压力荷载对混凝土路面砖性能的影响分析

范一坤 赵 飞 赵佳兴 孙树夫 崔俊毅

(河北建筑工程学院,河北 张家口 075000)

压力荷载对混凝土路面砖性能的影响分析

范一坤 赵 飞 赵佳兴 孙树夫 崔俊毅

(河北建筑工程学院,河北 张家口 075000)

为了探究制作混凝土路面砖时压力荷载对混凝土路面砖性能的影响，本文采用矿渣为混凝土路面砖基层材料，通过试验测定水胶比的情况下，通过改变压力荷载值，制作不同的混凝土路面砖，测定其吸水率以及3天抗压强度和7天抗压强度.试验发现当压力荷载为950 KN时，吸水率最低；随着压力荷载的增加，混凝土路面砖3天抗压强度和7天抗压强度随之增大，压力荷载与抗压强度呈正相关关系；养护7天的抗压强度的大于养护3天的抗压强度，说明养护天数对抗压强度有所影响.通过对试验结果进一步的分析，得出所呈规律的原因，为混凝土路面砖的制作提供了实际指导.

混凝土路面砖；压力荷载；吸水率；抗压强度

0 引 言

高炉矿渣是高炉炼铁时产生的一种废渣.在高炉炼铁时，需要在高炉中加入的原料有铁矿石、燃料(焦炭)和助熔剂.当炉温达到1400-1600 ℃时，助溶剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣.高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物[1].粒化高炉矿渣是熔融状态流出后，经水淬急冷处理而成.从化学成分上看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料[2].

随着高层建筑业的发展，高性能混凝土取代普通混凝土是大势所趋，掺有矿渣超细粉的混凝土具有水化热低、耐腐蚀、与钢筋粘结力强、后期强度高、防微缩等特点.高炉矿渣是我国钢铁业大量排放的一种冶金废渣，这些废渣如果不加以资源化处理，不但是可利用资源的极大浪费，日积月累势必造成占地侵田、污染环境等一系列严重问题.因此，高炉渣资源化既可以变废为宝，又可以减少环境的污染、土地的占用等，从而达到经济效益与社会效益双赢的局面[3].

本试验采用矿渣为混凝土路面砖基层材料，以压力荷载作为变量，采用单一变量的原则，在水胶比一定的情况下，施加不同的压力荷载，测定混凝土路面砖的抗压强度和透水率.对试验结果分析，确定制作混凝土路面砖时所加压力荷载对混凝土路面砖抗压强度和吸水率的影响关系.

1 试验原材料

混凝土路面砖的结构组成分为基层和面层，基层由矿渣、水泥、水配制而成；面层由铁尾矿砂、水泥、水配置而成，本试验所用材料如下.

1.1 矿渣

本试验所用矿渣来自河北省张家口市，矿渣的技术指标如表1.

表1 矿渣的技术指标

1.2 铁尾矿砂

铁尾矿砂是选矿厂在铁矿分选作业过程中产生的固体废弃物之一，常采用尾矿库的形式进行堆存处理.尾矿库通常需筑坝拦截山谷口或在平地起坝，势能较高，在外界环境因素作用下，容易溃坝形成泥石流[4].将铁尾矿砂应用于道路工程，不仅可以消耗大量的尾矿，而且可以大量减少对河砂等自然资源的消耗，在降低公路工程造价的同时，具有良好的社会和环境效益.采用铁尾矿砂替代天然砂，用于道路混凝土的配制，随着铁尾矿砂掺量的增加，混凝土坍落度降低，粘聚性和保水性变差.抗压强度、抗压弹性模量、抗弯拉强度和劈裂抗拉强度逐渐降低，但降幅不大.铁尾矿砂粒度较细，粉尘含量较高，增加了混凝土的干缩应变，但提高了混凝土的抗渗性能[5].

1.3 水泥

由于混凝土路面砖受力时是通过骨料之间的胶结点传递力的作用,因此一般选用高强度等级水泥.本次课题选用的水泥是张家口金隅水泥有限公司生产的42.5强度等级硅酸盐水泥.该水泥的基本物理力学性能指标见表2.

表2 水泥的基本物理力学性能

水泥的各项指标符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的质量要求，能够满足试验的要求.

1.4 水

张家口市自来水.

2 试验方案设计

2.1 试验目的

为探究制作混凝土路面砖时所加压力荷载对混凝土路面砖抗压强度和吸水率的影响，本试验采用矿渣为混凝土路面砖基层材料，以压力荷载作为变量，采用单一变量的原则，在水胶比一定的情况下，施加不同的压力荷载，测定混凝土路面砖的抗压强度和吸水率.对试验结果分析，确定制作混凝土路面砖时所加压力荷载对混凝土路面砖抗压强度和吸水率的影响.

2.2 试验器材

所需试验器材主要有：101系列电热鼓风干燥箱，型号规格：X101—4；标准方孔筛；弹簧秤；合压振动台；微机控制压力试验机；北京济威实验仪器有限公司制造的混凝土加速养护箱.

2.3 试验内容及方案

本次试验分为五组，每组六块试块，每组用料相同、水胶比相同(均为45%)、震动台震动时间相同(基层震动30 s，面层震动15 s)，每组加载的荷载不同，分别为700 kN、800 kN、900 kN、1000 kN、1100 kN，表3为所做试验具体方案.

表3 试验方案

(1)筛选矿渣，搅拌出基层与面层拌合物.将擦拭并组装好的试模放到震动台上，然后将拌好的基层配料装入试模内，装料至距离模具顶部10 mm-15 mm左右即可停止装料.并用钢尺测量料顶至模具顶部的距离记为a1，并记录数据.震动基层30 s，待模具平稳后拿开顶部模具盖.用钢尺测量震动后基层料顶至模具顶部的距离记为a2，并记录数据.将面层配料装入模具内装料至距离模具顶部10 mm-15 mm左右即可停止装料.并用钢尺测量料顶至模具的距离记为b1并记录数据.震动面层15 s，待模具平稳后拿开顶部模具盖.用钢尺测量震动后基层料顶至模具顶部的距离记为b2并记录数据.

(2)使用计算机控制压力试验机，设定加荷速度为10 KN/s，依次输入相应的编号，鼠标单击实验开始然后点击快速下降按钮使得下活塞快速下降至压力试验机25刻度上下点击停止，接下来按下压力试验机上的上升按钮使得压力试验机的上压板适当上升至压力试验机的下活塞与上压板之间存在一定的空间以便放置模具.先将板车上的模具抬到压力试验机前的桌子上，然后放入压力试验机的下活塞，两人前后配合将模具调整到下活塞的中间位置即可，以便均匀试块均匀受力.模具放好后鼠标单击实验开始加载然后点击快速上升使压力试验机下活塞上升至45刻度左右点击停止，按下压力试验机上的下降按钮使试验机上压板下降至与模具顶板接触，开始加荷至800N点击停止，至此试块压制结束.

(3)取出模具，拆除模具取出试块，用钢尺测量压制完试块后试块的高度，数据如表4所示.

表4 拆模后每组第一块高度的数据记录表

注： a1—震动前基层料顶距模具顶部的距离 a2—震动后基层料顶距模具顶部的距离

b1—震动前面层料顶距模具顶部的距离 b2—震动后面层料顶距模具顶部的距离

(4)试块压制完成后在混凝土加速养护箱里养护一天，本实验设定加速养护箱温度值为65 ℃，试块经过一天的蒸汽加速养护后需要进行自然养护.

2.4 试块测定

2.4.1 试块吸水率的测定

试验步骤:将自然养护好的试块放在温度为105±5 ℃的烘箱内烘干，每间隔1 h取出试块称量一次，直到前后两次称量的差值小于后一次称量质量的0.1%时，可视为试块干燥，记录干燥质量(m0).将干燥的试块冷却至室温后，放在标准养护室的水槽中，放入时要直立放置.水槽中注入常温洁净的水浸泡试块，水面高度高出试块10 mm左右即可.试块浸泡1天后取出，然后用拧干的湿毛巾擦拭试块表面，待擦干试块表面附着的水分后称量试块的质量，记录吸水质量(m1).吸水率公式：

(式2-1)

式中：ω为试块吸水率；m1为试块的吸水质量，(g)；m0为试块的干燥质量，(g)；试验结果以每组试块的算术平均值来表示，计算结果精确至0.1%.

2.4.2 试块抗压强度的测定

使用压力试验机时测定，每组试件为3个，取3个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，平均值计算精确至0.1 MPa.

抗压强度应按下式计算：

(式2-2)

式中：fcu为混凝土路面砖抗压强度，MPa；F为试块的破环荷载，KN；A为试块的承载面积，mm2.

3 试验结果分析

试验获得大量的数据，为结果分析提供了理论支撑.对试验数据进行整理，取混凝土路面砖的吸水率、三天抗压强度、七天的抗压强度的平均值，数据整理结果如表5所示.

绘制各指标变化曲线，即吸水率、3天抗压强度、7天的抗压强度随压力荷载的变化线，见图1、图2和图3.

表5 试验数据

图1 吸水率变化曲线

图2 养护3天抗压强度变化曲线

图3 养护7天抗压强度变化曲线

由图1可以看出，随着压力荷载的增加，吸水率先降低在增加，曲线呈抛物线，当荷载为950 KN时，曲线达到最低点，吸水率最低.由图2和图3可以看出，随着压力荷载的增加，混凝土路面砖3天抗压强度和7天抗压强度随之增大，压力荷载与抗压强度呈正相关关系，这是由于试块在一定的荷载范围内，压力越大试块被压的越密实试块内部的集料越紧凑，从而使成型试块抗压强度越大.同时也可看出，当压力荷载小于900 KN时，曲线变化较为平缓；当压力荷载大于900 KN时，曲线斜率变大，混凝土路面砖抗压强度增长较快.另外整体来看，养护7天的抗压强度大于养护3天的抗压强度，即当压力荷载相同时，养护天数的增加，抗压强度随之增大，这说明养护天数也是影响抗压强度的因素.

4 结 语

本文为探究制作混凝土路面砖时的压力荷载值对混凝土路面砖抗压强度和吸水率的影响，采用矿渣为混凝土路面砖基层材料，通过改变压力荷载值，制作不同的混凝土路面砖，测定其透水率和抗压强度.通过以上的试验，可得出如下结论：随着压力荷载的增加，吸水率先降低在增加，当荷载为950 KN时，吸水率最低；随着压力荷载的增加，混凝土路面砖3天抗压强度和7天抗压强度随之增大，压力荷载与抗压强度呈正相关关系；另外发现，养护7天的抗压强度的大于养护3天的抗压强度，说明养护天数对抗压强度有所影响.通过对试验结果进一步的分析，得出所呈规律的原因，为混凝土路面砖的制作提供了实际指导.

[1]肖茁良，陈露辉，叶恒达，李一鸣.高炉矿渣的综合利用与前景展望[J].建筑工程技术与设计，2015(12)：745

[2]诸铮.高炉矿渣的处理和利用[J].科技情报开发与经济.2005，(1)：13

[3]信颖，吕晓姝．粒化高炉矿渣综合利用的研究和应用进展[J].辽宁科技学院学报，2006(8)

[4]李德忠，倪文，刘杰，刘风华，仇夏杰.铁尾矿制备高强高性能透水砖[J].新型建筑材料，2016(11)

[5]吕庭刚.尾矿库安全现状综合评价[D].昆明：昆明理工大学，2005

[6]唐欧靖，陈宁.钢渣混凝土路面砖帕研制及性能研究[J].新型建筑材料.2015，(1)

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，在读硕士研究生.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.002

TU 5

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