基于沸煮法的礦渣粉活性指數快速檢測試驗研究

周 維， 曹黎穎

(上海寶鋼新型建材科技有限公司， 上海 201900)

礦渣粉作為混凝土的重要組成之一，其質量好壞將直接影響混凝土工程質量.按照GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》中礦渣粉活性指數的檢測方法，產品最終等級需要 28d 后才能完全明確，從而容易引起礦渣粉生產廠家與用戶之間的質量異議[1]，因此需要一種能快速檢測礦渣粉質量的方法來確保工程質量[2].對于水泥而言，目前已有JC/T 738—2004《水泥強度快速檢驗方法》建議的55℃溫水法、80℃熱水法、100℃沸煮法、促凝壓蒸法和熱烘養法等，通過促進水泥試件早期水化過程并形成一定強度[3]，分析推定與其正常養護28d所得抗壓強度的關系，以此來預判水泥產品質量[4].其中的沸煮法所需設備簡單、操作容易，一般實驗室均能滿足試驗條件.作為水泥的替代產品，礦渣粉與水泥具有類似的化學組成，因此可以借鑒水泥的沸煮法，找出礦渣粉膠砂試塊沸煮后1d的抗壓強度與礦渣粉膠砂試塊正常養護28d的抗壓強度之間的關系，從而可以利用該關系來預測其28d抗壓強度及活性指數，用于礦渣粉產品質量的日常管控檢測.

1 試驗

1.1 試驗原材料

礦渣粉：S95級；水泥：P·O 42.5普通硅酸鹽水泥；砂：ISO標準砂；水：自來水.

1.2 試驗方法

按照GB/T 18046—2008要求成型3組試塊(各92塊)，其中1組為水泥對比膠砂試塊，另2組為礦渣粉膠砂試塊，試塊規格均為40mm× 40mm× 160mm.3組試塊均帶模放入(20±3)℃標準養護箱內養護，1d后取出.去除試模后，其中1組水泥對比膠砂試塊和1組礦渣粉膠砂試塊按照常規方法進行養護和強度檢測；另1組礦渣粉膠砂試塊放入沸煮箱內的水中，水面高出試塊至少10cm，在 0.5h 內把水溫升到100℃，并在100℃下沸煮3h±10min后停止加熱，待溫度冷卻至室溫(約1h)，按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》進行破型，測試礦渣粉膠砂試塊的沸煮法1d抗壓強度.

1.3 試驗設備

膠砂攪拌機、試模、振實臺等均為實驗室常規設備.沸煮箱：FZ-31A型全不銹鋼雷氏沸煮箱；壓力機：YA-300型指針式水泥壓力機；抗折機：DKZ-5000型水泥電動抗折機.

2 試驗結果與分析

2.1 數據處理理論基礎

2.1.1預測公式的建立

利用Excel作數據分析.參照JC/T 738—2004，采用最小二乘法對收集到的有效數據進行處理，建立線性預測公式：

fp,28 d=a×ff,1 d+b

(1)

式中：fp,28 d為預測的礦渣粉膠砂試塊28d抗壓強度，MPa；ff,1 d為礦渣粉膠砂試塊的沸煮法1d抗壓強度，MPa；a、b為常數，其具體數值按照JC/T 738—2004附錄A給出的公式確定.

2.1.2預測公式的可靠性

為了保證預測結果的可靠性，預測公式建立后，還應按照JC/T 738—2004附錄A給出的公式計算相關系數R和剩余標準偏差S.相關系數R應不小于0.75，且越接近1越好；剩余標準偏差S愈小愈好，要求S應不大于所用全部試塊28d實測抗壓強度fa,28 d平均值fav,28 d的7.0%[5].

2.1.328d抗壓強度預測結果的精度

將任一礦渣粉膠砂試塊的沸煮法1d抗壓強度值ff,1 d代入預測公式(1)，即可得到其相應的28d預測抗壓強度值fp,28 d.預測結果的置信區間可以表示為[fp,28 d-2S,fp,28 d+2S]，即所預測到的強度值有95%的概率落在此區間內.

2.2 數據處理及分析

根據2組各92塊礦渣粉膠砂試塊的沸煮法1d抗壓強度與實測28d抗壓強度數據，可以得到兩者的擬合曲線，如圖1所示.

圖1 礦渣粉膠砂試塊28d抗壓強度的快速推定圖Fig.1 Fast presumption graph of 28d compressive strength for slag powder mortar specimens

由此可得到礦渣粉膠砂試塊28d抗壓強度預測公式：

fp,28 d=0.5559ff,1 d+38.748

(2)

預測公式建立后，根據相關系數R和剩余標準偏差S計算公式計算得到：R=0.7547，S=1.1389， 28d 平均抗壓強度fav,28 d=52.13MPa.

由于R>0.75并且滿足S/fav,28 d=2.2% <7.0%，因此所建立的公式有效.

2.3 公式應用

礦渣粉膠砂試塊的28d活性指數A28 d按下式計算：

A28 d=(fp,28 d/fc,28 d)×100%

(3)

式中：fc,28 d為水泥對比膠砂試塊28d抗壓強度，MPa.

假設某礦渣粉膠砂試塊的沸煮法1d抗壓強度ff,1 d為24.0MPa，水泥對比膠砂試塊的28d抗壓強度fc,28 d為52.0MPa.則根據式(2)可以計算出該礦渣粉膠砂試塊28d抗壓強度預測值fp,28 d為52.0892MPa，且數值有95%的概率落在[52.0892-2×1.1389， 52.0892 +2×1.1389]之內，保留1位小數即為[49.8，54.4]之內；根據式(3)可以算出礦渣粉28d活性指數A28 d，且該指數有95%的概率落在[95.8%，104.6%]之內.

3 結論

與其他方法相比，沸煮法對于溫度和壓力的控制沒有特別要求，所需設備一般礦渣粉生產企業均能配置，且操作方便.根據所得到的強度預測公式，可以利用礦渣粉膠砂試塊的沸煮法1d抗壓強度對其28d抗壓強度進行預測，且預測結果具有較高的精度和可靠性.雖然影響快速檢測的因素很多，而且按照標準規定，沸煮法無法直接替代常規檢測，但它可作為日常檢測的一種輔助方法，對礦渣粉質量進行預先判斷，確保礦渣粉產品質量合格率，對于日常生產中礦渣粉質量控制具有較大的實用意義.