廢鐵質混凝土的抗壓性能試驗研究

王 洋 楊敬林 諶思瑤 周福星 周志華 汪 勇(湖南農業大學工學院，湖南 長沙 410128)

1 引言

混凝土是一種性能很復雜的組合材料，主要由水泥、沙子、石子和水按照一定的比例拌和而成，凝固后堅如磐石，受壓性能好。特別是混凝土結構在雙向壓力和三向壓應力作用下，混凝土的強度和變形均有極大提高，實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度和變形能力。

當前，混凝土結構的發展極為迅速，從新材料、新技術的研究、開發和推廣應用到工程結構物的建造，均取得了驚人的巨大成就。為此，研究混凝土的各項力學性能一直成為各國工程技術人員的重要課題，高強、輕質、耐久、抗震、抗爆、抗沖磨始終成為研究和發展的方向[1]。但是，對于在混凝土中加入廢鐵釘類物質在國內外的研究中很少見，加入廢鐵釘類混凝土的構件更是少之甚少，基于日常生活中有大量的廢棄鐵質，主要包括鐵釘、圖釘、訂書機訂、U形釘、回形釘等，這些物質目前主要是通過廢品回收送至鋼鐵廠繼續加工成各種鋼制品，時間長，環節多，經濟成本大，流轉周期長，社會效益不明顯，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構中，研究混凝土結構的力學性能，這對混凝土的試驗研究有重大意義[2-3]。

2 廢棄鐵質類混凝土配合比設計

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系。混凝土配合比一般應滿足施工中的和易性要求、結構設計所必需的混凝土強度等級和環境條件耐久性的要求等。在混凝土結構中加入一定含量的廢鐵物質，是一種比較新式的混凝土結構，目前研究較為少見。本試驗廢鐵質混凝土設計主要材料之一廢鐵質取自合平村拆遷安置小區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，試驗中采用坪塘牌P.C32.5MPa復合硅酸鹽水泥，天然細骨料為細沙，水直接取用自來水。

本文中的廢鐵質混凝土配合比以普通混凝土配合比設計準則為依據，配合比設計為C：W：S：G=1：0.44：1.27：3.45，根據廢鐵質混凝土中廢舊鐵質含量的不同比例(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，設計要求新拌混凝土的坍落度達到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 廢鐵質混凝土理論配合比

為了便于比較混凝土的各項性能，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，具體做法根據混凝土結構工程施工質量驗收規范(GB/T 50080-2002)[5，6]進行，每組混凝土共澆筑150mm×150mm×150 mm立方體標準試件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，在標準養護條件下養護至28d后進行抗壓強度試驗。試驗過程中混凝土抗壓強度的測定嚴格遵循《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)進行[7]。

3 試驗結果與分析

在上述試驗用廢鐵質混凝土養護條件下達到28d的養護齡期后依照標準試驗方法在建筑結構實驗室電液伺服萬能試驗機WAW-2000上進行抗壓強度試驗[8]，測得的具有95%保證率的抗壓強度大小，如表1、表2所示。

表2 不同摻量廢鐵質混凝土抗壓強度測試結果

表3 數據處理方差分析表

圖1 不同廢鐵質摻量混凝土抗壓強度

圖2 不同廢鐵質摻量混凝土最大試驗荷載

在上述各組立方體標準試件破壞過程和圖1、圖2表明：再生混凝土在試驗過程中破壞形態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，屬于粘結強度破壞；隨廢舊鐵釘摻量的不同，廢鐵質混凝土的強度發生明顯變化，且較明顯地高于初始配合比設計時的C25混凝土立方體抗壓強度標準值；隨廢舊鐵釘摻量的增大，新拌廢鐵質類混凝土的強度也隨之增大，并有較大幅度的提高；在廢舊鐵釘摻量在一定范圍內時，廢鐵質類混凝土的強度雖有較大提高，但是兩者提高的程度相差甚微，僅有當廢舊鐵釘摻量超過一定范圍時，其抗壓強度才有較大幅度的提高。上述實驗結果對于混合型建筑結構中大量的混凝土構件，特別是承重構件的梁、板、柱有著顯著的應用價值，可以節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，促進節約型環保型社會和諧發展。

在3組混凝土中摻加廢棄鐵質后，從試驗數據處理中，我們可以看到廢棄鐵質摻量在0.4%～1.6%時，摻量越多，混凝土抗壓強度越大，最大試驗承載力值越高。本實驗中0.8%摻入量組和0.4%摻入量組在抗壓強度和最大力上數值接近，差異不顯著。分析原因可能是0.4%的鐵釘質量為0.1215kg，0.8%的鐵釘質量為0.243kg，摻入量與混凝土質量相比，均可忽略不計，且差異很小；在實驗配置混凝土中，廢棄鐵質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含量與0.4%摻入量組的含量接近，導致試驗結果數據差異不顯著提高。

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

4 結 語

本文主要進行了對于不同摻入量廢鐵質混凝土標準立方體試件的抗壓強度的試驗研究并做了分析和探索，結論如下。

1)對于預先設定的混凝土配合比，廢鐵質類混凝土的抗壓強度標準值隨廢鐵質摻入量的變化而不同，一般情況下均隨著廢鐵質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時，廢鐵質類混凝土的強度雖有較大提高，但是兩者提高的程度相差甚微，僅有當廢舊鐵釘摻量超過一定范圍時，其抗壓強度才有較大幅度的提高。

3)廢鐵質本身的化學成分主要還是以鐵、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度標準值有降低，反而使其有較大程度的提高，大大改善混凝土的力學性能，為混凝土結構的發展提供了一種新式的混凝土。

5)廢鐵質混凝土中摻入不同量的廢鐵質后，混凝土的密度增大了，混凝土的密實程度和耐磨性均有了一定程度的改善，再結合廢鐵質混凝土的強度提高，使廢鐵質混凝土的應用更加廣泛。

6)廢鐵質混凝土抗壓強度試驗的影響因素主要包括廢鐵質摻入量、配合比、粗細骨料的粒徑、水灰比、試驗條件等。

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

[2]張肖霞.關于不同摻量粉煤灰對混凝土強度的影響[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,混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

[6]GB/T50107-2010,混凝土強度檢驗評定標準[S].

[7]GB50010-2010,混凝土結構設計規范[S].

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

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