姚增遠(yuǎn)（攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司，四川 攀枝花 617000）

0 前言

攀鋼本部每年要處理300多萬t高鈦型高爐渣，其中大部分通過熱潑冷卻后加工成礦渣碎石和渣砂作為建材使用。但在實(shí)際操作過程中受攀鋼生產(chǎn)節(jié)奏及雨季的影響造成高鈦型高爐礦渣冷卻速度不能夠完全受控，從而使得生產(chǎn)出的礦渣碎石壓碎值指標(biāo)波動范圍較大，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，存在部分礦渣碎石的壓碎值達(dá)不到內(nèi)部質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，使得在后續(xù)混凝土的應(yīng)用中存在一定的質(zhì)量不確定性。

為此成立了專門的課題組，研究在同等條件下，不同壓碎值的高鈦型礦渣碎石對各種強(qiáng)度等級混凝土力學(xué)性的影響。從而得出高鈦型礦渣碎石壓碎值的變化對混凝土力學(xué)性（抗壓強(qiáng)度）的影響規(guī)律，以確定出高鈦型礦渣碎石壓碎值的最大允許上限及使用范圍，為今后的生產(chǎn)加工使用提出指導(dǎo)性意見。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

1.1.1 礦渣碎石

本次試驗(yàn)所選用的礦渣碎石是在礦渣加工生產(chǎn)過程中，有針對性的對不同等級壓碎值的礦渣碎石進(jìn)行收集而得，并按照碎石的粒度級配要求進(jìn)行配料，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和對比性。主要收集了6種不同壓碎值的礦渣碎石以備試驗(yàn)所用，其具體主要指標(biāo)見表1。

表1 試驗(yàn)用礦渣碎石主要指標(biāo)

礦渣碎石壓碎值大小主要取決于高爐渣翻渣后的自然冷卻時間及熱潑時的冷卻速度，若翻渣后自然冷卻時間越長，熱潑時高爐渣冷卻速度越慢，則生產(chǎn)的礦渣碎石壓碎值越高。另外，礦渣碎石壓碎值還與其破碎加工后的顆粒形狀有關(guān)，若片狀、針狀碎石較多，其壓碎值也會降低[1-2]。

1.1.2 渣砂

本次試驗(yàn)所選用的渣砂為高鈦重礦渣中砂，其具體技術(shù)指標(biāo)見表2

表2 試驗(yàn)用高鈦重礦渣中砂

1.1.3 水泥

試驗(yàn)用水泥為攀枝花鋼城集團(tuán)瑞豐水泥公司生產(chǎn)的P·O 42.5和P·O 52.5普通硅酸鹽水泥，其中52.5水泥用于C70混凝土試驗(yàn)中。其相關(guān)理化指標(biāo)檢測見表3。

表3 試驗(yàn)用水泥相關(guān)檢測結(jié)果

1.1.4 粉煤灰

試驗(yàn)用粉煤灰采用攀枝花寶利源公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。其主要化學(xué)成分和物理性能指標(biāo)檢測見表4。

表4 粉煤灰相關(guān)指標(biāo)

粉煤灰作為混凝土摻合料主要是為了降低水泥用量，并滿足混凝土的膠凝材料需要，調(diào)整混凝土的施工性能。

1.2 確定試驗(yàn)配合比[3]

本項(xiàng)目按照J(rèn)GJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的配合比設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)全礦渣混凝土生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，最終設(shè)計(jì)出不同強(qiáng)度等級的試驗(yàn)混凝土配合比。具體試驗(yàn)配合比,見表5。

表5 本試驗(yàn)不同強(qiáng)度等級混凝土配合比 kg/m3

試驗(yàn)過程中，碎石采用試驗(yàn)選取的不同壓碎值礦渣碎石進(jìn)行對比，其他原料保持不變。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 礦渣碎石壓碎值檢測方法[4]

礦渣碎石的壓碎值是其強(qiáng)度衡量的一種間接方法，其試驗(yàn)方法參照《建設(shè)用卵石、碎石》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

首先將需檢測的礦渣碎石風(fēng)干后，采用方孔篩篩分出9.5 mm～19 mm的顆粒3kg以備檢測試驗(yàn)；然后將試樣放入圓模內(nèi)置于壓力機(jī)上，按照1kN/s速度均勻加載至200kN，并穩(wěn)壓5s后卸載；再用2.36mm方孔篩篩分掉被壓碎的細(xì)粒，并稱取篩上試樣質(zhì)量，精確至1g；最后按照公式（1）計(jì)算壓碎值。

式中：Qe—壓碎值指標(biāo)，%；G1—試樣質(zhì)量，g；G2—壓碎試驗(yàn)后篩余的試樣質(zhì)量，g。

1.3.2 混凝土試塊制備及養(yǎng)護(hù)方法[5]

本試驗(yàn)混凝土試塊制備及養(yǎng)護(hù)方法參照《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行。

首先按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的配合比配制不小于40 L的混凝土，試驗(yàn)所用碎石、渣砂、水泥等各材料均以質(zhì)量計(jì)量，精確度控制在±0.5%內(nèi)；然后按照碎石、水泥、粉煤灰、渣砂、水和外加劑的順序依次加入攪拌機(jī)中攪拌60s；再將攪拌好的試驗(yàn)混凝土放入已涂好脫模劑的150mm×150mm×150mm模具中并在振動臺上振動成型，再修整試樣表面平整；然后將試樣和模具放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)24h以上方可脫模；脫模后應(yīng)繼續(xù)將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)要求齡期。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室溫度要求為20±2℃，相對濕度為95%以上。

1.3.3 抗壓強(qiáng)度測定

本試驗(yàn)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測方法，嚴(yán)格按照《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測。

首先將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)到期的試件取出，然后在自然條件下使試件表面水晾干后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測；試驗(yàn)機(jī)為數(shù)顯可控壓力機(jī)，試驗(yàn)過程中要求應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級≥C30且＜C60時，按照0.5～0.8MPa/s加載，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級≥C60時，按照0.8～1.0MPa/s加載；當(dāng)試件破壞壓力顯示下降時，應(yīng)立即記錄破壞荷載，并按照公式（2）計(jì)算檢測試件的抗壓強(qiáng)度。

式中：fcc—混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度，MPa；F—試件破壞荷載，N；A—試件承壓面積，mm2；

試驗(yàn)混凝土最終強(qiáng)度值的確定按照下列規(guī)格執(zhí)行：

（1）三個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值（精確至0.1 MPa）；

（2）三個測值中的最大值或最小值中如有一個與中間值的差值超過中間值的l5%時，則直接取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值；

（3）如最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無效。

2 結(jié)果與分析

2.1 C30強(qiáng)度等級混凝土試驗(yàn)

由圖1的數(shù)據(jù)分析，C30強(qiáng)度等級的混凝土試塊7d抗壓強(qiáng)度隨著礦渣碎石壓碎值的增加，呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，但下降幅度不明顯，這主要是因?yàn)榛炷猎缙趶?qiáng)度主要由界面強(qiáng)度所決定，骨料強(qiáng)度對其影響較??；28d和60d的抗壓強(qiáng)度在礦渣碎石壓碎值為20%時達(dá)到最大，隨后逐漸降低，且28d抗壓強(qiáng)度值均大幅超過標(biāo)準(zhǔn)要求的30MPa以上，這主要與試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)時相關(guān)參數(shù)的選取有關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中可根據(jù)攪拌站具體情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

圖1 C30混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度對比圖

由該結(jié)果表明，在同等條件下，混凝土中礦渣碎石的強(qiáng)度（壓碎值）對混凝土的耐壓強(qiáng)度有一定影響，當(dāng)碎石的壓碎值大于20%以上時，會對C30混凝土強(qiáng)度造成一定的影響，但仍滿足C30混凝土強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)要求，故在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時需適當(dāng)考慮礦渣碎石的壓碎值超標(biāo)對其強(qiáng)度影響的作用。

2.2 C50強(qiáng)度等級混凝土試驗(yàn)

由圖2的數(shù)據(jù)分析，對于C50較高等級混凝土試塊7 d、28 d和60 d齡期抗壓強(qiáng)度均隨著礦渣碎石壓碎值的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢，其中28 d抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)尤為明顯；28 d抗壓強(qiáng)度在礦渣碎石壓碎值為22%時降值達(dá)到最大；60 d后期強(qiáng)度比28 d強(qiáng)度平均增加6 MPa，這主要是由于礦渣碎石不同于天然碎石，其內(nèi)部存有一定數(shù)量的半開氣孔可以儲存部分水分及漿液，而28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)期后該部分水分仍然能夠繼續(xù)參與水化反應(yīng)，從而可進(jìn)一步增加混凝土試塊的強(qiáng)度。

圖2 C50混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度對比圖

C50強(qiáng)度等級混凝土抗壓強(qiáng)度隨著礦渣碎石壓碎值的增大而有所降低，當(dāng)?shù)V渣碎石的壓碎值在22%時降低幅度最大，但仍能滿足強(qiáng)度等級要求。考慮到混凝土的安全性及質(zhì)量保證，建議在C50較高等級混凝土中使用礦渣碎石時，當(dāng)?shù)V渣碎石壓碎值大于22%時需慎用，必須使用時需采取相關(guān)措施以保證混凝土質(zhì)量。

2.3 C70強(qiáng)度等級混凝土試驗(yàn)

由圖3的數(shù)據(jù)分析，通過橫向?qū)Ρ菴70高強(qiáng)度等級混凝土試塊的7 d抗壓強(qiáng)度，在隨著礦渣碎石壓碎值增加時，其強(qiáng)度逐漸降低，但不明顯，這主要是因?yàn)榛炷恋某跗趶?qiáng)度主要由水泥水化產(chǎn)生的強(qiáng)度所決定，而礦渣碎石強(qiáng)度對其影響相對較小。28 d和60 d齡期的抗壓強(qiáng)度在礦渣碎石壓碎值超過20%時開始明顯下降，并達(dá)不到C70強(qiáng)度等級要求的抗壓強(qiáng)度，在礦渣碎石壓碎值達(dá)到24%時達(dá)到最低值。這主要是由于對于高強(qiáng)度混凝土，其28 d以上的齡期抗壓強(qiáng)度不僅僅是由混凝土中的界面強(qiáng)度所決定，同時也受混凝土中骨料的密實(shí)度及骨料的強(qiáng)度所影響。通過對28 d齡期試塊斷面的觀察分析，發(fā)現(xiàn)試塊其斷面處有部分礦渣碎石直接被壓斷，分為兩半（見圖4），而對于壓碎值相對較大的礦渣碎石，其碎石內(nèi)部空隙較多，故其抗壓強(qiáng)度也就越低[6]。

圖3 C70混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度對比圖

圖4 28 d齡期試塊抗壓強(qiáng)度檢測后斷面圖

考慮到C70強(qiáng)度等級混凝土一般主要用于重要部位的結(jié)構(gòu)部件，28 d的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度受礦渣碎石的強(qiáng)度影響較大，且在礦渣碎石壓碎值超過20%以上時其28 d標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度已達(dá)不到國標(biāo)要求值，故建議在C70強(qiáng)度等級的混凝土中嚴(yán)禁使用壓碎值大于20%的礦渣碎石。

3 結(jié)論與建議

（1）試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在同等條件下對于C30、C50和C70不同強(qiáng)度等級的混凝土，隨著礦渣碎石強(qiáng)度的降低（壓碎值增加）其抗壓強(qiáng)度逐漸下降，當(dāng)壓碎值超過20%時，其抗壓強(qiáng)度降低幅度增大。

（2）對于C30和C50強(qiáng)度等級的混凝土，當(dāng)?shù)V渣碎石壓碎值達(dá)到24%時，其抗壓強(qiáng)度仍可滿足該強(qiáng)度等級要求，可以作為混凝土骨料使用，但在配合比設(shè)計(jì)時需要考慮礦渣碎石壓碎值對抗壓強(qiáng)度的影響。

（3）對于C70高強(qiáng)度等級的混凝土，當(dāng)?shù)V渣碎石壓碎值大于20%時，其28d抗壓強(qiáng)度已不滿足該強(qiáng)度等級要求?？紤]到高強(qiáng)度等級混凝土一般用于重要的結(jié)構(gòu)部件，故建議在高強(qiáng)度等級的混凝土中嚴(yán)禁使用壓碎值大于20%的礦渣碎石。