锰合金渣粗集料对路面混凝土性能的影响.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 8期 (总 第 2 7 4 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADMI NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 1 9 锰合金渣粗集料对路面混凝土性能的影响 万朝均,黄太忠,田帅 ( 重庆大学 材料科学与工程学院,重庆 4 0 0 0 4 5 ) 摘要: 将块状锰合金渣破碎成颗粒后制备为连续级配的锰合金渣粗集料, 并以2
2、 5 、 5 0 、 7 5 1 1 0 0 的取代率取代天然粗集料以研 究其对路面混凝工作性能、 力学性能和耐磨性能的影响。 结果表明: 锰合金渣粗集料的针片状颗粒含量和吸水率大于天然粗集料 ,但按 照 适当比例级配后适用于各类路面混凝土; 路面混凝土的坍落度随着锰合金渣粗集料取代率的增大而有较大幅度的减小; 锰合金渣粗集料 取代率小于 5 0 时对路面混凝土的力学性能和耐磨性能影响不大,取代率超过 5 0 PA 后路面混凝土的力学性能和耐磨性能相对于基准组 分别提高了约 1 0 和 3 0 , 利用锰合金渣粗集料可制备性能优良的路面混凝土。 关键词: 锰合金渣;路面混凝土;集料 ; 力学性
3、能;耐磨性能 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 6 2 0 4 I n f l uen c e o f co ar se ag gr e ga t e of man gan es e a l l oy s l ag on p r ope r t i e s o f pav e m e n t c onc r e t e WANC h a o -j u n, HU A NGT a i - z h o n g , T I A NS h u a i ( C o l l e g eo f
4、Ma t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g , Ch o n g q i n gUn i v e r s i t y , C h o n g q i n g4 0 0 0 4 5 , C h i n a ) Abs t r a c t : Bl o c k y ma n g a n e s e a l l o y s l a g wa s c r u s h e d i n t o p a r t i c l e s , s u b s e q u e nt l y we r e us e d t O p r e p a
5、r e c o ars e a g g r e g a t e wi t h c o nt i n u o u s g r a d a t i o n T h e i n fl u e n c e o f c o a r s e a g g r e g a t e o f ma n g a n e s e a l l o y s l a g o n wo r k a b i l i ty, me c h a n i c a l p r o p e rt i e s a n d w e ar r e s i s t a n c e o f p a v e me n t c o n c r e t
6、 e s Wa Si n v e s t i g a t e d, i nwh i c ht h e n a t u r a l c oars e a g g r e g a t ewe r e r e p l a c e d b yt h e c o ars e a g gre g a t e o fma n g a ne s e a l l o y s l a g a tthe p e r c e n t a g e o f 2 5 , 5 0 , 7 5 a n d 1 0 0 r e s p e c t ive l y Th e r e s u l t s s h o w t h a
7、t t he c o n t e n t o f n e e d l e and pl a t e gra i n a n d wa t e r a b s o r p t i o n o f c o ars e a g gre g a t e o f ma n g ane s e a l l o y s l a g are h i g h e r t h an that o f n a t u r a l C O ars e a g g r e g a t e, c o ars e a g gre g a t e o f man g a n e s e a l l o y s l a g c
8、 o u l d b e a p p l i c a bl e i n t y p e s o f p a v e - me n t c o n c r e t e w h e n i t i s g r a a e a b y a p p r o p ri a t e p e r c e n t a g e ; t h e s l u mp o f t h e p a v e me n t c o n c r e t e s wa s d e c r e a s e d wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e r e p l a c e me n t r
9、 a t i o of c oars e a g gre g a t e o f man g an e s e a l l o y s l a g; wh e n t h e r e p l a c e me n t r a t i o o fc o ar s e a g gr e g a t e of man g a n e s e a l l o y s l a g i s l e s s t h a n 5 0 , t h e me c h an i c a l p r o p e r t i e s an d we ar r e s i s t a n c e of pa v e me
10、 n t c o n c r e t e we r e l i t t l e c h a n g e d, wh i l e the r e p l a c e m e n t r a t i o i s mo r e t h an 5 0 , t h e me - c h a n i c a l pr o p e r t i e s a n d we a r r e s i s t a n c e o fpa v e me n t c o n c r e t e we r e i mp r o v e d a p p r o x i mate l y b y 1 0 a n d 3 0 ,
11、 r e s pe c t i v e l y P a v e me n t c o n c r e t e s wi t h e x c e l l e n t p e rfo r m an c e c a n b e p r e p are d b y t he c o a r s e a g gr e g a t e o f m a n g an e s e a l l o y s l a g Key wor ds : man g a n e s e a l l o y s l a g; p a v e me n t c o n c r e t e ; a g g r e g a t e
12、 ; me c h a ni c a l p r o p e r t y; we ar r e s i s t a n c e 0 引言 随着钢铁工业的快速发展, 冶炼过程中产生的大量冶金渣 给社会带来了沉重的环境负担。 近年来, 随着天然集料短缺和冶 金渣环境污染等问题的日趋严重, 冶金渣作为集料在混凝土中 的综合利用越来越受到人们的重视。 国内外对冶金渣取代或部 分取代天然集料对混凝土工作性能、 力学性能和耐久性能等的 影响进行了广泛的研究 , 为冶金渣在混凝土中的应用起到了 很好的推动作用。 锰合金渣是铁合金厂利用碳酸锰矿( 或 和富锰渣) 、 石灰 、 焦碳和硅石等原料在矿热炉中经高温
13、熔融反应冶炼锰合金时 产生的熔渣经过水淬或在空气中自然冷却形成的一种冶金渣。 锰合金熔渣经过水淬以后形成疏松多孔的颗粒状锰合金渣 , 而 在空气中自然冷却或由于水淬不充分则形成结构密实的块状 锰合金渣。 由于颗粒状锰合金渣具有较高活性 , 诸多研究 将 其磨细后制备为水泥混凝土掺合料和混合材。 Mo i s 6 s F r i a r q 等 人将块状锰合金渣破碎、 粉磨后制备成辅助胶凝材料, 而王冲 l 1 等人将磨细的块状锰合金渣与矿渣复合制备碱一 矿渣一 锰合金 渣胶凝材料 , 但是由于其活性低于磨细矿渣 , 碱一 矿渣一 锰渣胶 凝材料的强度总体呈降低趋势。 本研究利用块状锰合金渣结构
14、 密实、 质地坚硬、 破碎后与天然集料类似等特性, 将块状锰合金 渣破碎成颗粒后制备成锰合金渣粗集料, 分析和讨论锰合金渣 粗集料作为路面混凝土粗集料的可行性, 并研究锰合金渣粗集 料取代天然粗集料后对路面混凝土工作性能、 力学性能和耐磨 性能的影响, 为锰合金渣在道路工程中的应用提供参考依据。 1 原材料 与试验方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥: 重庆拉法基 P O 4 2 5 R级水泥, 2 8 d抗压强度和 抗折强度分别为 5 3 0 、 8 8 MP a , 其化学成分见表 1 。 ( 2 ) 锰合金渣: 试验使用重庆城 口县高燕乡泰正矿产资源 开发有限公司排放的粒径大于 5 0
15、 mlT l 的块状锰合金渣, 颜色为 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 2 1 0 基金项 目:国家高新技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 项目资助( 2 0 0 8 A A 0 3 1 2 0 6 ) ; 重庆大学研究生科技创新基金个人项 目( C D J Z R 1 1 1 3 0 0 0 4 ) 62 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 浅绿色 , 其化学成分见表 1 。 块状锰合金渣结构密实、 质地坚硬, 破碎后表面微观形貌见图 1 。 4 7 5 9 5 mm、 9 5 1 6 0 m m、 1 6 0 1 9 0 mm。 细集料为岳 阳中 砂
16、, 表观密度为 2 6 9 0 k g m3 , 松散堆积密度 1 5 7 0 k g m3 , 细度 ( 3 ) 天然集料 : 粗集料为歌乐山石灰岩碎石 , 粒径分别为 模数 3 1 。 表 1 原材料化学成分 注 : 总碱量用测得 的 Na 2 0和 K 2 0含量按 Na 2 0 + 0 6 5 8 K 2 0计算而得。 图 1 锰合金渣 S EM 1 2试 验 方法 ( 1 ) 试验按照 J T G E 4 2 -2 0 0 5 ( 公路工程集料试验规程 检 测锰合金渣粗集料和天然粗集料的各项物理性质。 ( 2 ) 试验按照 J T G E 3 0 -2 0 0 5 ( 公路工程水泥及
17、水泥混凝土 试验规程 成型和养护路面混凝土, 并按该规程进行路面混凝土 的坍落度、 密度、 抗压强度( 3 、 7 、 2 8 、 9 0 d ) 、 抗折强度( 2 8 、 9 0 d ) 、 劈拉强度( 2 8 、 9 0 d ) 和耐磨性能试验。 2 试验结果与分析 2 1 锰合金渣基本性质 从表 1中锰合金渣化学组成可知, 试验所使用的锰合金渣 主要含有 C a O和 S i O ( C a O + S i O 5 5 ) , 质量系数和活性系数 分别为 1 0 6和 0 2 7 。 由图 2锰合金渣 X R D图谱分析可知 , 锰 合金渣结晶度较高 , 主要含有硅酸一钙、 铝酸钙 、
18、 C a 2 Mg S i 2 0 、 C a 2 A 1 : S i O 和 Mg S i O 等晶相。 根据锰合金渣化学组成和矿物组 成分析可知 , 该锰合金渣具有一定的水化硬化活性。 1 Ca S i O 2 Ca AI 2 O4 3 Ca 2AI S i OT 4 Ca :M g S i O7 5 M g S i O3 6 ( M n Mg ) S 7 Mn 0 2 0, ( 。 ) 图 2 锰合金渣 X RD 2 2 锰合金渣粗集料的制备 与物理性质 块状锰合金渣 经过颚式破碎机破碎成颗粒后筛分 为 4 7 5 9 5 mm、 9 5 1 6 0 I m 、 1 6 0 1 9 0
19、ra n 1 3种不 同粒径范 围的 锰合金渣粗集料。 不同粒径范围的锰合金渣粗集料和天然粗集 料的各项物理性质检测结果见表 2 。 由表 2可知, 各个粒径范围内的锰合金渣粗集料的表观密 度和空隙率较天然粗集料略大, 而含泥量、 压碎值和坚固性指 标等均优于天然粗集料。 锰合金渣粗集料的针片状颗粒含量约 是天然粗集料的 2倍, 这将会直接影响混凝土的工作性 、 力学 性能和耐久性能。 吴历斌【 等认为混凝土中的粗集料最佳针片 状颗粒含量应该为 1 2 , 宋伟【 1 3 等人则认为粗集料中针片状颗 粒含量应该控制在 1 5 以内, 超过这个值将会降低混凝土性能。 集料 中针片状颗粒含量在很大
20、程度上决定于被加工原材料特 性和破碎机械设备, 为了减少锰合金渣粗集料的针片状颗粒 含量可以选用其他破碎设备和破碎方法。 锰合金渣粗集料表面 粗糙、 针片状颗粒含量大且含有 1 0 左右的表面多孔颗粒导致 其吸水率比天然粗集料大, 从后面的试验结果看, 这给路面混 凝土的工作性能产生了不利影响。 表 2 锰合金渣粗集料和天然粗集料 物理性质 注: 技术标准要求为 J T GF 3 0 -2 0 0 3 ( 公路水泥混凝土路面施工技术规范 中路面混凝土粗集料的技术标准要求, 其中I , I I 、 I I I 为粗集料级别, 高速公路、 一级公路、 二级公路及有抗( 盐) 冻要求的三、 四级公路
21、混凝土路面使用的粗集料级别应不低于 I I 级, 无抗( 盐) 冻要求的三、 四级公路混凝 土路面 、 碾压混凝土及 贫混凝 土基层可使用 I I I 级粗集料 。 综上所述 , 锰合金渣粗集料除了针片状颗粒含量外, 其余 各项指标均满足 J T G F 3 0 - - 2 0 0 3 ( 公路水泥混凝土路面施工技术 规范 中 I I 级粗集料的技术标准要求 , 若将多个粒径范围的锰 合金渣粗集料按适当的比例级配后仍适用于各类混凝土路面。 2 _ 3 锰合金渣粗集料对路面混凝土性能的影响 试验按照J T G D 4 0 - - 2 0 0 2 ( 公路水泥混凝土路面设计规范 中中等交通等级要求
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