廢鐵質(zhì)混凝土的抗壓性能試驗(yàn)研究

王 洋 楊敬林 諶思瑤 周福星 周志華 汪 勇(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長沙 410128)

1 引言

混凝土是一種性能很復(fù)雜的組合材料，主要由水泥、沙子、石子和水按照一定的比例拌和而成，凝固后堅(jiān)如磐石，受壓性能好。特別是混凝土結(jié)構(gòu)在雙向壓力和三向壓應(yīng)力作用下，混凝土的強(qiáng)度和變形均有極大提高，實(shí)際工程中常利用混凝土的這種特性來提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和變形能力。

當(dāng)前，混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展極為迅速，從新材料、新技術(shù)的研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)物的建造，均取得了驚人的巨大成就。為此，研究混凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能一直成為各國工程技術(shù)人員的重要課題，高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐久、抗震、抗爆、抗沖磨始終成為研究和發(fā)展的方向[1]。但是，對(duì)于在混凝土中加入廢鐵釘類物質(zhì)在國內(nèi)外的研究中很少見，加入廢鐵釘類混凝土的構(gòu)件更是少之甚少，基于日常生活中有大量的廢棄鐵質(zhì)，主要包括鐵釘、圖釘、訂書機(jī)訂、U形釘、回形釘?shù)?，這些物質(zhì)目前主要是通過廢品回收送至鋼鐵廠繼續(xù)加工成各種鋼制品，時(shí)間長，環(huán)節(jié)多，經(jīng)濟(jì)成本大，流轉(zhuǎn)周期長，社會(huì)效益不明顯，如果將這些廢鐵物收集起來直接利用將大大減少環(huán)境污染和土壤硬化，本研究就是將這些廢鐵物按照一定的比例加入混凝土結(jié)構(gòu)中，研究混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，這對(duì)混凝土的試驗(yàn)研究有重大意義[2-3]。

2 廢棄鐵質(zhì)類混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比是指單位體積混凝土中各組成材料用量的比例關(guān)系。混凝土配合比一般應(yīng)滿足施工中的和易性要求、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所必需的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和環(huán)境條件耐久性的要求等。在混凝土結(jié)構(gòu)中加入一定含量的廢鐵物質(zhì)，是一種比較新式的混凝土結(jié)構(gòu)，目前研究較為少見。本試驗(yàn)廢鐵質(zhì)混凝土設(shè)計(jì)主要材料之一廢鐵質(zhì)取自合平村拆遷安置小區(qū)拆遷過程中大量的屋架或木門的生銹鐵釘、圖釘、訂書針等，其主要化學(xué)成份包括鐵Fe、氧化鐵Fe2O3、碳C和其他一些微量元素，其中鐵元素占到95%以上，粗骨料卵石的粒徑選用12-20mm粒徑，試驗(yàn)中采用坪塘牌P.C32.5MPa復(fù)合硅酸鹽水泥，天然細(xì)骨料為細(xì)沙，水直接取用自來水。

本文中的廢鐵質(zhì)混凝土配合比以普通混凝土配合比設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為依據(jù)，配合比設(shè)計(jì)為C：W：S：G=1：0.44：1.27：3.45，根據(jù)廢鐵質(zhì)混凝土中廢舊鐵質(zhì)含量的不同比例(分別為0，0.4%，0.8%，1.6%)，不同組別分別配制一組基本的C25混凝土，設(shè)計(jì)要求新拌混凝土的坍落度達(dá)到60mm，并且盡量保證水泥用量，滿足普通混凝土的耐久性要求[4]。

表1 廢鐵質(zhì)混凝土理論配合比

為了便于比較混凝土的各項(xiàng)性能，選擇相同的水灰比為0.44。各組混凝土拌和物均采用人工攪拌，具體做法根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB/T 50080-2002)[5，6]進(jìn)行，每組混凝土共澆筑150mm×150mm×150 mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件3塊，共4組，所有試件均為一批澆注完成試件，在澆筑24h后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)定嚴(yán)格遵循《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)進(jìn)行[7]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在上述試驗(yàn)用廢鐵質(zhì)混凝土養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到28d的養(yǎng)護(hù)齡期后依照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法在建筑結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)WAW-2000上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)[8]，測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度大小，如表1、表2所示。

表2 不同摻量廢鐵質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

表3 數(shù)據(jù)處理方差分析表

圖1 不同廢鐵質(zhì)摻量混凝土抗壓強(qiáng)度

圖2 不同廢鐵質(zhì)摻量混凝土最大試驗(yàn)荷載

在上述各組立方體標(biāo)準(zhǔn)試件破壞過程和圖1、圖2表明：再生混凝土在試驗(yàn)過程中破壞形態(tài)基本上和普通混凝土立方體試件相似，破壞面基本上也是沿著粗骨料和水泥凝膠體之間的交界面上，屬于粘結(jié)強(qiáng)度破壞；隨廢舊鐵釘摻量的不同，廢鐵質(zhì)混凝土的強(qiáng)度發(fā)生明顯變化，且較明顯地高于初始配合比設(shè)計(jì)時(shí)的C25混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；隨廢舊鐵釘摻量的增大，新拌廢鐵質(zhì)類混凝土的強(qiáng)度也隨之增大，并有較大幅度的提高；在廢舊鐵釘摻量在一定范圍內(nèi)時(shí)，廢鐵質(zhì)類混凝土的強(qiáng)度雖有較大提高，但是兩者提高的程度相差甚微，僅有當(dāng)廢舊鐵釘摻量超過一定范圍時(shí)，其抗壓強(qiáng)度才有較大幅度的提高。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于混合型建筑結(jié)構(gòu)中大量的混凝土構(gòu)件，特別是承重構(gòu)件的梁、板、柱有著顯著的應(yīng)用價(jià)值，可以節(jié)約較多的混凝土材料，減少截面尺寸，較大程度降低建造成本，促進(jìn)節(jié)約型環(huán)保型社會(huì)和諧發(fā)展。

在3組混凝土中摻加廢棄鐵質(zhì)后，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，我們可以看到廢棄鐵質(zhì)摻量在0.4%～1.6%時(shí)，摻量越多，混凝土抗壓強(qiáng)度越大，最大試驗(yàn)承載力值越高。本實(shí)驗(yàn)中0.8%摻入量組和0.4%摻入量組在抗壓強(qiáng)度和最大力上數(shù)值接近，差異不顯著。分析原因可能是0.4%的鐵釘質(zhì)量為0.1215kg，0.8%的鐵釘質(zhì)量為0.243kg，摻入量與混凝土質(zhì)量相比，均可忽略不計(jì)，且差異很?。辉趯?shí)驗(yàn)配置混凝土中，廢棄鐵質(zhì)的摻入未能均勻分布在混凝土中，使得混凝土試塊的廢棄鐵質(zhì)含量與0.4%摻入量組的含量接近，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)差異不顯著提高。

縱觀不同摻入量廢鐵質(zhì)混凝土試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)全過程，影響廢鐵質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度的因素主要有配合比、廢鐵質(zhì)含量、水灰比、粗細(xì)骨料的粒徑、試驗(yàn)條件等[9]。

4 結(jié) 語

本文主要進(jìn)行了對(duì)于不同摻入量廢鐵質(zhì)混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體試件的抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究并做了分析和探索，結(jié)論如下。

1)對(duì)于預(yù)先設(shè)定的混凝土配合比，廢鐵質(zhì)類混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值隨廢鐵質(zhì)摻入量的變化而不同，一般情況下均隨著廢鐵質(zhì)摻入量的增加而有一定程度的提高。

2)廢舊鐵釘摻量在一定范圍內(nèi)時(shí)，廢鐵質(zhì)類混凝土的強(qiáng)度雖有較大提高，但是兩者提高的程度相差甚微，僅有當(dāng)廢舊鐵釘摻量超過一定范圍時(shí)，其抗壓強(qiáng)度才有較大幅度的提高。

3)廢鐵質(zhì)本身的化學(xué)成分主要還是以鐵、氧化鐵、碳及一些微量元素組成，這些成份組成并未使混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值有降低，反而使其有較大程度的提高，大大改善混凝土的力學(xué)性能，為混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了一種新式的混凝土。

5)廢鐵質(zhì)混凝土中摻入不同量的廢鐵質(zhì)后，混凝土的密度增大了，混凝土的密實(shí)程度和耐磨性均有了一定程度的改善，再結(jié)合廢鐵質(zhì)混凝土的強(qiáng)度提高，使廢鐵質(zhì)混凝土的應(yīng)用更加廣泛。

6)廢鐵質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的影響因素主要包括廢鐵質(zhì)摻入量、配合比、粗細(xì)骨料的粒徑、水灰比、試驗(yàn)條件等。

[1]張燕.針片狀顆粒含量對(duì)混凝土性能的影響[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2013,7:110-111.

[2]張肖霞.關(guān)于不同摻量粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響[J].山西建筑,2013,3(2):142-143.

[3]鄒巍.鐵屑混凝土施工[J].建筑工人.2004,9:13-14.

[4]張光碧.建筑材料[M].中國電力出版社,2006.8:88-96.

[5]GB50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[6]GB/T50107-2010,混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7]GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8]李建嶺,羅昭鴻.碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].深圳土木與建筑,2005,3:55-58.

[9]羅季英,田冠飛.混凝土抗壓強(qiáng)度的多重影響因素試驗(yàn)研究[J].混凝土，201011:65-69,75.