合物性能 ； 力学性能 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 5 ) 0 7 - 0 0 9 2 0 5 E x p e r i me n t o f me c h a n i c a l p e r f or ma n c e a b ou t c o n c r e t e u s i n g g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g f i n e a g g r e g a t e s S HIDo n gs h e n g， WANG An ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， I n n e r Mo n g o l i a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， H o h h o t 0 1 0 0 5 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n t r i n s i c c h a r a c t e ri s t i c s o f g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g a s fi n e a g gre g a t e s and p h y s i c a l a n d me c h ani c a l p e r f o r manc e o f c o n c r e te c o n t a i n i ng gran u l a t e d bl a s t f u rna c e s l a g a g g r e g a t e s we r e i n v e s ti g a t e d Th e r e s ul t s s h o w tha t t h e b l a s t f u r na c e s l a g a n d s a n d a re d i f f e rent i n c h e mi c a l c o mpo s i ti o n and p h ys i c a l p r o p e r t i e s I n t he c o n d i tio n o f the s a me wa t e r c e me n t r a ti o， c o mp are d wi th the or dina r y c on c r e t e， the flu x i l i t y o f c o n c r e te c o n t a i n i n g gran u l a t e d b l a s t f u r na c e s l a g a g g r e g a t e s i s po o r an d the a i r c on t e n t i s h i g h e r Co mp a r e d wi t h o r d i n a r y c o n c r e te， t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e c o n t a i nin g gra n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g a g g r e g a t e s at e arl y i s l o w b u t i t s l a t e s t r e n g t h i n c r e a s e s r a p i d l y， and the h i gh e r s l a g a s s a n d r a t e t h e mo r e r a p i d g r o wth o f l a t e s tr e n g t h Th e s p l i t ti n g t e ns i l e s tre n g t h o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g gran u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g a gg r e g a t e s i s r e l a ti v e l y c l o s e t o the o r din a r y c o n c r e t e Th e 2 8 d mo du l u s o f e l a s t i c i t y o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g gra n u l a t e d b l a s t f u rna c e s l a g a g gre g a t e s i s r e l a ti v e l y c l os e to the o r d i n a r y c o nc r e t e An d wi th the i n c r e a s e o f c o n c r e t e s t r e n g t h gra d e i n c r e a s e d Ke y wo r d s： g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g ； a g g r e g a t e c h ara c teri s ti c s ； c o n c r e t e ； p e r f o rm an c e o f mi x t u r e ； me c h an i c a l p e r f o rm a n c e 0 引 言 高炉矿渣是冶炼生铁时产生的工业废料。 当熔融状态 的高炉矿渣 经水淬 骤冷成粒状矿 渣 时， 称 为粒化 高炉矿 渣 。 目前 国内粒化高炉矿渣主要用于水泥原料 以及磨 细后 作为混凝土 的掺合料。 粒化高炉矿渣代替天然砂用做混凝土细骨料， 除日本 在此方面做过比较系统的研究外， 其他国家在这个领域的 研究工作很少。 2 0个世纪 7 0年代后 期 ， 日本钢铁联 盟对 粒化高炉矿渣作为混凝土细骨料做了比较系统的研究 。 在 随后 的几年中， 其他学者及机构也做 了一些相关 的试验研 究。 1 9 8 1 年 日本制定了国家标准 J I S A 5 0 1 2 ( 了、夕 l J 一 卜 用高炉灭 细骨材 ( 混凝土用高炉矿渣细骨料 ) ， 1 9 8 3 年 日本建筑学会发布了 高炉叉 细骨材 老用0 、 为了、夕 l J 一 卜 施工指针 同解藐 ( 使用粒 化高炉矿 渣细骨料混凝土施工规程 条文说明 ) ， 但是在 日 本使用 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 一 O 1 基金 项 目 ： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 6 8 04 1 ) 92 粒化高炉矿渣作为混凝土细骨料的实际工程却很少 。 国内对粒化高炉矿渣代替天然砂作为混凝土细骨料的研 究报道非 常 少 ， 只有 个 别学 者 做 过 少量 的相 关 研 究 和 探索 。 本研究测试 了粒化高炉矿渣作为混凝土 细骨料 的基 本骨料特性 ， 并通过试验 ， 研究 了粒化 高炉矿 渣不 同代砂 率混凝土的拌和、 力学性能。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料及 配合比 水泥： 呼和浩 特 冀东 水 泥厂 生产 的 P O 4 2 5级 水 泥 ； 矿渣 ： 宣 钢 原 状 高 炉 矿 渣 ； 砂 子 ： 中砂 ， 细 度 模 数 2 7 9 ； 石子 ： 粒径 5 - 2 0 n的碎石 ； 减水 剂 ： 聚羧酸高效减 水剂 。 混凝土配合 比设计 5个等级 ， 其水胶 比分别 为 0 2 5 、 0 3 0 、 0 4 0 、 0 5 0 、 0 6 0 ， 矿渣取代砂率分别为 0 、 5 0 、 1 0 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 拌合物坍落度通过减水剂调整在 1 2 1 8 c m范围内， 具体 的配合 比见 表 1 。 强度试 件尺寸 为 1 0 0 m l i 1 1 0 0 m m 1 0 0 r n n l ， 静 力 受 压 弹 性 模 量 试 件 尺 寸 为 1 5 0 m m 1 5 0 1 1 1 1 1 1 3 0 0 n l n l o 表 1 混凝土配合比 1 2试 验 方 法 混凝土的拌 和采用 6 0 L的单卧轴强制 式搅 拌机。 所 有混凝土成型试件均在 室温条件下 养护 2 4 h后脱模 ， 再 放人( 2 0 2 ) 水 中养护至规定龄期。 粒化高炉矿渣 和天 然砂的压碎指标值按 G B T 1 4 6 8 4 0 1 1 建设用砂 进 行 ； 混 凝 土 强 度 及 静 力 受 压 弹性 模 量 的测 定 方 法 按 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 进行 2 试验结果与分析 2 1 粒化 高炉矿渣 与天然砂物化性能的 比较 2 1 1 化学成分 表 2为粒化高炉矿渣的化学组成 ， 可 以看出粒化高炉 矿渣的化学组成和普通硅酸盐水泥熟料较为接近 ， 主要 由 C a O、 S i O ： 、 A 1 O ， 等氧化物构成， 具有一定的潜在水硬性。 图1为粒化高炉矿渣的X R D衍射波谱图， 由X R D测试结 果可知粒化高炉矿渣主要由玻璃态物质组成， 晶体较少， 主要的结晶是 S i O ， 其结晶度大约为 1 9 2 7 。 而天然砂 的 主要化学成分是 S i O ， 矿物组成为石英 。 表 2 粒化高炉矿渣的化学成分 Ca O S i O2 A1 2 O3 Mg O F e O S Mn O P 2 O5 41 7 3 3 8 l 3 4 74 0 4 O 8 O 3 Q u a r t z s i o 2 8 7 - 2 0 9 6 Qu a r t z S i O 7 0 - 3 7 5 5 Q u a r t z S i O 2 8 9 1 9 6 1 Qu a r t z l o w S i O2 7 7 - 1 0 6 0 S i O2 - S i l i c o n o x i d e 一$- a l p h a 8 5 0 7 9 7 Qim r tz S i O ： 1 0 2 O 3 0 40 5 0 6 O 7 0 8 O 2口 ， r 。 1 图 1 粒化 高炉矿 渣 的波谱 图 表 3 粒化高炉矿渣和天然砂筛分析试验结果 撰 磷； 0 0 1 6 n3 1 5 0 6 3 1 2 5 2 5 5 1 0 筛孔尺寸 mm 图2 粒化高炉矿渣和砂的筛分曲线 93 0 柏 加 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 渣代砂混凝土的需水量将不断增加 。 表 5 粒化高炉矿渣代砂混凝土的含气量及坍落度 2 3 粒化高炉矿渣代砂混凝土的物理力学性能 2 3 1 抗压强度 图6为不同水胶 比粒化高炉矿渣代砂混凝土与普通 混凝土抗压强度的比较 。 由图6可见粒化高炉矿渣代砂混 日 魁 暖 出 O 1 0 20 30 40 5 0 6 0 70 8 0 90 1 00 龄 期 d f a ) W B=0 2 5 凝土与普通混凝土 的抗压强度 随龄期 的变化趋势是一致 的， 即随着龄期的不断增加抗压强度也不 断提高。 在水胶 比相 同的条件下 ， 粒化高炉矿渣代砂混凝土 的早期抗压强 度略低于普通混凝土 ， 但其后期 强度增 长较快 ， 特别是 在 2 8 d后， 普通混凝土的强度增长已非常缓慢， 但粒化高炉 矿渣代砂混凝土仍能 以较快 的速度 增长且代砂率越高 ， 其 后期强度增长速度越快 。 到 9 1 d时 ， 粒化 高炉矿渣代砂混 凝土的强度已和普通混凝土的强度非常接 近， 部分粒化高 炉矿渣代砂混凝土强度甚至已经超过普通混凝土。 分析其 原因可能是因为粒化高炉矿渣 的颗粒级配不均匀 ， 不能充 分填充石子之 间的空隙 ， 造成混凝土不够密实 ， 另外 粒化 高炉矿渣颗粒形状不规则， 表面孔隙较多 ， 内部结构存在 龄期， d f b ) W B=0 3 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 O 龄期 d f d ) W B=0 5 0 日 艘 7 0 6 0 5 0 螽 o 置 s 。 辐 2 0 10 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 l O 0 龄期， d f e ) W B=0 4 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 龄 期， d f e ) W B=0 6 0 图 6 不同水胶比粒化高炉矿渣代砂混凝土的抗压强度 缺 陷， 造成其早期抗压 强度 略低 。 但粒化高炉矿渣 的化 学成分和硅酸盐水泥熟料相似 ， 具有潜 在的水硬性 ， 水 泥 由于颗粒较小水硬 性发挥较 快 ， 但 粒化高 炉矿渣 颗粒 较 大 、 水硬性 能持续发挥从而致使其后期强度 的增长大于普 通混凝土 。 表 6为不同代砂率的粒化高炉矿渣代砂混凝 土各龄期间的强度增长率 ， 由表中数据可更加直观地看出 在水胶 比相 同的条件下 ， 代砂率越 大 ， 混凝 土后期强度 增 长越快。 2 3 2 劈裂抗拉强度 图7为不同水胶 比粒化高炉矿渣代砂 混凝土与普 通 混凝土 2 8 d 劈 裂抗拉强度 的 比较 ， 由图可见 粒化高炉 矿 渣代砂混凝土与普通混凝 土的劈裂抗 拉强度随水胶 比的 变化趋势是一致的， 即随着水胶比的减小劈裂抗拉强度不 断提高。 在水胶比相同的条件下， 粒化高炉矿渣代砂混凝 土与普通混凝土 2 8 d劈裂抗 拉强度接 近 ， 有的甚至超 过 普通混凝土强度。 表 6矿渣 代砂 混凝 土各 龄期 间强度 增长 率 9 5 如 如 加 o 谜霞出 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 2 5 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 水胶比 图 7 不同水胶比粒化高炉矿渣代砂混凝土的劈裂抗拉强度 2 3 3 弹性模量 图 8 为不同代砂率 的矿渣代砂混凝土 2 8 d的弹性模 量， 由图8可见矿渣代砂混凝土和普通混凝土的2 8 d弹性 模量较为接近且随抗压强度的变化趋势是一致 的， 即随着 抗压强度的增大弹性模量也不断增大。 抗压 强度 MPa 图8 粒化高炉矿渣代砂混凝土 2 8 d 弹性模量 3 结论 ( 1 ) 粒化高炉矿渣与天然砂在物理化学性质方面具有 较为明显的差异： 粒化高炉矿渣的化学成分和硅酸盐水泥 较为相似， 具有潜 在的水 硬性 ， 而天然砂在常温下是惰性 材料 ； 粒化高炉矿渣和天然砂的细度模数相近 ， 但粒化高 炉矿渣的级配不均匀 ； 和天然砂相 比， 粒化高炉矿渣 的颗 粒形状不规则表面孔隙多且桶压试验中更容易被压碎。 ( 2 ) 在水胶 比相同的条件下 ， 相 比于普通混凝土 ， 粒化 高炉矿渣代砂混凝土的流动性较差 ， 且其代砂率越高流动 性越差 ， 混凝土的含气量越高。 ( 3 ) 粒化高炉矿渣代砂混凝土的早期强度和普通混凝 土相比较低， 但其后期强度增长较快， 且代砂率越高强度 增长越快。 粒化高炉矿渣代砂混凝土9 1 d强度已和普通 混凝土非常接近 ， 有的甚至 已超过普通混凝土强度 。 ( 4 ) 粒化高炉矿渣代砂混凝土与普通混凝土劈裂抗拉 强度较为接近 。 ( 5 ) 粒化高炉矿 渣代 砂混凝土 和普通 混凝土 的 2 8 d 弹性模量较为接近且随抗压强度 的变化趋势是一致的 ， 即 随着抗压强度的增大弹性模量也不断增大。 参考文献 ： 1 依田彰彦 高炉七夕、 高炉叉 骨材考祖 合扫世 了、夕l J 性簧 c = ， ) 0 、 J 足利工棠大学研究集绿 ， 2 0 0 7 41： 4 55 0 2 国府膀郎， 下山善秀 高炉叉 糸 田 骨材老用 允了 夕lJ 一 卜 6 0 2 0 年弑胰穑果 J 七 、 j、夕IJ I - ， 2 0 0 6 ， 7 1 4 ： 2 73 2 3 3于滟， 包亚芳 人工洗砂的开发与市场前景 J 中国非金属矿 业导刊 ， 2 0 0 2 ， 2 5 ( 1 ) ： 2 6 2 8 4 朱蓓蓉， 於林峰， 张树青， 等 矿渣代砂水泥砂浆及混凝土物理 力学性能研究 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 l ( 4 ) ： 3 8 7 3 9 1 5 D o n g s h e n g S H I ， Y o s h i h i r o MA S U D A， Y o u n g r a n L E E E x p e fi me n t a l r e s e a r c h o f me c h a n i c a l p r o pe r t i e s of h i g h s e n g t h c o n - c r e t e u s i n g b l a s t f u r n a c e s l a g a s fi n e a g g r e g a t e J C e m e n t S c i e nc e a nd Co n c r e t e Te c h n o l o g y， 2 01 0， 6 4： 1 8 41 8 9 E 6 3 D o n g s h e n g S H I ， Y o s h i h i r o MA S U D A， Y o u n g r a n L E E E x p e fi me n t s o n p r op e r t i e s o f b l a s t f u r n a c e s l a g fi ne a g g r e g a t e a n d i n flu e nc e o f bl a s t f u ma c e s l a g fin e a g g r e g a t e o n c o mp r e s s i v e s e n g t h o f c o n c r e t e J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l a n d C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 1 ， 6 6 7 ( 7 6 ) ： 1 5 4 1 1 5 4 6 第一作者： 联系地址： 联系电话： 石东升( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 工学博士 ， 教授， 研究方向 ： 建筑 材料、 预应力混凝土。 内蒙古工业大学土木工程学院( 0 1 0 0 5 1 ) 1 5 2 4 81 5 08 76 天津首个装配式住宅项 目开建 ) 近 日， 记者来 到双青新家园 2 0号地 6 号楼 ， 这是设计为 1 8层的楼房。 施工现场整洁有序 ， 映入眼帘 的是依次排列 的 预制墙 、 预制梁 、 楼板 、 空调板等房屋预制部件。 项 目负责人王鑫告诉记者 ， 装配式住宅施工俗称“ 搭积木建房” ， 房屋的主 体构件先在工厂生产好， 再运到工地现场拼装而成。 记者看到， 6名工人合力安装预制楼板， 仅几分钟就安装完毕。 “ 以往 大板楼也是预制的， 年头久了会渗水， 而且冬冷夏热。 这种楼板怎样避免这些问题? ” 记者问。 “ 这是截然不同的两种技术 体系。 ” 王鑫说 ， 像楼板 、 预制墙这些房屋主体构件全在工厂里预制生产 ， 结合 自主研发 的 2 8 项核心专利技术 ， 经过国家 实验室多次检测， 符合国家规范标准要求， 辅以多种新型技术和保温节能效果， 这样出来的产品精度更高。 搭积木式建的 住宅效果等同于传统现浇结构， 能达到8 5 度抗震设防要求， 建成后的房屋非常牢固。 同时， 整体工期还能缩短三分之一。 据介绍 ， 今年起天津市大力推进建筑产业现代化 ， 年内建成年产 3 0 0万 I I l 2 筋混凝土部品预制生产线和年产 2 0万 m 钢结构模块化建筑生产线， 建成一批预制装配式示范建筑项目。 到明年底， 天津市新建项 目将有 2 0 0万 m 实施装配式住 宅施工 ， 实现房屋建造全过程的工业化 、 集约化和社会化。 ( 今晚 网) 96 5 4 3 2 l 0 苫、 骥覃 蟮群舔 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m