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粒化高炉矿渣代砂混凝土性能的试验研究

更新时间:2009-03-28

粒化高炉矿渣[1]是高炉冶炼生铁时所产生的固体副产物,其化学成分类似于普通硅酸盐水泥,具有潜在的水硬性,但与天然砂相比结构疏松,孔隙率较大,各级压碎指标值均远大于天然砂[2-5]。国外已有很多关于将电弧矿渣作为混凝土骨料性能的研究[6-7]。研究利用矿渣代替天然砂作为混凝土细骨料不仅可以拓展高炉矿渣的利用途径,还可以缓解建设用砂的供需矛盾,保护有限的天然砂资源[8]。本试验利用邯郸本地特细砂及矿渣拌制混凝土,分析矿渣代砂率对混凝土抗压强度和流动性的影响规律,找出矿渣的最优代砂率,并且拟合出适合矿渣代砂混凝土抗压强度的预测模型。

(5)资源共享差。各校院、学科、企业之间因管理、资金、产权保护等因素限制,导致仿真平台共享较差。多数仿真平台仅服务于校内电脑终端、特定用户,未能面向社会用户开放。多数平台无法通过手机、IPAD等移动客户端随时随地链接实验,开放方式不灵活。

1 实验设计

1.1 试验原材料

水泥:采用河北太行水泥股份有限公司生产的太行牌32.5 级矿渣硅酸盐水泥;矿渣:邯钢集团水淬粒化高炉矿渣(化学成分见表1);粗骨料:粒径5~25 mm连续级配碎石;天然细骨料 :邯郸本地特细砂,细度模数为1.3;外加剂:FDN高效减水剂,减水率18.6%。

1.2 粒化高炉矿渣与天然砂性能测定

本试验所用的天然砂为邯郸本地特细砂,由表2可知,天然砂和矿渣的表观密度都大于2 500 kg/m³,符合GB/T14684-2011中对细骨料表观密度的要求。且天然砂的堆积密度和表观密度均比矿渣大,说明了矿渣存在有较多的孔隙结构,孔隙率较大。同时也使得矿渣的压碎指标大于天然砂。

 

表1 矿渣的主要成分 (单位:%)Tab.1 Chemical composition of granulated blast furnace slag

  

SiO2Al2O3Fe2O3MgO CaO MnO P2O5 烧失量33.2 14.1 1.4 8.2 36 0.3 - 3.68

 

表2 矿渣与天然细骨料的性能指标对比Tab.2 Comparison of performance indexes between slag and natrual fi ne aggregate

  

测试项目 细度模数 表观密度/(kg·m-3)堆积密度/(kg·m-3)压碎指标/%天然砂 1.3 2 680 1 575 7.7矿渣 3.0 2 523 1 390 14.3

  

图1 细骨料筛分曲线Fig.1 Sieve curve of fine aggregate

本文对所用天然砂和矿渣进行了筛分试验,级配曲线见图1。天然砂细度模数1.3;矿渣细度模数3.0,属中砂。试验又将矿渣与砂按照不同的比例混合后进行骨料的筛分试验(图2)。通过试验结果可知:随着矿渣代砂率的提高,细骨料的细度模数也随之提高。当矿渣代砂率达到60% 时,细骨料细度模数为2.5;当矿渣代砂率达到80% 时,细骨料细度模数为2.7,都属于中砂且级配合格。从图2可以看出,级配曲线随矿渣代砂率的增加越来越趋于平缓,说明将特细砂与粒化高炉矿渣掺配使用,能有效地改善特细砂细骨料的颗粒级配情况,从而提高混凝土的和易性。

解得:Z=265.1,a1=0.223,a2=-14.772,a3=30.345。

  

图2 混合细骨料筛分曲线Fig.2 Sieve curve of mixed fine aggregate

1.3 配合比设计及实验方法

服装产业链中SCM、CRM、ERP、CAD等系统的应用较普遍。这些系统相对独立,在企业内部形成了大量的各自独立的数据库,可以称之为 “数据孤岛”。当下,企业信息化的重点是如何连通各业务部门所产生的 “数据孤岛”,提高信息传递效率,完善业务流程。

2 实验结果及分析

2.1 抗压强度

由图3和表4可知,随着矿渣代砂率的增加,矿渣代砂混凝土的抗压强度先增大后减少。矿渣的最优代砂率为60%。7 d时,矿渣代砂率60% 的混凝土抗压强度比未掺矿渣的普通混凝土平均高出17.0%。28 d时,抗压强度比未掺矿渣的普通混凝土平均高出14.5%。60 d时,抗压强度比未掺矿渣的普通混凝土平均高出15.6%。产生这种情况的主要原因是:矿渣与天然特细砂相互掺配使用,改善了细骨料的级配情况,减少了混凝土的孔隙率,使混凝土内部结构更加密实,抗压强度增加。当矿渣代砂率达到80%时,由于矿渣本身孔隙率高,吸水率大,矿渣掺量过高会对混凝土强度产生不利影响。

 

表3 混凝土配合比各材料用量Tab.3 Concrete Mix ratio of each material

  

减水剂/%组别 水 水泥 天然砂 矿渣 石子水胶比W/B砂率/%原材料/(kg·m-3) 矿渣代砂率/%GBFCA-0 0.41 0.32 176 429 574 0 1 221 0 0.7 GBFCA-1 0.41 0.32 176 429 459.2 114.8 1 221 20 0.7 GBFCA-2 0.41 0.32 176 429 344.4 229.6 1 221 40 0.8 GBFCA-3 0.41 0.32 176 429 229.6 344.4 1 221 60 0.9 GBFCA-4 0.41 0.32 176 429 114.8 459.2 1 221 80 0.9 GBFCB-0 0.36 0.30 176 489 521 0 1 214 0 0.7 GBFCB-1 0.36 0.30 176 489 416.8 104.2 1 214 20 0.7 GBFCB-2 0.36 0.30 176 489 312.6 208.4 1 214 40 0.8 GBFCB-3 0.36 0.30 176 489 208.4 312.6 1 214 60 0.9 GBFCB-4 0.36 0.30 176 489 104.2 416.8 1 214 80 0.9

 

表4 混凝土坍落度及抗压强度试验结果Tab.4 Test results of slump and compressive strength

  

组别 坍落度7 d抗压强度28 d抗压强度60 d抗压强度7~60 d强度/mm/MPa/MPa/MPa/%174 34.71 42.12 44.11 27.1增长率GBFCA-0 GBFCA-1 162 37.12 45.88 48.98 31.9 GBFCA-2 164 39.71 46.14 50.93 28.3 GBFCA-3 163 40.03 47.84 51.63 29.0 GBFCA-4 133 32.82 42.96 48.21 47.0 GBFCB-0 188 39.24 47.49 50.77 29.4 GBFCB-1 155 43.90 52.02 53.85 22.7 GBFCB-2 157 44.42 52.42 55.82 26.7 GBFCB-3 152 46.55 54.78 57.97 24.5 GBFCB-4 130 36.92 51.77 54.21 46.8

  

图3 矿渣代砂率对混凝土抗压强度的影响Fig.3 The effect of slag replacement rates on the strength of concrete

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2.2 流动性

由表4可知,随着矿渣代砂率的增加,混凝土的流动性逐渐降低,在相同的水胶比下,矿渣代砂混凝土在达到与普通混凝土相同程度的坍落度时需水量增加。主要是因为粒化高炉矿渣为多孔结构,结构疏松,导致矿渣细骨料的吸水率比天然细骨料要大,使得混凝土中自由水减少,流动性降低。

3 粒化高炉矿渣代砂混凝土抗压强度回归方程

本次试验用水量是固定的。采用非线性回归模型,考虑矿渣代砂率、水胶比、砂率、龄期等各个变量与粒化高炉矿渣代砂混凝土抗压强度之间的关系,建立出适合于矿渣代砂混凝土抗压强度的预测模型。回归方程的建立:

 

式中:X1-混凝土龄期,d;X2-矿渣代砂率,×100;W/B-水胶比;β-砂率,×100;Z、a1、a2、a3-回归系数。

试验所用天然砂为邯郸本地特细砂,以矿渣代砂率0%、20%、40%、60%、80%;水胶比为0.41、0.36;砂率为32%、30%;为变量拌制混凝土。混凝土搅拌机采用30 L强制式单卧轴搅拌机,试件成型后用不透水的薄膜覆盖表面,以防止水分蒸发,并在温度为(20±5)℃ 情况下静置一昼夜,然后拆模。试件拆模后放置在温度为(20±2)℃,湿度为95% 以上的标准养护室养护。进行立方体抗压强度试验时,加荷速度控制到0.3~0.5 MPa/s。配合比设计方法参照JGJ/T 55-2011《普通混凝土配合比设计规范》。抗压强度试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm,实际配合比见表3。

由表3和表4可知:共30组原始数据, =46.51。又有

 

所以方程组为

 

放样数据计算完后会在QtableView表格中进行显示,若后面的放样中使用该数据,需进行保存。本程序支持将计算得到的结果以txt文本格式进行保存。将计算的结果进行保存,可使用文件输出对象Ofstream,其实现的部分代码如下:

粒化高炉矿渣代砂混凝土抗压强度回归方程为

 

4 结论

He missed his yellow dog and the wide fields at home.He wondered how ripe the melons were,and who was beating the date trees with a stick.

为了加强学生实践能力的培养,在实际教学过程中需要从3个方面改变传统的注入式教学模式:(1)教师角色的转变,由权威型转变为朋伴型;(2)学生地位的转变,由被动听讲转变为主动参与;(3)教学过程的转变,由单一传授型转变为引导互动型.在教学实践中,鼓励专业教师利用超星学习通、蓝墨云班课等不同的移动学习平台实施翻转课堂,把相应的课程教学资源(如授课教案、练习题、课外学习资料等)按照课时计划逐步放到网络学习平台中,从而改变传统的“教”与“学”的方式.这样的措施不仅提高了教师的课堂授课效率,也使学生的学习积极性得到提高.

2)用粒化高炉矿渣部分代替特细砂,能够明显改善混凝土细骨料的颗粒级配。随着矿渣代砂率的增加,矿渣代砂混凝土的抗压强度先增大后减少,矿渣的最优代砂率为60%。

1)随着矿渣代砂率的增加,混凝土的流动性逐渐降低。在相同的水胶比下,矿渣代砂混凝土在达到与普通混凝土相同程度的坍落度时需水量增加。

3)粒化高炉矿渣作为细骨料对混凝土后期强度的增长起到促进作用。矿渣代砂率为80% 时,混凝土7~60 d强度增长率最高达到了47%。

4)建立出了适合于矿渣代砂混凝土抗压强度的预测模型, fc,cu=265.1+0.223X1-14.772X2+30.345X3

[1]贾 青.水淬粒化高炉矿渣拌制混凝土抗压强度性能的试验研究[D].邯郸:河北工程大学,2009.

参考文献:

[2]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,2008(4):386-391.

由表4可以看出,矿渣代砂混凝土的强度增长率均大于未掺矿渣的普通混凝土,并且当矿渣代砂率为80% 时,混凝土7 ~60 d强度增长率达到了47%。这是因为矿渣代砂率较大时,虽然粒化高炉矿渣的物理缺陷会对混凝土的强度产生不利影响,但粒化高炉矿渣属火山灰性质,具有一定的化学活性,矿渣中的活性SiO2和活性Al2O3能够缓慢地在混凝土中发挥活性,生成水硬性胶凝物质,这对混凝土后期强度的增长起到了促进作用。

[3]石东升,王 安.矿渣细骨料混凝土孔隙结构对抗压强度的影响[J].混凝土,2016(3):80-83.

[4]於林锋,杨全兵,朱蓓蓉,等.矿渣代砂对混凝土性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2008(6):14-17.

[5]石东升,王 安.粒化高炉矿渣代砂混凝土力学性能试验[J].混凝土,2015(7):92-96.

[6]FLORA Faleschini,ALEJANDRO M. High performance concrete with electric arc funace slag as aggregate:Mechanical and durability properties[J]. Construction and Building Materials,2015(101):113-121.

目前,不少地方都下达了禁酒令,禁止会所宴请,反对奢华消费。诸如此类,个别党员干部不以为然,屡有触犯,也屡遭重责。殊不知,奢靡往往是腐败的开始,席丰履盛正是危险之地,这正是历史的告诫。

[7]SAVERIA Monosi,MARIA Letizia Ruello. Electric arc furnace slag as natural aggregate replacement in concrete production [J]. Cement and Concrete Composites,2016(66):66-72.

[8]石东升,丁晓宇.粒化高炉矿渣代砂混凝土冻融试验[J].混凝土与水泥制品,2015(5):7-10.

 
李明轩,王浩,赵杰鹏
《河北工程大学学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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