壓力荷載對混凝土路面磚性能的影響分析

范一坤 趙 飛 趙佳興 孫樹夫 崔俊毅

(河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口 075000)

壓力荷載對混凝土路面磚性能的影響分析

范一坤 趙 飛 趙佳興 孫樹夫 崔俊毅

(河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口 075000)

為了探究制作混凝土路面磚時壓力荷載對混凝土路面磚性能的影響，本文采用礦渣為混凝土路面磚基層材料，通過試驗測定水膠比的情況下，通過改變壓力荷載值，制作不同的混凝土路面磚，測定其吸水率以及3天抗壓強度和7天抗壓強度.試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力荷載為950 KN時，吸水率最低；隨著壓力荷載的增加，混凝土路面磚3天抗壓強度和7天抗壓強度隨之增大，壓力荷載與抗壓強度呈正相關(guān)關(guān)系；養(yǎng)護7天的抗壓強度的大于養(yǎng)護3天的抗壓強度，說明養(yǎng)護天數(shù)對抗壓強度有所影響.通過對試驗結(jié)果進一步的分析，得出所呈規(guī)律的原因，為混凝土路面磚的制作提供了實際指導(dǎo).

混凝土路面磚；壓力荷載；吸水率；抗壓強度

0 引 言

高爐礦渣是高爐煉鐵時產(chǎn)生的一種廢渣.在高爐煉鐵時，需要在高爐中加入的原料有鐵礦石、燃料(焦炭)和助熔劑.當(dāng)爐溫達到1400-1600 ℃時，助溶劑與鐵礦石發(fā)生高溫反應(yīng)生成生鐵和礦渣.高爐礦渣是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進入生鐵中的雜質(zhì)組成的，是一種易熔混合物[1].?；郀t礦渣是熔融狀態(tài)流出后，經(jīng)水淬急冷處理而成.從化學(xué)成分上看，高爐礦渣是屬于硅酸鹽質(zhì)材料[2].

隨著高層建筑業(yè)的發(fā)展，高性能混凝土取代普通混凝土是大勢所趨，摻有礦渣超細粉的混凝土具有水化熱低、耐腐蝕、與鋼筋粘結(jié)力強、后期強度高、防微縮等特點.高爐礦渣是我國鋼鐵業(yè)大量排放的一種冶金廢渣，這些廢渣如果不加以資源化處理，不但是可利用資源的極大浪費，日積月累勢必造成占地侵田、污染環(huán)境等一系列嚴重問題.因此，高爐渣資源化既可以變廢為寶，又可以減少環(huán)境的污染、土地的占用等，從而達到經(jīng)濟效益與社會效益雙贏的局面[3].

本試驗采用礦渣為混凝土路面磚基層材料，以壓力荷載作為變量，采用單一變量的原則，在水膠比一定的情況下，施加不同的壓力荷載，測定混凝土路面磚的抗壓強度和透水率.對試驗結(jié)果分析，確定制作混凝土路面磚時所加壓力荷載對混凝土路面磚抗壓強度和吸水率的影響關(guān)系.

1 試驗原材料

混凝土路面磚的結(jié)構(gòu)組成分為基層和面層，基層由礦渣、水泥、水配制而成；面層由鐵尾礦砂、水泥、水配置而成，本試驗所用材料如下.

1.1 礦渣

本試驗所用礦渣來自河北省張家口市，礦渣的技術(shù)指標(biāo)如表1.

表1 礦渣的技術(shù)指標(biāo)

1.2 鐵尾礦砂

鐵尾礦砂是選礦廠在鐵礦分選作業(yè)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物之一，常采用尾礦庫的形式進行堆存處理.尾礦庫通常需筑壩攔截山谷口或在平地起壩，勢能較高，在外界環(huán)境因素作用下，容易潰壩形成泥石流[4].將鐵尾礦砂應(yīng)用于道路工程，不僅可以消耗大量的尾礦，而且可以大量減少對河砂等自然資源的消耗，在降低公路工程造價的同時，具有良好的社會和環(huán)境效益.采用鐵尾礦砂替代天然砂，用于道路混凝土的配制，隨著鐵尾礦砂摻量的增加，混凝土坍落度降低，粘聚性和保水性變差.抗壓強度、抗壓彈性模量、抗彎拉強度和劈裂抗拉強度逐漸降低，但降幅不大.鐵尾礦砂粒度較細，粉塵含量較高，增加了混凝土的干縮應(yīng)變，但提高了混凝土的抗?jié)B性能[5].

1.3 水泥

由于混凝土路面磚受力時是通過骨料之間的膠結(jié)點傳遞力的作用,因此一般選用高強度等級水泥.本次課題選用的水泥是張家口金隅水泥有限公司生產(chǎn)的42.5強度等級硅酸鹽水泥.該水泥的基本物理力學(xué)性能指標(biāo)見表2.

表2 水泥的基本物理力學(xué)性能

水泥的各項指標(biāo)符合《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007的質(zhì)量要求，能夠滿足試驗的要求.

1.4 水

張家口市自來水.

2 試驗方案設(shè)計

2.1 試驗?zāi)康?/p>

為探究制作混凝土路面磚時所加壓力荷載對混凝土路面磚抗壓強度和吸水率的影響，本試驗采用礦渣為混凝土路面磚基層材料，以壓力荷載作為變量，采用單一變量的原則，在水膠比一定的情況下，施加不同的壓力荷載，測定混凝土路面磚的抗壓強度和吸水率.對試驗結(jié)果分析，確定制作混凝土路面磚時所加壓力荷載對混凝土路面磚抗壓強度和吸水率的影響.

2.2 試驗器材

所需試驗器材主要有：101系列電熱鼓風(fēng)干燥箱，型號規(guī)格：X101—4；標(biāo)準方孔篩；彈簧秤；合壓振動臺；微機控制壓力試驗機；北京濟威實驗儀器有限公司制造的混凝土加速養(yǎng)護箱.

2.3 試驗內(nèi)容及方案

本次試驗分為五組，每組六塊試塊，每組用料相同、水膠比相同(均為45%)、震動臺震動時間相同(基層震動30 s，面層震動15 s)，每組加載的荷載不同，分別為700 kN、800 kN、900 kN、1000 kN、1100 kN，表3為所做試驗具體方案.

表3 試驗方案

(1)篩選礦渣，攪拌出基層與面層拌合物.將擦拭并組裝好的試模放到震動臺上，然后將拌好的基層配料裝入試模內(nèi)，裝料至距離模具頂部10 mm-15 mm左右即可停止裝料.并用鋼尺測量料頂至模具頂部的距離記為a1，并記錄數(shù)據(jù).震動基層30 s，待模具平穩(wěn)后拿開頂部模具蓋.用鋼尺測量震動后基層料頂至模具頂部的距離記為a2，并記錄數(shù)據(jù).將面層配料裝入模具內(nèi)裝料至距離模具頂部10 mm-15 mm左右即可停止裝料.并用鋼尺測量料頂至模具的距離記為b1并記錄數(shù)據(jù).震動面層15 s，待模具平穩(wěn)后拿開頂部模具蓋.用鋼尺測量震動后基層料頂至模具頂部的距離記為b2并記錄數(shù)據(jù).

(2)使用計算機控制壓力試驗機，設(shè)定加荷速度為10 KN/s，依次輸入相應(yīng)的編號，鼠標(biāo)單擊實驗開始然后點擊快速下降按鈕使得下活塞快速下降至壓力試驗機25刻度上下點擊停止，接下來按下壓力試驗機上的上升按鈕使得壓力試驗機的上壓板適當(dāng)上升至壓力試驗機的下活塞與上壓板之間存在一定的空間以便放置模具.先將板車上的模具抬到壓力試驗機前的桌子上，然后放入壓力試驗機的下活塞，兩人前后配合將模具調(diào)整到下活塞的中間位置即可，以便均勻試塊均勻受力.模具放好后鼠標(biāo)單擊實驗開始加載然后點擊快速上升使壓力試驗機下活塞上升至45刻度左右點擊停止，按下壓力試驗機上的下降按鈕使試驗機上壓板下降至與模具頂板接觸，開始加荷至800N點擊停止，至此試塊壓制結(jié)束.

(3)取出模具，拆除模具取出試塊，用鋼尺測量壓制完試塊后試塊的高度，數(shù)據(jù)如表4所示.

表4 拆模后每組第一塊高度的數(shù)據(jù)記錄表

注： a1—震動前基層料頂距模具頂部的距離 a2—震動后基層料頂距模具頂部的距離

b1—震動前面層料頂距模具頂部的距離 b2—震動后面層料頂距模具頂部的距離

(4)試塊壓制完成后在混凝土加速養(yǎng)護箱里養(yǎng)護一天，本實驗設(shè)定加速養(yǎng)護箱溫度值為65 ℃，試塊經(jīng)過一天的蒸汽加速養(yǎng)護后需要進行自然養(yǎng)護.

2.4 試塊測定

2.4.1 試塊吸水率的測定

試驗步驟:將自然養(yǎng)護好的試塊放在溫度為105±5 ℃的烘箱內(nèi)烘干，每間隔1 h取出試塊稱量一次，直到前后兩次稱量的差值小于后一次稱量質(zhì)量的0.1%時，可視為試塊干燥，記錄干燥質(zhì)量(m0).將干燥的試塊冷卻至室溫后，放在標(biāo)準養(yǎng)護室的水槽中，放入時要直立放置.水槽中注入常溫潔凈的水浸泡試塊，水面高度高出試塊10 mm左右即可.試塊浸泡1天后取出，然后用擰干的濕毛巾擦拭試塊表面，待擦干試塊表面附著的水分后稱量試塊的質(zhì)量，記錄吸水質(zhì)量(m1).吸水率公式：

(式2-1)

式中：ω為試塊吸水率；m1為試塊的吸水質(zhì)量，(g)；m0為試塊的干燥質(zhì)量，(g)；試驗結(jié)果以每組試塊的算術(shù)平均值來表示，計算結(jié)果精確至0.1%.

2.4.2 試塊抗壓強度的測定

使用壓力試驗機時測定，每組試件為3個，取3個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強度值，平均值計算精確至0.1 MPa.

抗壓強度應(yīng)按下式計算：

(式2-2)

式中：fcu為混凝土路面磚抗壓強度，MPa；F為試塊的破環(huán)荷載，KN；A為試塊的承載面積，mm2.

3 試驗結(jié)果分析

試驗獲得大量的數(shù)據(jù)，為結(jié)果分析提供了理論支撐.對試驗數(shù)據(jù)進行整理，取混凝土路面磚的吸水率、三天抗壓強度、七天的抗壓強度的平均值，數(shù)據(jù)整理結(jié)果如表5所示.

繪制各指標(biāo)變化曲線，即吸水率、3天抗壓強度、7天的抗壓強度隨壓力荷載的變化線，見圖1、圖2和圖3.

表5 試驗數(shù)據(jù)

圖1 吸水率變化曲線

圖2 養(yǎng)護3天抗壓強度變化曲線

圖3 養(yǎng)護7天抗壓強度變化曲線

由圖1可以看出，隨著壓力荷載的增加，吸水率先降低在增加，曲線呈拋物線，當(dāng)荷載為950 KN時，曲線達到最低點，吸水率最低.由圖2和圖3可以看出，隨著壓力荷載的增加，混凝土路面磚3天抗壓強度和7天抗壓強度隨之增大，壓力荷載與抗壓強度呈正相關(guān)關(guān)系，這是由于試塊在一定的荷載范圍內(nèi)，壓力越大試塊被壓的越密實試塊內(nèi)部的集料越緊湊，從而使成型試塊抗壓強度越大.同時也可看出，當(dāng)壓力荷載小于900 KN時，曲線變化較為平緩；當(dāng)壓力荷載大于900 KN時，曲線斜率變大，混凝土路面磚抗壓強度增長較快.另外整體來看，養(yǎng)護7天的抗壓強度大于養(yǎng)護3天的抗壓強度，即當(dāng)壓力荷載相同時，養(yǎng)護天數(shù)的增加，抗壓強度隨之增大，這說明養(yǎng)護天數(shù)也是影響抗壓強度的因素.

4 結(jié) 語

本文為探究制作混凝土路面磚時的壓力荷載值對混凝土路面磚抗壓強度和吸水率的影響，采用礦渣為混凝土路面磚基層材料，通過改變壓力荷載值，制作不同的混凝土路面磚，測定其透水率和抗壓強度.通過以上的試驗，可得出如下結(jié)論：隨著壓力荷載的增加，吸水率先降低在增加，當(dāng)荷載為950 KN時，吸水率最低；隨著壓力荷載的增加，混凝土路面磚3天抗壓強度和7天抗壓強度隨之增大，壓力荷載與抗壓強度呈正相關(guān)關(guān)系；另外發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護7天的抗壓強度的大于養(yǎng)護3天的抗壓強度，說明養(yǎng)護天數(shù)對抗壓強度有所影響.通過對試驗結(jié)果進一步的分析，得出所呈規(guī)律的原因，為混凝土路面磚的制作提供了實際指導(dǎo).

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Analysis of the Influence of Pressure Load on the Performance of Concrete Road Brick

FANYi-kun,ZHAOFei,ZHAOJia-xing,SUNShu-fu,CUIJun-yi

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou,Hebei，075000,China)

In order to investigate the influence of pressure load on the performance of concrete pavement brick,taking the slag as the basic material of concrete pavement brick,by testing the water cement ratio and changing the pressure load,different concrete pavement bricks are made in this paper,determining the water absorption rate and 3-day compressive strength and 7-day compressive strength.The experiment results showed that when the pressure load is 950 KN,the water absorption is the lowest;With the increase of pressure,3-day compressive strength and 7-day compressive strength of water permeable brick increase,and the relationship between pressure and compressive strength are positively related;The compressive strength of 7-day conservation was greater than that of 3-day conservation,which showd that the conservation days have the effect on compressive strength.Through the further analysis of the test results,the reason of the law was obtained,which provides practical guidance for making concrete road brick.

concrete road brick;pressure load;water absorption;compressive strength

2016-12-03

范一坤(1990-)，女，在讀碩士研究生.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.002

TU 5

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