钢渣混凝土窨井盖研究.pdf
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1、2 0 1 1年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C 0NCRE r E AND CE ME NT P RODUC T S 2 01 l No 7 J u l y 钢渣混凝土窨井盖研究 曹露春 ( 徐州工程学院 , 2 2 1 0 0 8 ) 摘要: 通过低 碱度风淬钢渣制作 成钢渣混凝土试件 , 采 用两电极 法测量 了渗 滤阀值 。根据渗 滤阀值制 作 了舍 有不锈钢 片电极 的钢 渣混凝 土窨井盖 , 模 拟窨 井盖在 实际工况下的 受力情况 , 测试 了窨 井盖从加载 至破 坏 时电阻 的变化情况 以及在循环荷载和 不同冲击荷载作 用下电阻的变化情况 。结
2、果表 明 , 在 不同的受力状况下窨 井盖 的电 阻变化是不同的, 正常工作荷载下窨井盖的电阻率趋于一常数, 破坏荷载下电阻率急剧上升, 通过测量窨井盖电阻 率的变化 情况, 可以感知窨 井盖的破坏状况 , 便 于及 时更换 , 提 高城 市的管理水平 。 关键 词 : 智能 ; 钢渣 ; 窨并; 电阻率 Ab s t r a c t :L o w b a s i c i t y a i r q u e n c h i n g t o t r e a t s t e e l s l a g a r e c o l l e c t e d t o p r o d u c e s t e e l
3、s l a g c o n c r e t e ,a n d t h e p e r c o l a t i o n t l r e s h o l d o f s t e e l s l a g c o n c r e t e i s me a s u r e d b y t w o e l e c t r o d e s me t h o d Ba s e d o n t h e p e r c o l a t i o n t h r e s h o l d t h e s t e e l s l a g c o n c r e t e ma n h o l e c o v e r wh
4、i c h h a s t wo s t a i n l e s s s t e e l e l e c t r o d e s a r e p r o d u c e d , t h e a c t u a l f o r c e o f ma n h o l e c o v e r i s s i mu l a t e d ,t h e r e s i s t i v i t y o f ma n h o l e c o v e r f r o m b e g i n n i n g l o a d i n g t o d a ma g e a s w e l l a s u n d e
5、r c y c l i c l o a d i n g a n d d i f f e r e n t i mp a c t i n g l o a d i n g a r e me a s u r e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e s i s t i v i t y v a rie t y u n d e r d i f f e r e n t f o r c e s i s n o t s a me Un d e r n o r ma l wo r k i n g c o n d i t i o n , t h e r e
6、s i s t i v i t y o f ma n h o l e c o v e r t e n d s t o a c o n s t a n t a n d i t mo v e s h i g h e r s h a r p l y u n d e r d a ma g e l o a d i n g T h r o u g h me a s u ri n g i t s r e s i s t i v i t y ,t h e d e s t r o y i n g s t a t e o f ma n h o l e c o v e r c a n b e k n o wn ,w
7、h i c h i s h e l p f u l f o r r e p l a c i n g t h e ma n h o l e c o v e r i n t i me Ke y wo r d s :I n t e l l i g e n t ; S t e e l s l a g ; Ma n h o l e c o v e r ; Re s i s t i v i t y 中图分 类号: T U5 2 5 文献标识码 : A 文章编号 1 0 o 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 1 0 7 2 9 0 5 0前言 窨井盖是通往地下设施出入 口顶部的封 闭物 , 凡是安装
8、自来 水 、 电信 、 电力 、 燃气 、 热力 、 消防 、 环 卫等公用设施 的地方都需要安装窨井盖。随着我国 经济的飞速发展 , 我 国基础设施的建设又迎来一个 新的建设周期 , 窨井盖在城市规划和道路建设 中的 市场需求量巨大。窨井盖所用材料 以前大部分是铸 铁材质 , 用量在 9 0 以上 。但 因铸铁窨井盖具有 回 收价值而经 常被盗用 , 由此造成 车毁人亡的事件时 有发生。为 了解决窨井盖被盗问题 , 目前 主要采用 两种方法: 一是在铸铁窨井盖上安装 防盗装置 , 但采 用 防盗装置增加 了成本 ,且不能从根本上 解决问 题 , 给使用带来诸多的不便 ; 还有一种有效 的途径
9、 就是采用不可 回收材料作窨井盖 , 可以从根本上解 决窨井盖被盗的问题 。 随着城市化水平 的提高 , 由于窨井盖缺失或破 损引起 的人身伤亡事故和重大交通事故 , 给社会造 成了不可估量的损失。为了解决这个城市管理 中的 难题 , 各地投 巨资相继建设 了数字城 管系统 , 将辖 区的街道 、 社 区等地方划分成单元 网格 , 对窨井盖 基金项目: 江苏省建设系统科技计划项 目( J S 2 0 0 6 Z D1 2 ) 。 等城 市部件进行分类编码 , 城市管理监督员对分管 的单元格进行全方位 、 全时段监控 , 但这也主要依 赖管理员的现场检查 , 效率还亟待提高。 窨井盖在服役过程
10、中, 经常受到汽车轮胎的碾 压 和冲击 , 由于荷载 的疲劳效应 、 环境腐蚀 和材料 老化等不利 因素的影响 , 将不可避免地导致结构和 系统的损伤积累和抗力衰减 , 甚至导致窨井盖突然 断裂 。因此 , 这些设施急需采用有效的手段监测 和 评定其安全状况。 目前 , 应用于监测 的传感材料 主 要有 电阻应变片 、 压电材料 、 光纤 以及碳纤维等几 种。但从结构材料角度来看 , 这些材料均不同程度 的存在某种或几种缺陷, 例如 , 抗电磁干扰能力差 、 寿命低 、 耐腐蚀性差 、 造价高、 施工不便 、 影响结构 力学性能等。 钢渣是炼钢过程中产生 的废渣 , 目前 主要应用 于钢铁冶炼
11、熔剂 、生产钢渣水 泥或作水泥 的掺和 料 、 生产其它建材制 品 、 作筑路与 回填工程材料等 方面 。由于钢渣中含有较高的金属铁及其氧化物 , F e O的含量在 2 0 以上 , F e O在常温下 的电阻率为 5 1 0 c m, 因此 , 可作为导 电相材料用来制备 导 电 自感应机敏混凝土窨井盖。通过测试混凝土窨井 一 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 3期 盖 电性能的变化规律可对窨井盖 内部的应力 、 应变 状 况以及疲劳 、 损伤程度 和温度进 行监测 , 通过在 线 实时测量 ,
12、 组成一 个大的市政设施 物联 网 , 结合 数字城管的建设 , 可对城市市政设施进行实时监控 和补充维修 , 防止事故发生。 为深入揭示钢渣混凝土窨井盖 的力学 、 导 电性 能和 自感应特性 , 促 进该类产品的工程应用 , 提高 城市管理水平 , 本课题组正积极开展对该类构件的 系列研究工作。鉴于篇幅有限 , 本文主要介绍窨井 盖从加载到破坏全过程电阻的变化规律 , 不 同掺量 钢渣对混凝土压敏性的影 响规律及机理分析。 1 钢渣作为智能窨井盖填料的可行性研究 1 1 原 材料 钢渣 : 徐州产低碱度风淬钢渣 , 外观呈灰褐色 , 细度模数 2 6 , 压碎指标值 2 4 , 化学成分见
13、表 1 。 水泥: P 0 5 2 5级普通硅酸盐水泥 。 表 1 钢渣成分一览表 粗集料: 碎石 , 粒径 5 - 2 0 mm, 含泥量 l 。 钢纤维: 嘉兴产铣削钢纤 维( S F 一 0 9 3 0 4 0 ) , 长 3 0 ram, 直 径 0 7 5 ram, 长 径 比 4 0 , 抗 拉强 度 1 0 0 0 MPa。 硅粉 :济南产 ,平均粒径 0 1 一 O 1 5 m, S i O : 含 量 9 6 。 1 2 钢渣 量 对混 凝 土性能 的影 响 钢渣颗粒具有导 电性 ,这 是 由于钢渣 中含有 1 5 - 2 6 氧化铁 、 1 0 - 1 5 的金属废钢 ,因
14、而其颗 粒具有导电性 ; 其次 , 钢渣具有化学稳定性 , 这是 由 于钢渣 本身的活性 很低 , 另外 , 钢渣 中引起体积安 定性不 良的游离 C a O含量随龄期 的增长而 明显减 少 , 因此 , 钢渣体积稳定性提高 ; 最后钢渣具有较好 的力学 性能【 I1 , 据有关资料研究认为钢渣可归为最 坚硬 的岩石之列 , 钢渣的力学强度完全能满足道路 条件的要求 2 。 在制作导电性研究的试件 时, 考虑到窨井盖的 强度和掺加钢纤维后钢渣混凝土 的和易性 , 钢纤维 的掺量 为 2 ( 混凝土的体积率 ) ,体积率大 于 2 时 , 钢纤维在混凝 土中分散非常 困难 。根据结构设 计 ,重
15、型盖板钢纤维混凝土应具有 7 0 MP a的立方 体抗压强度 , 按二次合成法3 1 计算配合 比, 用等体积 钢渣代替部分细集料 , 作为一种导电相 , 掺人到混 凝土中形成导电混凝土。 钢渣混凝土用立方体抗 压强度作为主控指标 , 试件尺寸 1 5 0 minx 1 5 0 m mx 1 5 0 ra m,每组 3个试件 , 取 3个试件的平均值作为其抗压强度 , 抗折强度试 件尺寸 1 5 0 minx 1 5 0 m mx 6 O O mm,试验方法按照 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行。 导电性的测量采用两 电极法进行 电阻测试
16、 , 试 件 的尺寸为 1 6 0 mmx 4 O m mx 4 O mm, 见图 1 , 沿试块纵 向平行对面预先埋入不锈钢 电极 , 不锈钢电极 的尺 一 3 0一 寸为 3 0 m mx 3 O mm x O 3 ra m,保证不锈钢薄板不会暴 露在试件 的外表面 , 每组测试 3个试件 , 取其平均 值作为该组试件的电阻。测试结果如表 2所示。 钢渣混凝土 试块 图 1 带有不锈钢 电极 的钢渣混凝土试块 表 2 钢渣混凝 土试 件测试结 果 注 : 抗压强度 、 抗折强度 、 电阻率都是养护 2 8 d后进行 的 测试 ; S S : C指钢渣与水泥的体积百分率之 比。 钢渣混凝土的
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