混凝土耐磨性试验研究（精选6篇）
混凝土耐磨性试验研究 篇1
摘要：研究了两种不同的方法对物料相对易磨性检测结果的影响,结果表明,激光粒度分析法比筛析法便捷有效,它能够有效降低颗粒之间由于团聚对测试结果的影响。在此基础上,定义了新的相对易磨性系数计算公式,结果表明,不同的物料相对易磨性系数相差较大,部分物料的相对易磨性系数随着粉磨时间的延长而增大,也有部分物料的相对易磨性系数变化不大甚至下降。
关键词：相对易磨性,变化梯度,激光粒度分析
0 引言
JC/T734—2005《水泥原料易磨性试验方法》给出了检验物料易磨性的方法,然而对于水泥企业而言,该方法存在需要专门的粉磨设备、复杂的循环操作流程以及结果难以直接应用等问题。直接明了的得出目前某种水泥原料的易磨性是否超过了原来的物料是水泥企业关心的重点,而不是研究该种物料具体的能耗。检测物料的相对易磨性成为解决上述问题的一种有效手段。本文采用筛析法和激光粒度分析法分析物料的相对易磨性,讨论了两者的优势与不足,也尝试提出新的易磨性计算公式。希望对企业测试易磨性提供借鉴,同时进一步分析了易磨性随时间的变化。
1 试验原料与方法
1.1 试验原料
易磨性试验所用的原料均来自某4 000t/d生产线的原料堆场,包括两种石灰石,分别是黑色石灰石和白色石灰石,粒径在10～50mm范围,块状,洗净清除杂质;砂岩为浅黄色,粉状,粒径在40mm以下;页岩为黄色,碎块状,粒径在10～40mm之间;铜矿渣为黑褐色,表面有玻璃光泽,圆粒状,粒径20mm以下;黄磷渣为灰白色,粒状,有明显的颗粒感,粒径小于30mm。将上述原料命名为SF。
为了显示研究的普遍性,选择另一家2 500t/d生产线的原料作试验验证,包括石灰石、砂岩、煤矸石、煤渣和钢渣。其中石灰石为白色;砂岩与SF砂岩相同;煤矸石为黑色,未自燃,水分12%,粒径小于50mm;煤渣为灰黑色,块状,是化工厂锅炉渣,无金属光泽;钢渣为灰白色,粒状,粒径在10～40mm范围。并将上述物料命名为DZ。
分别将SF物料和DZ物料放入105℃的101-1A电热鼓风干燥箱内,烘干至水分小于1%,以备待用。
1.2 试验方法
将分别烘干后的物料破碎至粒径小于30mm,在Φ500mm×500mm的试验小磨内粉磨至规定时间,将粉磨后的物料混合均匀,在二分器上将每种物料平均分为两份,任取其中一份,在SF-150水泥细度负压筛析仪上使用80μm方孔筛和45μm方孔筛检测筛余,检测方法按照GB/T1345—2005《水泥细度检验方法筛析法》进行,余下的一份使用珠海欧美克仪器有限公司的LS-C(IIA)型干法激光粒度仪检测,方法按照JC/T721—2006《水泥颗粒级配测定方法激光法》。
2 相对易磨性的定义
2.1 定义
过去计算相对易磨性是在粉磨相同时间的条件下,检测物料某一粒径下的筛余(通常是80μm或者45μm方孔筛筛余)或者比表面积,一般是选取标准砂作为基准,相对易磨性系数K计算公式:
式中:
L0,S0———基准物质的某一粒径筛下和比表面积;
L1,S1———测量物质的某一粒径筛下和比表面积。
公式(1)相对简单,公式(2)存在原料密度的影响和孔隙率确定的困难,然而公式(1)没有考虑颗粒群体性的特征,只能显示小于某一粒径的颗粒含量,而忽略了其他粒径的影响,因此笔者重新定义了相对易磨性系数:
式中:
n1,L1———粉磨物料的均匀性系数和小于某一对比粒径下的颗粒含量;均匀性系数来源于RRSB方程。
n0,L0———基准物质的均匀性系数和小于某一对比粒径的颗粒含量。
2.2 原料对比粒径的选择
由于使用80μm和0.2mm方孔筛筛余控制生料细度,因此过去倾向于使用80μm粒径做对比,然而根据K.S.Mujumdar最近连续发表的基于Mastorakos一维工程学的反应模型[1]和A.Muller的研究结果[2],生料粒径如果按照石灰石分解率计算,如果要求生料粉体颗粒在890℃左右的分解率为95%时,生料粒径应该不超过30μm才能满足分解时间的要求。然而考虑到实际生产粉磨过程的电耗、窑内煅烧温度、物料循环以及分解炉内CO2浓度等因素,笔者将生料粒径30μm乘以修正系数1.5得到45μm,下文原料相对易磨性系数的计算采用公式(3)时L均取<45μm颗粒含量。
2.3 混合材的对比粒径的选择
水泥混合材的粒径往往是依据混合材的水化活性和填充效果来决定,然而不同的混合材的水化活性作用不同,并且水化活性随着龄期的变化而不同,许多混合材可能兼具上述两种效果,因此很难给定所有混合材的最佳粒径,研究的结论也差别较大[3,4,5]。根据混合材的活性效应较熟料弱,其在水泥中的作用应该注重于填充效应,混合材的最佳粒度分布应该是与熟料混合以后,水泥的粒度分布尽量接近Fuller曲线,确定混合材应该明显细于熟料,以<8μm颗粒含量作为对比基准。
3 试验结果与讨论
3.1 筛析法
图1是白色石灰石的80μm和45μm筛余分析结果。可以看出,随着粉磨时间的延长,无论是80μm筛余或者45μm筛余均有不同程度的增加,这与粉磨常识相违背。为此重新设定粉磨时间粉磨,其结果如图2所示。
从图2可以清晰地看出,粉磨时间从10min到15min,80μm和45μm筛余都随粉磨时间的延长而减小,说明物料在外力功作用下克服晶体间作用力,增加比表面能而成为细粉体,达到了粉磨的效果;然而进一步延长粉磨时间至20min,80μm筛余和45μm筛余开始同步升高,开始出现了粉体相互吸附的团聚现象,当继续粉磨5min后,过粉磨现象更加明显。
从上面的两组试验结果可以看出,筛析法检测物料相对易磨性存在至少两点不足:
1)如粉磨时间不合适,筛析法无法获得准确的筛余结果,从而影响物料易磨性的判断。
2)筛析法无法准确检测到其他较细颗粒的含量。
上述试验只是在白色石灰石中对照,是否其他物料具有相同的规律,为此笔者试验了黑色石灰石、砂岩、页岩、铜矿渣和黄磷渣的粉磨效果。图3和图4是筛析法的试验结果。
从图3和图4中可以看出,除铜矿渣和黄磷渣以外其他物料都出现了类似白色石灰石粉磨过程出现的情况(随粉磨时间延长筛余增加),这表明筛析法对这些物料是不适应的,因而无法获得准确的相对易磨性系数。此现象可能与物料的易磨性大小有关。石灰石由于易磨性较好,粉磨好的细微颗粒在静电和表面能作用下产生吸附而团聚,相反由于铜矿渣和黄磷渣的易磨性差,在相同粉磨时间内产生的细颗粒少,吸附作用自然减弱,从而很少产生团聚。
3.2 激光粒度分析法
表1是第二次粉磨得到的白色石灰石采用激光粒度分析法的分析结果。可以看出,随着粉磨时间的延长,<45μm的颗粒含量在逐步增加。没出现如图2所示的转折情况,表明使用激光粒度分析时可以破坏颗粒之间的附着力,从而准确展示物料的粉磨情况,因此应该根据激光粒度分析结果计算物料相对易磨性而不宜采用筛析法结果。
%
从表1还可以看出,激光粒度分析可以准确检测细微颗粒的含量,如<4μm颗粒的含量,从而可全面了解物料粉磨的真正效果。这是筛析法所无法达到的。根据上述试验结论,分别将其余物料检测颗粒级配,其<45μm颗粒含量测试结果如图5所示。
从图5可以看出,即使存在物料颗粒之间的团聚,几乎所有的物料都能检测到真实的结果,呈现良好的线性关系,这样即为准确计算相对易磨性打下了基础。随着粉磨时间的延长不同的物料<45μm颗粒含量的增长幅度不同,也即时间间隔相等,不同物料在相同外力作用下细颗粒含量增加的梯度不同,这也是标准所定义的邦德功指数[6]。表2是激光粒度分析检测的原料均匀性系数。
从表2可以看出,在粉磨时间20min时,原料均匀性系数黑色石灰石为0.65,而铜矿渣为1.16,表明不同的物料在作用力相同时粉磨特性的差异,因为物料的易磨性越差,分子键作用力越强,晶体间结合力越大,则物料在一定作用力下,只能由较大的块状分裂为小块,而无法直接形成许多细微粉末,此时粉体粒度分布十分集中,n值较大;相反若易磨性较好,很容易形成细粉,加上原来的块体,粉体级配自然较宽,因此n值较小。值得注意的是,即使是同一种岩石,例如白色石灰石和黑色石灰石,在粉磨时间相同时(20min),两者的均匀性系数也存在明显的差异,白色石灰石是0.73,而黑色石灰石是0.65,这也从侧面反映了两岩石的矿物种类与含量的区别[7]。
3.3 相对易磨性系数的计算
选取砂岩作为基准物质,以20min粉磨时间内的<45μm颗粒含量为计算基准,按照公式(3)计算相对易磨性系数,图6是物料的相对易磨性系数计算结果。从图6可以看出黑色石灰石和页岩易磨性最好,其次是白色石灰石,而铜矿渣和黄磷渣易磨性较差,尤其是铜矿渣其相对易磨性系数只有0.4左右。计算结果清楚地表明了物料相对易磨性的差异,准确得出使用不同物料作为原料可能产生的粉磨效果,这也为原料的选择提供了很好的建议,而当采用工业废渣作为原料时要考虑其较差的易磨性。
进一步研究同一种物料在粉磨时间继续延长时的相对易磨性系数变化情况,对于原料制备的意义依然很重要,因为在闭路粉磨系统中,如立磨生产,合格的物料被选粉机选出转化为成品,而不合格的物料返回磨内继续粉磨。因此试验分析了不同物料随着粉磨时间延长其相对易磨性系数的变化特征,其结果可以指出物料粉磨时间是否需要延长或者延长的程度,结果如图7所示,仍选用砂岩作为基准物质。
从图7可以看出,原料不同,物料的相对易磨性系数表现出明显的差异。对于多数物料随着粉磨时间的延长,物料的相对易磨性系数在逐步地升高,如白色石灰石、黄磷渣和铜矿渣,但各物料的升高梯度不同;也有一部分物料的相对易磨性系数变化不大,如黑色石灰石;还有部分物料的相对易磨性系数呈下降趋势,如页岩。对于相对易磨性系数升高梯度较小或者下降的原料应尽量减少粉磨时间。
3.4 试验验证
为了进一步验证上述试验及计算公式的正确性,再次选择DZ物料做相对易磨性试验,依然选择SF砂岩作为基准;煤渣按混合材选择其对比粒径(<8μm),粉磨时间为20min,其计算结果如图8所示。
从图8可以看出,除石灰石外其余物料均易磨性较差。该公司使用石灰石、砂岩、钢渣和煤矸石作为原料,其原料相对易磨性系数的加权值为0.91,而SF原料相对易磨性系数的加权值为0.97,原料相对易磨性系数的加权值可以表征生料易磨性差异的程度[6],因此不难解释表3中两种生料应用同种型号的立磨生产时,生料产量的不同。进一步分析DZ原料相对易磨性系数随时间的变化的趋势,结果如图9所示。
从图9可以看出,随着粉磨时间的延长,砂岩和钢渣的相对易磨性系数明显提高,而石灰石与煤矸石的相对易磨性系数变化趋势则相对较小,在超过一定时间后甚至存在一定程度的下降,而作为混合材的煤渣相对易磨性系数总体上则表现较大的增长幅度。
4 结论
1)采用相对易磨性系数能够直观明确地比较两种或者两种以上物料的易磨性。激光粒度分析法比筛析法具有明显的优势,能消除颗粒之间相互团聚产生的检测误差。
2)采用新的相对易磨性系数计算公式能较好地辨别物料易磨性差异以及解释物料粉磨时的产量波动。
3)不同物料的相对易磨性系数随粉磨时间变化梯度不同,有些物料相对易磨性系数随着粉磨时间的延长而增大,也有部分物料相对易磨性系数变化不大甚至下降。
参考文献
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[4]胡如进,李琳,王善拔.水泥颗粒级配的优化[J].水泥,2005(8):15-17.
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[10]罗帆,郑青.钢渣和粉煤灰易磨性试验方法的选择[J].水泥,2006(9):22-25.
粉煤灰再生混凝土的试验研究 篇2
关键词:再生骨料;再生混凝土;粉煤灰;强度
中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)17-0012-03
随着建筑业的快速发展,由此产生的建筑垃圾也日渐增多。中国每年产生大约1亿t左右的废弃混凝土。2008年5月12日发生的四川汶川大地震导致大量房屋倒塌,由此而产生的建筑垃圾数量惊人,约3亿t。面对全球性的建筑垃圾处理难题,目前尚无很好的解决方法。传统的建筑垃圾处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋。大量的废弃混凝土堆积于城市郊区公路、河流附近,既恶化了生态环境又占用了良田。目前,全世界混凝土的年产量约28亿m3,中国的混凝土年产量约占世界总量的45%,约13亿m3~14亿m3。生产混凝土需要大量的粗细骨料——砂石,而随着对砂石的不断开采,天然骨料亦趋于枯竭,且其开采的成本十分高昂,对自然生态环境的破坏也十分严重。粉煤灰是火力发电厂排出的燃料渣,具有产量大、价格低廉、活性效果显著等优点;利用粉煤灰可以节约水泥、减少环境污染。再生混凝土技术既能解决废旧混凝土的处置问题,又能节省天然砂石,同时带来环保效益、经济效益和社会效益,是发展绿色混凝土实现建筑资源可持续发展的重要措施。
1 理论基础
在水泥水化过程中,除了产生水化硅酸钙(C-S-H)以外,还产生大量的游离氢氧化钙(Ca(OH)2)。氢氧化钙的强度很低,稳定性极差,在侵蚀条件下是首先遭到侵蚀的组分,而且它们多在水泥石和集料的界面处富集并结晶成粗大晶粒,因而界面的黏结被削弱,并成为混凝土中的最薄弱环节。粉煤灰含有大量的非晶态的SiO2和Al2O3,掺入粉煤灰后,活性SiO2可以和游离氢氧化钙(Ca(OH)2)发生二次反应(火山灰效应),生成强度高、稳定性好的水化硅酸钙(C-S-H):
(0.8~1.5)Ca(OH)2+n(0.8~1.5)H2O+SiO2
——→(0.8~1.5)CaO·SiO2·nH2O
因此,掺入粉煤灰以后,通过二次反应,不但可以减少或消除游离氢氧化钙,而且可以使胶凝物质(C-S-H)的数量大幅度增加,水泥石与集料的界面结构也得以改善。上述反应多在水泥浆体的孔隙中进行,因此显著降低了混凝土内部结构中水泥石的孔隙率,也改善了孔结构,提高了混凝土的密实性。
煤粉灰绝大多数为表面光滑、致密、细粒的、海绵状的硅铝酸盐玻璃微球珠状颗粒,掺入混凝土中可减小内摩阻力,增大流动性、减少泌水、从而可以减少混凝土的用水量,改善和易性。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内,填充孔隙和毛细孔,改善了混凝土的孔结构,增大密实度。
2 试验材料
水泥:选用的42.5R普通硅酸盐水泥,其物理力学性能见表1。
硅粉(SF):青海西宁山川铁合金厂生产。比重为1.98 g/cm3,活性指标129%,中粒径d为5.6 ?滋m,颗粒级配及化学成分见表2和表3。
粉煤灰(FA):采用I级粉煤灰,需水量比为93.75%,各项技术指标合格,表观密度为2.14 g/cm3,其化学成分与物理性能见表4。
外加剂:采用HPS萘系高效减水剂,其主要成分为?茁-磺酸甲醛缩合物,棕黄色粉末,减水率为18%~28%,掺量为胶凝材料重量的0.5%~2.0%,
原生粗骨料:选用卵石,最大粒径40 mm。其质量标准及检验方法依据GB/T14685—2002进行,其表观密度为2.745 g/cm3,含水率为0.15%。
再生粗骨料(RCA):人工破碎废弃混凝土筛分而成,最大粒径40 mm。表观密度为2.61 g/cm3,含水率不计。其级配组成见表5。由于再生骨料中含有大量的水泥砂浆,同时也存在一些受力破坏后留下的微细裂缝,所以再生骨料吸水率会随着时间逐渐增大。因此在再生混凝土的拌制中,按天然骨料混凝土配合比设计的理论用水量不能满足混凝土坍落度的要求。试验表明,在同等条件下再生混凝土比普通混凝土需要多约5%的拌和水,本次试验通过附加水解决这个问题。
3 搅拌方法
拌合方法按照国家标准GB/T50080-2002执行。由于再生粗骨料的表面比较粗糙,所以采用强制式搅拌机,针对再生骨料的高吸水性,有的研究者采用在搅拌前将再生粗骨料浸泡于拌合水中,预先吸水之后拌制混凝土。这样的搅拌方式会对混凝土的工作性产生较大的影响,使混凝土的总用水量增加10 kg/m3～15 kg/m3。在本试验中采用粗骨料的干拌方法,即在投置其他材料之前先将再生粗骨料放入搅拌机中干拌20 min,这样能剥落附着在再生粗骨料砂浆上的软弱颗粒,之后在不停止搅拌机的情况下再加入砂和胶凝材料,最后加水和减水剂的混合溶液,并适当延长搅拌时间,投料顺序见图1。
5 试验结果与分析
试验采用正交设计,把水胶比、再生骨料替代率、硅粉掺量和粉煤灰掺量作为试验因素考虑,每个因素取4个水平,选用正交表L16(45),共进行16组试验。单位用水量为165 kg/m3,HSP减水剂掺量为胶凝材料质量的1.5%。试验采用150 mm×150 mm×150 mm标准试件,分别测试新拌混凝土的塌落度和7 d、28 d、60 d抗压强度,试验结果及极差分析结果见表7。
注:因素A水胶比为水与胶凝材料总质量之比,因素B、C、D均以占胶凝材料总质量的比值表示。
极差R反映了试验中相应因素对试验结果影响的大小,极差大的因素,其水平对考核指标所造成的差别大,通常是重要因素,相反,极差小的因素往往是次要因素。由以上极差分析可知,本次试验中影响28 d抗压强度的4个因素主次顺序为:水胶比、再生骨料替代率、硅粉掺量、粉煤灰掺量。影响坍落度的4个因素主次顺序为:再生骨料替代率、水胶比、粉煤灰掺量、硅粉掺量。
由以上分析可知,对抗压强度而言可能较好的组合条件为A3B1C4D3和A1B1C1D1,对坍落度而言为A3B1C4D3。用“综合平衡法”选出最优的组合条件为A3B1C4D3,即水胶比为0.4,再生骨料替代率为25%,粉煤灰掺量为30%,硅粉掺量为10%。由此组合条件配制的混凝土7 d抗压强度为42.1 MPa,28 d抗压强度为55.4 MPa,60 d抗压强度为59.5 MPa,坍落度为215 mm。
6 结论
(1)采用42.5R普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和高效减水剂,最大粒径为40 mm的再生骨料,在普通成型工艺和养护条件下就可以配制出抗压强度59 MPa,塌落度215 mm的高性能粉煤灰再生混凝土。
(2)试验表明,影响粉煤灰再生混凝土28 d抗压强度的显著因素是水胶比、再生骨料替代率和硅灰掺量;影响其坍落度的显著因素是再生骨料替代率和水胶比。
(3)再生骨料的替代率对再生混凝土的各项考核指标均有较大的不利影响,尤其对新拌再生混凝土的坍落度影响很大,甚至超过了水胶比,掺入硅灰和粉煤灰可以显著提高再生混凝土早期及后期的抗压强度。
作者简介:郭建国,男,1976年出生,江西赣州人,助理工程师。张华英,男,1977年出生,江西赣州人,讲师,硕士,主要从事土木工程材料研究。
The Experimental Research of the Fly Ash Recycled Concrete
Guo Jianguo, Zhang Huaying
Abstract:Using recycled aggregate and ordinary Portland cement and fly ash Etc. materials, with orthogonal test, the optimization mix proportions of the fly ash recycled concrete were recommended. The result of the experiments shows that the percentage of recycled aggregate and water/binder ratio are significantly effects of strength and slump of recycled concrete. With ordinary methods of mixing and conservation, the high performance recycled concrete with strength of 59 MPa, slump of 215 mm were produced.
混凝土耐磨性试验研究 篇3
关键词：多层环氧覆层,粘接特性试验,温度变形试验,耐候性试验
桥面耐磨防滑多层环氧铺装材料是一种新型的桥面面层材料, 由改性环氧树脂、固化剂及耐磨防滑骨料组成。该地面系统经过特定的摊铺工艺, 能形成一道轻质、柔韧、耐久且耐磨性极强的防滑表面, 同时可应用于多种基面上, 与混凝土、钢板、玻璃、塑料等基材粘结性能良好。根据面层骨料颜色的不同, 能形成色彩丰富的涂装表面, 正逐步在各种桥梁、升降台、停车场、货物处理区域等方面应用。
但是普通环氧胶与钢板的热膨胀系数相差较大, 热相容性较差, 在环境温度变化的情况下, 面层材料与基材变形的不一致会产生较大的层间内应力, 导致钢桥面薄层环氧铺装层起拱变形或发生剥离脱落。资料显示, 低弹性模量与良好的变形能力能有效降低薄层环氧铺装层与桥面之间的内应力[1], 所以必须对环氧胶进行改性, 使其具有低弹模、高伸长率及较高的粘接强度。该文在国内缺乏相应的技术规程的条件下, 参考了美国混凝土协会ACI 548.8规范中的要求[2], 并结合其他的一些测试手段, 对满足钢桥面铺装要求的环氧覆层材料各项性能进行了试验研究, 并应用到实际工程。
1 试验方法
经笔者查阅资料发现, 国内对于钢桥面使用环氧树脂类铺装材料缺少相应的技术规范及应用说明, 因此, 研究中主要参考了美国混凝土协会ACI 548.8《用于桥面和停车场地面摊铺的多层环氧树脂聚合物技术规范》进行试验。其中, 材料的部分性能指标及测试方法按照规范第二部分中对材料的性能指标要求进行了试验, 另外部分的性能则结合了国内一些试验方法进行。
1.1 环氧胶粘接特性试验
1.1.1 拉伸强度及伸长率
拉伸强度及伸长率试验主要用于评价环氧胶的抗拉伸性能。试验按照ASTM D638中Ⅰ型试件的要求进行[3]。试验前, 先按照图1要求成型哑铃型环氧胶试件, 试件成型经 (23±2) ℃条件下养护7d后, 在万能拉力试验机上将试件的两端夹住, 夹具以5mm/min±25%的速度匀速分离, 直至断裂, 测量试件工作部分 (G区域内) 拉伸到断裂时的负荷和延伸值, 并计算出抗拉强度和断裂延伸率。若试样断在夹具内或圆弧处, 此试祥作废, 另取试样补充。同批有效试样不足5个时, 应重做试验。
其中, 狭窄区域宽度W为13mm, 长度L为57mm;哑铃试件宽度W0为19mm, 长度L0为165mm;测试标距G为50mm;夹具间距D为115mm;倒角半径为76mm;哑铃试件厚度T为 (3.2±0.4) mm, 图2为加工的拉伸试验模具。
1.1.2 弹性模量
弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标, 其值越大, 使材料发生一定弹性变形的应力也越大, 即材料刚度越大, 亦即在一定应力作用下, 发生弹性变形越小。试验按照ASTM D638中Ⅰ型试件的要求进行, 弹性模量按照材料塑性变形阶段内 (初始直线段) 应力与应变的比值进行计算, 环境温度为 (23±2) ℃。
其中, Et为拉伸弹性模量, MPa;G为测试标距, mm。ΔP为应力应变曲线上初始直线段的载荷增量, N;ΔL为载荷增量ΔP对应的标距G内的变形增量, mm。
1.2 多层环氧聚合物铺装材料特性试验
下列试验中均采用ASTM C778中20~30号砂, 其中, 砂与环氧胶的体积比为2.75∶1[4]。
1.2.1 抗压强度
环氧材料在具备合理的拉伸变形的同时, 应该具有合适的承载力, 具有一定程度的刚度, 即抗压强度, 反应了材料抵抗压力变形的能力。抗压强度试验按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》进行。
1.2.2 粘接强度
粘接强度参照ASTM C1583进行, 如图3所示[5]。采用切割设备, 切割一个垂直于铺装表面的四方形切口, 切割深度应达到基面 (钢板) 表面, 测量在2个垂直方向上的长度, 精确到0.2mm。将待测区域清理干净, 并将拉拔头用环氧胶粘接在待测铺装层表面, 注意不要让胶液流淌到切口内, 待环氧粘接胶干透后进行拉拔测试。在测试过程中, 拉伸载荷保持恒定, 拉应力按照 (35±15) kPa/s的速率均匀加载, 直至发生破坏。
在拉伸应力的作用下, 不同的界面破坏模式如图4所示。其中, 状态a为基层破坏;状态b为铺装层和基层脱离;状态c为铺装层破坏;状态d为拉拔头与铺装层间粘接胶脱离。试验中, 只有发生状态b的破坏被认定为铺装层的粘接强度, 拉伸粘接强度值 (MPa) 为断裂时拉应力 (N) 与测试试样面积 (mm2) 的比值。
1.3 变形性试验
钢结构具有较强的导热性, 在铺装界面处, 使用环境下易出现极高温或极低温的情况, 尤其是钢箱梁结构, 其夏季最高温可达70度以上, 同时, 桥面早晚温差大, 会产生较大的温度应力, 对桥面铺装材料产生严重破坏。试验中安排了不同温度变化下薄钢板的弯曲试验, 钢板尺寸为100mm×500mm×1mm, 在薄钢板的表面涂刷一层1kg/m2的环氧胶, 并撒布4kg左右的耐磨防滑骨料, 待胶固化后, 养护7d后对钢板进行简易弯曲试验, 测试设计温度下其能承受的最大竖向位移[6]。
1.4 铺装系统耐候性试验
尽管环氧胶具有优良的粘接性能, 但自然环境的变化也会对其产生影响而导致粘接性能发生改变。由于路面需承受一年四季昼夜温度周期性的变化, 温度的变化会给材料带来不同程度上的膨胀或收缩变形, 而铺装层与基层材料的热膨胀性能存在一定差异, 当层间温度应力过大时可能会导致脱层, 环氧薄层铺装材料的抗冻融性就显得尤为重要。
冻融试件尺寸为200mm×200mm×50mm, 在薄钢板的表面先涂刷第一层约1kg/m2的环氧胶, 并撒布4kg左右的耐磨防滑骨料, 待胶固化后, 清理第一层多余骨料, 再涂刷第二层约2kg/m2的环氧胶, 并撒布5kg左右的耐磨防滑骨料, 经养护7d后对钢板进行冻融试验。冻融试验的具体步骤是:首先将试样水浴加热至60℃, 并保温1h, 然后取出将试样直接放到-20℃冰柜中保温7h, 取出后直接放到60℃水浴升温中保持1h。通过冷冻-解冻循环, 观察不同循环次数后试样界面粘结区的情况, 以此评价抗冻融性能, 并记录20次冻融后试样的拉拔强度结果[7]。
2 试验结果分析
2.1 拉伸试验结果
图5~图7是环氧胶空白样Blank、自制改性环氧粘接胶EM-Co及市场上某环氧胶黏剂X1的拉伸试验结果。从图中可以明显看出, 经过改性后的环氧胶EM-Co较传统的环氧胶Blank具有更高的断裂延伸率和更低的断裂载荷。同时, 通过对环氧胶的改性, 大大降低了环氧胶的抗拉弹性模量, 从原有纯环氧的2.8GPa降到了214 MPa, 增强了对钢板变形的随从性能, 改善了桥面铺装层因应力变形而产生的抗疲劳破坏, 大大延长了铺装层的使用寿命。改性后环氧胶提高了固化产物的柔韧性能, 表现为断裂伸长率增加, 弹性模量下降。X1试样则表现出更为优异的拉伸变形能力, 表现为更大的拉伸伸长率109%和更低的弹性模量12MPa, 试样经历拉伸断裂后能恢复原有的拉伸变形, 然而, 拉伸强度却仅为1.5 MPa, 远远低于标准中13.8MPa的拉伸强度下限的要求[2]。改性组分中引入的长链段分子降低了环氧树脂的内聚强度, 导致固化产物的抗拉强度降低。
掺入活性增韧剂、选择链段较长的固化剂对固化产物柔韧性能的改善相当显著, 当被选择掺入到环氧树脂中, 参与固化反应时, 会在环氧树脂的交联结构中引入了柔性良好的分子链段, 很大程度上提高了环氧交联网络的自由活动能力, 极大地改善了固化产物的柔韧性能。
2.2 抗压试验
环氧树脂胶具有较好的拉伸变形能力的同时, 应具有适宜的机械性能, 合适的抗压强度, 能够使铺装材料具有更好的承载性和抵抗车辙变形的能力。随着骨料的加入, 环氧树脂体系粘度增加, 弹性模量逐渐增大。
环氧胶抗压试验结果见表1。未经过改性的纯环氧胶空白样表现出最大的抗压强度值为75.1 MPa, 对比试样EM-Co抗压强度值为40 MPa, 而X1样无有效强度数据。从拉伸试验过程可以明显看到, 柔韧性、拉伸伸长率很大的对比样X1, 机械强度却很低, 抗压试验中当受到较低荷载时, 即出现弹性变形, 随着载荷增加, 试件出现明显压缩变形, 而并未出现开裂破坏。试验样EM-Co的抗压强度值为40 MPa (大于标准中34.5MPa的要求) [2], 要低于纯环氧的抗压强度, 但具有更好的拉伸伸长率和更低弹性模量, 可见, 经过改性的自制样品各项综合性能更加均衡。
2.3 粘接试验
拉拔强度试验反映了环氧树脂胶与钢板层的粘接力的大小, 粘接力过小, 铺装层与钢板粘接不牢, 将出现脱落、剥离等现象。表1中记录了各试样在不同温度下的粘接强度, 从试验结果可以看出, 各环氧树脂胶在低温环境下粘接强度最大, 常温次之, 而高温环境下粘接强度最小, 且较常温下降明显。可见高温环境会对改性环氧材料的粘接性能产生较大的影响, 试样的粘结强度对温度存在依赖性[8]。
同时, 可以看到未经改性的环氧胶Blank常温粘接强度最低, 但随温度变化粘接强度变化不大。X1试样则表现出最大的高温损失率59.4%和最大的低温增长率21.9%, 可见X1试样对温度的依赖性更为显著。
2.4 温度变形试验
为了评价铺装层与钢板的变形随从性, 在薄钢板表面各涂刷一层1kg/m2的环氧胶, 并撒布4kg左右的耐磨防滑骨料, 固化后经 (23±2) ℃养护7d, 均分别放置于-10℃、70℃的环境箱及室温23 ℃环境中24h, 拿出后立即对钢板进行弯曲试验, 测试设计温度下其能承受的最大竖向位移 (以听到清脆的开裂声为试验结束点) 。
从试验结果看, 在室温及高温条件下, 各涂覆层与钢板有良好的变形随从性, 但是随着温度的降低, 薄钢板的弯曲度明显有所降低, -10 ℃ 的环境条件下, EM-Co试样表现出最好的低温随从性, 竖向位移达到最大量程70mm, 仍未出现开裂, 图9所示。反观空白试样, 竖向位移为37mm出现竖向裂缝, X1试样则在23mm的竖向位移下即发生开裂变形, 并沿裂缝横向发生脱离, 如图10所示。可见, EM-Co具有更为良好的各环境温度下的随从变形性能, 更适宜在-10~70 ℃环境下使用。
2.5 耐候性试验
试样在经历20次的冻融循环后, 试件表面和界面均未观测到裂缝, 仅面层骨料在冻融循环过程中出现了少量的脱落。但冻融后各试样的粘结强度均出现了一定程度的降低, 其中, EM-Co试样降幅最小为28%, Blank样居中为37%, 对比试样X1最大为41%, 且为铺装层层间破坏。试验表明环氧铺装材料EM-Co具更为优良的抗冻融性能。
3 应用
现在国内仅有为数不多的关于桥面薄层环氧铺装材料的研究及应用[8,9,10,11], 且尚无关于此方面的国家标准。论文在参考及借鉴国内外同类研究成果的基础上认为, 一般用于桥面薄层环氧铺装的环氧胶黏剂抗拉强度应≥12 MPa, 断裂伸长率应≥30%[10], 常温粘接强度应≥2 MPa。
文中所研制的薄层环氧材料已成功应用于武汉某市政桥梁非机动车道钢桥面拓宽提质改造中。其施工步骤如下:原有旧桥面表面处理 (破除、除锈、封底等) →接缝处理→涂刷第一层环氧胶→撒布耐磨骨料→养护→清理回收骨料→涂刷第二层环氧胶→撒布耐磨骨料→养护→清理回收剩余骨料→开放交通→恢复交通→一周左右回收面层剩余骨料, 图13为现场钢桥面薄层环氧覆层铺装完工后实景图。在环氧覆层完成铺设一周后, 对铺装层进行了粘接性能的现场测试, 从图14中可以看到, 破坏主要发生在近界面处, 即属铺装层与基层脱离, 有少量环氧胶和骨料残留在钢板面, 铺装层的拉拔强度均值为3.7 MPa, 实际应用效果良好。
4 结论
a.未经增韧改性的环氧胶拉伸弹性模量很大, 拉伸伸长率很小, 脆性大, 与钢板随从性差, 不适合作为钢桥面的薄层铺装用粘接材料;经过增韧改性的环氧胶具有较低的弹性模量, 适宜的拉伸伸长率、抗拉强度和粘接强度, 适合作为钢桥面薄层铺装的粘接材料。
b.环氧胶与钢板间的粘接特性会受到环境温度的影响, 在-10 ℃低温环境下, 粘接强度要略高于室温环境, 而在70 ℃高温环境下, 粘接强度较室温环境下降明显。
c.环氧胶会受到环境冻融的影响, 粘接强度会存在一定程度损失, 但不会因温度变化而产生粘结失效、集料脱落和脱层等严重问题, 具有适宜的耐候性能。
d.针对环氧覆层铺装制定了相应的施工工艺, 经过工程实践证明, 该施工工艺简便可行, 现场测试结果表明, 在不增加桥面荷载的情况下, 环氧覆层与钢桥面基材粘接牢固, 具有优异的防滑耐磨性能, 能够达到预期效果。
参考文献
[1]彭勃, 冯李, 黄燎.桥面防滑薄层弹性环氧胶黏剂的研究[J].湖南大学学报 (自然科学版) 2014, 41 (4) :67.
[2]ACI 548.8, Specification for Type EM (Epoxy Multi-Layer) Polymer Overlay for Bridge and Parking Garage Decks.
[3]ASTM D638-10, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.
[4]ASTM C778-13, Standard Specification for Standard Sand.
[5]ASTM C1583/1583M-13, Standard Test Method for Tensile Strength of Concrete Surfaces and the Bond Strength or Tensile Strength of Concrete Repair and Overlay Materials by Direct Tension (Pull-off Method) .
[6]李星星, 李宇峙, 邵腊庚, 等.耐高温环氧树脂胶粘剂在钢桥面粘结层中的应用试验研究[J].公路, 2007, 1 (1) :164.
[7]王兴昌, 王凯, 范瑛, 等.环氧薄层铺装材料耐候性试验研究[J].建材世界, 2015, 36 (3) :69.
[8]Mo L T, Fang X, Yan D P, et al.Investigation of Mechanical Properties of Thin Epoxy Polymer Overlay Materials upon Orthotropic Steel Bridge Decks[J].Construction and Building Materials, 2010 (33) :41-47.
[9]胡宏源, 申茂枝, 盛大文, 等.桥面环氧抗滑铺装层间粘结拉拔试验分析[J].建材世界, 2013 (34) :45-48.
[10]赵锋军, 李宇峙.钢桥面薄层环氧树脂混凝土铺装材料路用性能试验研究[J].公路, 2010 (2) :74-78.
混凝土耐磨性试验研究 篇4
关键词：超声回弹;综合法检测;混凝土强度试验
引言
超声回弹综合法是利用超声仪和回弹仪，测试混凝土的超声声速值和回弹值，然后根据超声回弹综合法测强公式推算混凝土强度的一种方法。无破损试验方法的优越性较传统的破损试验方法就更为突出。因此，对无破损试验方法这项新技术的研究就具有更大的现实意义和广阔的发展前景。
1.超声回弹综合法检测结构混凝土强度的原理及特点
回弹法测试因其仪器价格便宜，试验费用低廉，操作简单方便，不受构件特征限制等优点，在国内外工程的质量检验、质量监督、事故处理和工程扩建中得到了更广泛的应用。因此，用单一的物理指标必然难以全面的反映这些要素，更不能确切地反映强度值。所以人们就想到用较多的指标综合反映混凝土强度，这就是超声-回弹法的基本设想。以回弹代表值体现混凝土结构的表观强度，以超声波声速代表值、幅值及频率值变化体现混凝土内部强度和缺陷程度。由于回弹法是利用混凝土的抗压强度与其表面硬度之间所存在的一定关系来测定混凝土表面的强度，随着龄期的增长，混凝土表面的氢氧化钙与空气中的二氧化碳起化学反应，超声-回弹法就是采用超声仪和回弹仪，对结构混凝土同一测区分别测量声速和回弹值，然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土的强度。但是这种方法容易受环境设备等因素的影响，因此它的准确程度也比钻芯法要低，而近几年来，利用超声回弹综合检测法对其混凝土强度进行评定，较以前有了很大的提高。混凝土表面的湿度对回弹值有显著影响。湿度越大，回弹值越低，而对超声来说，声波在水中的传播要比在空气中传播速度快，可部分抵消影响，但这种影响随混凝土强度的提高而变小。单一的回弹法和超声波检测会受到多种因素的影响，而综合法能够减少一些因素的干扰，比较全面的反映整体混凝土构件的质量，所以对提高混凝土无损检测的质量具有明显的效果。因此这种方法不能反映出混凝土内部的质量，在使用中有一定的局限性，从而造成回弹值与实压强度偏差较大。
2.超声波检测仪的技术要求
回弹法检测实际上是测定构件表面硬度，考虑到大量的工程实践中常常碰到一些刚度较低，表面受腐蚀、损伤或无可靠支撑，不适合于回弹法使用的测试对象，采用超声-回弹综合法可以抵消或减少某些因素对混凝土强度的影响，从而提高测强曲线的可信度，使不同条件的修正大为简化。超声回弹综合法检测混凝土构件强度是利用混凝土回弹值、超声声速值等物理量简接推定混凝土强度，而混凝土又是一种多项复合材料，其各种性能必然受外界和各种因素的影响，超声测强的影响因素很多，不管手动还是自动判读声时，在同一测试条件下，测读数值都应具有一定的重复性。重复性越好，说明声时读数越准确可靠，故应建立一个声时测量重复性的检查方法。在重复测试中，首波起始点的样本偏差点数乘以样本时间间隔，即为声时读数的差异。在仪器研制、测试技术及工程质量的实测等方面都取得了较大进步，积累了不少有益的经验，取得了一定水平的科研成果，縮小了与国外同时期先进水平的差距。混凝土中的自由水结冰，体积增大，可导致声速值偏高而产生较大的测试误差。当环境温度高于40℃时，超过了仪器例行的使用温度，因电子元件性能改变，也会产生测试误差。混凝土表面的湿度对回弹值有显著影响。湿度越大，回弹值越低，而对超声来说，声波在水中的传播要比在空气中传播速度快，可部分抵消影响，但这种影响随混凝土强度的提高而变小。在进行混凝土强度的推定时，粗骨料为卵石，粗骨料为碎石，当按单个构件检测时，已该构件各测区强度中的最小值作为该构件的混凝土强度推定值;
3.超声回弹综合法检测混凝土强度的测试方法
3.1回弹法检测混凝土强度检测方法
随着房地产业的发展，对混凝土强度、性能的要求也越来越高，配制高强或高性能混凝土的主要方法之一就是掺加矿物细料，掺加硅灰配制高强混凝土已经是很成熟的方法。回弹值因砼碳化增大而提高。还可以弥补相互间的不足，回弹值法主要以表层的弹性性能来反映砼强度，当构件截面尺寸较大或内外质量有较大差异时，就很难反映混凝土的实际强度。 在每个测区的对应测试面上各弹击8次，二个测试面共测得16个回弹值，精确至1。回弹测试时要求回弹仪的轴线应与试块侧面保持垂直。测点宜在测区范围内均匀分布，超声波计算公式相关性偏差。最重要的一点是可以提高测试精度。
3.2超声波检测混凝土强度检测方法
在早龄期的混凝土中，声速值的增加大于混凝土强度的增加，随着龄期增加，声速的增加要小于强度的增加。超声回弹综合法具有操作简单方便;部分程度上减少了龄期和含水率的影响;内外结合，能够更为全面地反映结构混凝土的质量;具有较高的检测精度。但有时检测精度难以满足要求。当混凝土被测部位只能提供两个相邻表面时，虽然无法进行对测，但可以采用丁角方法检测。即将一对F、S换能器分别耦合于被测构件的两个相邻表面进行逐点测试，两个换能器的轴线形成90°夹角。如果混凝土中含有裂缝，就不能用超声波检测混凝土强度，在检测时，应结合首波形状提高准确度，如果首波形状发生改变，说明混凝土内部存在缺陷，此时就不应继续使用超声声速换算混凝土强度。由于超声回弹综合法能减小一些因素的影响程度，较全面的反映整体混凝土质量，所以对提高无损检测混凝土强度的精度，具有明显的效果。因为综合法强度换算表中超声波声速是以对测的纵波声速回归计算的，如单面平测大部分接受到的是表面波，不能直接查读强度换算表，需要进行修正后使用强度换算表。超声与回弹综合法是以材料的应力应变行为与其强度的关系作为依据。超声的速度主要反映了材料的弹性性质，由于它能穿过材料，所以人们就想到用较多的指标综合反映混凝土强度，这就是超声-回弹法的基本设想。
4.结语
综上所诉：采用超声回弹综合法现场检测混凝土构件强度既能反映构件混凝土的弹性，又能反映其塑性;既能反映其表层状况，又能反映其内部构造。在实际工程应用中具有很大的优越性，进一步改善测强曲线的拟合精度和预测能力是提高该方法检测精度的必要途径。影响因素之多使得这项检测技术还是存在着诸多缺陷。随着人们对建筑质量要求的关注，这种检测技术也有待进一步完善。
参考文献：
[1]吴慧敏.结构混凝土现场检测新技术.长沙：湖南大学出版社
[2]李为杜.混凝土检测新技术.上海：同济大学出版社
混凝土耐磨性试验研究 篇5
据有关数据显示, 约有20%左右的轧辊属于非正常消耗。目前, 降低轧辊消耗的途经主要有以下几种: (1) 采用高速钢轧辊。此类型轧辊能提高轧辊的耐磨性和抗疲劳性能, 提高生产效率和经济效益, 但其轧辊吨钢成本高, 为配合整条轧制线的轧辊强度和性能的需要, 其适用的轧辊架次和范围有一定程度的限制, 适用范围狭窄。 (2) 扩大辊径或轧辊孔型设计改造。此方法可行度较高, 但效率较低, 适于长期的降低辊耗的需求, 孔型设计的优化改造也有一定的技术局限性。 (3) 提高轧辊的综合管理能力。通过不同规格轧辊的循环利用、冷却润滑、轧辊的保养维护以及轧辊的再修复加工等方法, 提高轧辊的使用周期。此方法可行度较高, 适用范围也较广。长期综合管理的有效模式利于控制轧辊的成本消耗。
山东钢铁股份有限公司济南分公司 (以下简称“济钢”) 第一小型轧钢厂引进了一种新轧辊表面处理方法, 即豪克能技术。
1 豪克能技术原理
豪克能是一种由电能转换的、高频 (频率是30 k Hz) 、高能量密度 (是超声波能量的40倍) 的, 且振幅很小的超声波能和冲击能的复合能量。
豪克能设备工作原理:利用金属在常温状态下的冷塑性的特点, 将豪克能应用在零件表面, 对零件表面进行无研磨剂的研磨、强化和微小的形变处理。
豪克能对零件具有冷、热加工双重作用: (1) 降低表面粗糙度:Ra可达0.05μm; (2) 零件表面显微硬度提高20%以上, 表面晶粒细化; (3) 改变零件原有的应力场, 将拉应力转化为理想可控的压应力, 耐磨性提高50%以上, 疲劳寿命提高几十倍; (4) 豪克能技术基础上的加工是能量加工, 不去除零件表面材质, 不但不产生应力而且调节原有应力场, 将零件原有的拉应力转换为可控的压应力, 提高零件的疲劳寿命。
豪克能加工前后样品横断面金相组织照片对比如图1、图2所示。豪克能加工金属表面微观结构细化分析如图3、图4所示。由图可以看出:豪克能加工后表面形成了塑性流变组织, 变形层厚度约为200μm;通过这种特殊塑性变形方式可以使材料表层附近的晶粒细化至纳米量级;晶粒细化层具有高强度、高硬度、高延展性和韧性以及优异的耐磨耐蚀性等[1]。
2 应用试验
2.1 轧制工艺及设备
济钢第一小型轧钢厂主要产品是钢筋混凝土用热轧带肋钢筋, 规格为Φ12~Φ40mm。
产品工艺流程:坯料准备→坯料加热→粗连轧→中连轧→精连轧→倍尺剪切→冷却→定尺剪切→分检→包装→入库。
棒材生产线有18架轧机, 粗轧区域平立交替6架、中轧区域6架、精轧区域6架。
2.2 试验产品
此次试验规格Φ22 mm、Φ25 mm螺纹钢,
2.3 试验轧辊
实验轧辊为连轧线上精轧区域的第一道, 也就是通用K4架, 轧辊的孔型断面如图5所示。K1成品线轧制速度为17.5m/s (Φ22 mm) 、15.5m/s (Φ25 mm) , 钢坯出炉温度是1000~1030℃。实测K4架次轧制速度为7.468m/s (Φ22 mm) 、6.850m/s (Φ25 mm) ) , 钢坯温度在700℃左右。
试验辊参数:
(1) 辊身直径:Φ360mm;
(2) 辊身表面硬度:HS45~46;
(3) 表面粗糙度:Ra1.1~1.3;
(4) 轧辊材质:镍铬钼铌球墨 (Ⅱ) 离心复合铸铁;
(5) 主要化学成分如表1所示。
2.3.2 豪克能加工轧辊过程
将轧辊置于豪克能轧辊数控车床上找正, 四爪夹紧轴头端, 中心架支撑辊颈, 尾座顶尖顶紧轧辊中心孔。机床加工线速度33m/min, 纵向走刀量0.3mm/r, 豪克能刀具接触压力0.6MPa (气动压力) , 加工部位为辊身孔槽及过渡圆弧。先从右端孔槽开始, 依次向左, 单根轧辊加工时间90 min, 两根辊合计加工时间180 min。
2.3.3 豪克能加工轧辊情况
(1) 辊身尺寸:Φ359.98mm (在原先尺寸基础上减0.02mm) ;
(2) 辊身表面硬度:HS55~56 (提高20%以上) ;
(3) 表面粗糙度:Ra0.36~0.37;
(4) 孔槽深度尺寸:沿圆周方向均分三点, 用深度尺测量, 数据取平均值, 结果如表2所示。
3 试验结果对比
3.1 使用豪克能技术处理的轧辊
(1) 孔槽使用后深度尺寸减去孔槽使用前深度尺寸就是实验周期内每个孔槽的磨损值, 磨损值如表3所示。
(2) 正常情况下在一个孔槽上轧制的钢材越多, 该孔槽磨损的就越严重。轧钢量与孔槽磨损值的比值越大, 说明该孔槽的耐磨性和抗疲劳性能越好。每个孔槽轧钢量与孔槽磨损值的比值如表4所示。
3.2 未使用豪克能技术处理的轧辊
孔槽磨损值如表5所示, 孔槽轧钢量与孔槽磨损值的比值如表6所示。
3.3 对比分析
3.3.1 轧钢量与磨损值比值
实验轧辊和未用豪克能加工轧辊孔槽的轧钢量与孔槽磨损值比反映了孔槽的耐磨性和抗疲劳性能:比值越大, 孔槽的耐磨性和抗疲劳性能越好;比值越小, 孔槽的耐磨性和抗疲劳性能越差。轧钢量与孔槽磨损值比柱状图见图10。
由图10可以看出:
(1) 同样的情况下, 上轧辊孔槽的磨损比下轧辊孔槽磨损更严重, 这是因为在轧制毛坯的过程中, 上轧辊孔槽与毛坯接触的力更大, 磨损也更严重。
(2) 同样的情况下, 轧制Φ22 mm毛坯比轧制Φ25 mm毛坯孔槽磨损更严重, 这是因为轧制Φ22 mm毛坯时, 毛坯滑动速度大于轧制Φ25 mm毛坯的速度, 轧辊孔槽与毛坯接触的面积小于轧制Φ25 mm毛坯。
(3) 用豪克能加工轧辊孔槽的轧钢量与孔槽磨损比值均大于未用豪克能加工的轧辊孔槽的轧钢量与孔槽磨损比值。
3.3.2 耐磨性和抗疲劳性能对比
用豪克能加工后轧辊孔槽耐磨性和抗疲劳性能好于未用豪克能加工的孔槽, 图11是耐磨性和抗疲劳性能比较的柱状图, 柱形长度差越大, 耐磨性和抗疲劳性能越好。
3.3.3 综合对比分析
使用豪克能加工后, 孔槽轧钢量与孔槽磨损值平均值:上轧辊孔槽为2878.76, 下轧辊孔槽为3425.37;未用豪克能加工轧辊, 孔槽轧钢量与孔槽磨损值平均值:上轧辊孔槽为1142.74, 下轧辊孔槽为1183.04。其比较柱状图见图12。
由图12可以看出, 豪克能加工后, 上轧辊孔槽耐磨性和抗疲劳性能提高了151.92%, 轧辊孔槽耐磨性和抗疲劳性能提高了189.54%。
4 结论
豪克能技术能有效提高热轧辊孔槽耐磨性和抗疲劳性能1.5倍以上, 从而使轧辊消耗得以有效降低, 轧辊的使用寿命延长。
参考文献
混凝土耐磨性试验研究 篇6
Keywords: short columnbasalt fiber reinforced plastic seismic behaviors
0 引言
玄武岩纤维（BFRP）是一种新型无机纤维材料，是用火山爆发形成的一种玻璃态玄武岩矿石，经高温熔融后快速拉制而成的纤维。BFRP力学强度高，化学稳定性好、热稳定性高、耐疲劳性能优异、高电绝缘性能以及对电磁波的高透过性，并具有成本低廉的优势，是继碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）之后极具潜力的工程加固材料[1]。
在建筑修复、加固和更新领域中，吴刚[2]等进行了玄武岩纤维丝束缠绕与碳纤维布包裹加固圆柱和方柱在低周反复荷载下的对比试验，证实了玄武岩纤维加固对提高混凝土柱抗剪承载力、延性及耗能能力的有效性，指出玄武岩纤维丝束缠绕加固能够显著提高混凝土柱的抗剪承载力，改变试件的破坏形态，在相近侧向约束刚度下，玄武岩纤维加固对柱承载力的提高及延性、耗能等结构性能的改善都能够达到，甚至超过CFRP加固柱，BFRP加固混凝土柱具有更好的抗震性能。
李志强等[3]，对6根混凝土梁进行了抗剪加固试验研究，通过分析加固后梁的破坏特征、抗剪承载力，证实了采用玄武岩纤维对混凝土梁进行加固能延缓斜裂缝的出现，约束斜裂缝的发展，从而提高梁的抗剪承载能力、刚度以及变形能力。同等条件下，该试验方案比采用碳纤维加固更加经济。麻建锁等[4]采用玄武岩纤维布对6根混凝土偏压柱进行加固试验研究，试验结果表明：玄武岩纤维加固偏压柱的极限承载能力和变形能力都得到了明显提高。
本文针对工程中大量存在的混凝土短柱现象，在国内外现有研究成果的基础上，进行了玄武岩纤维布加固矩形截面混凝土短柱的抗震性能试验研究。对1根对比柱和2根全长用玄武岩纤维布加固的无损伤混凝土短柱进行低周反复荷载试验。主要考察不同加固量的混凝土短柱的受力性能，包括各试件破坏模式、水平承载力、刚度、延性和能量耗散能力及各指标随加固量的变化规律，试件受载过程中各种材料的应变变化，并对试验现象进行分析。
1试验概况
1.1 试件制作及加固方案
本研究共制作3个钢筋混凝土短柱，分别为1个标准柱，2个玄武岩加固柱，试件编号为S-0，S-B2，S-B3，分别表示不包裹、包裹2层和3层玄武岩纤维布加固。所有试件的混凝土设计强度等级为C30，混凝土保护层厚度均为30mm，各短柱试件的尺寸及配筋形式均相同。短柱截面尺寸为300mm×300mm，柱高为1000mm。为了防止试验时柱根部与底座交界刚度突变处因应力集中而过早破坏，对柱上下根部100mm范围内的箍筋配置给予了特别加强（此区段不作为试验区段），则试验柱的有效长度为800mm。具体设计尺寸见图1。
图1 试件结构设计详图
用玄武岩纤维布对短柱进行环向包裹加固过程中，需要将主体和玄武岩纤维布粘贴牢固，以获得较好的加固效果，整个过程分为以下五个步骤：1、首先要对混凝土主体的剖面、表面等进行底面处理；2、用预涂胶提高混凝土表面强度，提高混凝土主体和环氧树脂的粘贴性；3、为了防止混凝土表面和玄武岩纤维布间留有空气和胀起，主体表面必须平滑，轻微凹凸、针孔等，要用粘脂材料进行平整处理；4、树脂底涂装时最重要的是涂到所要量并均匀；5、在底涂树脂上粘贴玄武岩纤维布，加固混凝土主体。试验所用玄武岩纤维布材料性能见表1。
表1 试验所用玄武岩纤维布材料性能
玄武岩纤维布材料性能
抗拉强度（MPa）2100
弹性模量（MPa）91000
延伸率2.6%
厚度（mm）0.170
1.2 试验加载制度及数据测试
试验中竖向荷载分三次加载，每级荷载200kN，竖向荷载恒定为600kN。每级竖向荷载加载完毕后恒定两分钟然后再次加载，竖向荷载在整个试验过程中保持恒定。试验过程中采用相同的轴压比0.46，相同的剪跨比2.96。水平加载程序采用荷载-变形双控制的加载制度：短柱纵筋屈服之前采用荷载控制并分级加载，控制荷载为每级20kN，每级荷载稳定3分钟后测量数据。每级加载、卸载、反向加载、再卸载循环一次。当柱内任意一根纵筋屈服后采用变形控制，此时的位移Δy作为屈服位移并以此屈服位移的0.5倍作为控制条件加载。每级位移反复循环3次，直至最大位移控制下的水平力下降到峰值荷载的85%，此时认为短柱破坏，试验结束。
所测数据包括：水平荷载-变形滞回曲线；通过位移计测量150mm和300mm高度的柱截面转角；沿45°方向布置两个位移计测量短柱受载过程中的斜向位移值；测量柱内纵筋、箍筋应变及混凝土表面和纤维布应变；在试验过程中实时记录试验现象并描绘裂缝开展情况。
2 试验结果及分析
2.1 试件破坏模式
试件的破坏模式如图2所示，为加固短柱为典型的脆性剪切破坏；2层玄武岩和3层玄武岩加固的短柱已经成功转化为弯剪破坏。
图2 短柱破坏模式
1）S-0（未加固标准柱）
当水平力加至120kN时，左侧下部竖向钢筋应变开始屈服。当水平力达到140kN时，左侧柱底出现水平裂缝。位移控制阶段，当位移曾至8mm后的第三个循环，柱背面右侧下方柱脚处开裂且在背面出现细微交叉斜裂缝；当位移增至12mm后，第一个循环中部正面出现斜裂缝并向下伸展，背面斜裂缝继续开展。12mm第二个循环，正面开始出现较多的交叉裂缝，背面交叉裂缝继续增多。当位移增至20mm后，正面、左侧面角部混凝土均压碎、脱落并伴有较大的开裂声。当位移增至24mm后，混凝土沿斜裂缝方向突然破坏，箍筋拉断。构件破坏没有明显的征兆，属于明显的剪切破坏。
2）S-B2（2层玄武岩纤维加固短柱）
当水平力推至160kN时，纵筋进入屈服状态，试验从水平力控制加载阶段转入位移控制阶段。位移为10mm时，柱表面纤维无任何应力集中现象，柱没有明显的变形，局部玄武岩纤維横向紧绷。当位移增至20mm后，角部玄武岩纤维开始开裂推拉过程中有噼啪声、混凝土有低沉轰声，左右侧柱底中部碳纤维鼓起且正面、背面碳纤维愈加紧绷。当位移增至25mm时，推拉过程中混凝土轰声增大，内部混凝土已经破坏，柱有明显弯曲变形，正面下部玄武岩纤维沿水平方向出现白色条纹，说明此处碳纤维有沿水平方向开裂迹象。当位移增至37mm后，角部玄武岩纤维开裂剥离，主要纤维白色条纹已基本贯通，承载力下降至128KN，承载力退化超20%，此时可认为构件已经破坏。试验后撕开玄武岩纤维发现：混凝土有较多交叉斜裂缝，纵筋压曲，混凝土碎裂。从实验现象判断构件S-S2的破坏形态为弯剪破坏。
3）S-B3（3层玄武岩纤维加固短柱）
S-B3试件的破坏模式与S-B2试件大致相同，在此不再累述，且从实验现象判断构件S-B3的破坏形态为弯剪破坏。
2.2 峰值荷载及延性分析
各试件的峰值荷载、极限位移及延性系数见表2。其中，峰值荷载为整个加载过程的最大水平荷载，极限位移定义为水平荷载下降至0.85倍峰值荷载时所对应的侧向位移，延性系数为极限位移与该试件屈服位移的比值。
表2 各试件柱端加载极限位移和极限荷载
柱编号S-0S-B2S-B3
极限承载力（kN）正向165.85160.95166.80
反向144.70176.55181.40
平均155.28168.75174.10
提高程度8.67%12.12%
屈服位移/極限位移（mm）8/2410/3710/38
极限位移提高程度---54.17%58.33%
破坏模式剪切弯剪弯剪
玄武岩纤维的加固有效地提高了试件的抗剪承载力，抗剪承载力的提高为改善、转变试件的破坏模式成为可能，从脆性剪切破坏转变到带有延性弯剪破坏。玄武岩纤维布加固短柱后的极限承载力提高不明显，最大提高程度也只能达到12.12%，但是用纤维布加固短柱后极限位移的提高较为明显，用3层玄武岩纤维布加固短柱后的极限位移提高58.33%。同时，对比S-B2、S-B3发现加固量的增加对提高混凝土短柱的极限荷载、极限位移作用不明显。
3 结论
本文基于国内外已有玄武岩纤维（BFRP）研究，应用BFRP对短柱进行加固处理。研究1根对比柱和2根全长用BFRP加固的无损伤混凝土短柱低周反复性能，探讨BFRP对于短柱抗震性能的作用效果。试验结果表明：BFRP加固短柱的极限承载力提高不明显，最大提高程度为12.12%，但BFRP加固短柱的极限位移提高较为明显，用3层玄武岩纤维布加固短柱后的极限位移提高58.33%。同时，加固量的增加对提高混凝土短柱的极限荷载、极限位移作用不明显。
参考文献
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