基于沸煮法的矿渣粉活性指数快速检测试验研究

周 维， 曹黎颖

(上海宝钢新型建材科技有限公司， 上海 201900)

矿渣粉作为混凝土的重要组成之一，其质量好坏将直接影响混凝土工程质量.按照GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中矿渣粉活性指数的检测方法，产品最终等级需要 28d 后才能完全明确，从而容易引起矿渣粉生产厂家与用户之间的质量异议[1]，因此需要一种能快速检测矿渣粉质量的方法来确保工程质量[2].对于水泥而言，目前已有JC/T 738—2004《水泥强度快速检验方法》建议的55℃温水法、80℃热水法、100℃沸煮法、促凝压蒸法和热烘养法等，通过促进水泥试件早期水化过程并形成一定强度[3]，分析推定与其正常养护28d所得抗压强度的关系，以此来预判水泥产品质量[4].其中的沸煮法所需设备简单、操作容易，一般实验室均能满足试验条件.作为水泥的替代产品，矿渣粉与水泥具有类似的化学组成，因此可以借鉴水泥的沸煮法，找出矿渣粉胶砂试块沸煮后1d的抗压强度与矿渣粉胶砂试块正常养护28d的抗压强度之间的关系，从而可以利用该关系来预测其28d抗压强度及活性指数，用于矿渣粉产品质量的日常管控检测.

1 试验

1.1 试验原材料

矿渣粉：S95级；水泥：P·O 42.5普通硅酸盐水泥；砂：ISO标准砂；水：自来水.

1.2 试验方法

按照GB/T 18046—2008要求成型3组试块(各92块)，其中1组为水泥对比胶砂试块，另2组为矿渣粉胶砂试块，试块规格均为40mm× 40mm× 160mm.3组试块均带模放入(20±3)℃标准养护箱内养护，1d后取出.去除试模后，其中1组水泥对比胶砂试块和1组矿渣粉胶砂试块按照常规方法进行养护和强度检测；另1组矿渣粉胶砂试块放入沸煮箱内的水中，水面高出试块至少10cm，在 0.5h 内把水温升到100℃，并在100℃下沸煮3h±10min后停止加热，待温度冷却至室温(约1h)，按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》进行破型，测试矿渣粉胶砂试块的沸煮法1d抗压强度.

1.3 试验设备

胶砂搅拌机、试模、振实台等均为实验室常规设备.沸煮箱：FZ-31A型全不锈钢雷氏沸煮箱；压力机：YA-300型指针式水泥压力机；抗折机：DKZ-5000型水泥电动抗折机.

2 试验结果与分析

2.1 数据处理理论基础

2.1.1预测公式的建立

利用Excel作数据分析.参照JC/T 738—2004，采用最小二乘法对收集到的有效数据进行处理，建立线性预测公式：

fp,28 d=a×ff,1 d+b

(1)

式中：fp,28 d为预测的矿渣粉胶砂试块28d抗压强度，MPa；ff,1 d为矿渣粉胶砂试块的沸煮法1d抗压强度，MPa；a、b为常数，其具体数值按照JC/T 738—2004附录A给出的公式确定.

2.1.2预测公式的可靠性

为了保证预测结果的可靠性，预测公式建立后，还应按照JC/T 738—2004附录A给出的公式计算相关系数R和剩余标准偏差S.相关系数R应不小于0.75，且越接近1越好；剩余标准偏差S愈小愈好，要求S应不大于所用全部试块28d实测抗压强度fa,28 d平均值fav,28 d的7.0%[5].

2.1.328d抗压强度预测结果的精度

将任一矿渣粉胶砂试块的沸煮法1d抗压强度值ff,1 d代入预测公式(1)，即可得到其相应的28d预测抗压强度值fp,28 d.预测结果的置信区间可以表示为[fp,28 d-2S,fp,28 d+2S]，即所预测到的强度值有95%的概率落在此区间内.

2.2 数据处理及分析

根据2组各92块矿渣粉胶砂试块的沸煮法1d抗压强度与实测28d抗压强度数据，可以得到两者的拟合曲线，如图1所示.

图1 矿渣粉胶砂试块28d抗压强度的快速推定图Fig.1 Fast presumption graph of 28d compressive strength for slag powder mortar specimens

由此可得到矿渣粉胶砂试块28d抗压强度预测公式：

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

(2)

预测公式建立后，根据相关系数R和剩余标准偏差S计算公式计算得到：R=0.7547，S=1.1389， 28d 平均抗压强度fav,28 d=52.13MPa.

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

2.3 公式应用

矿渣粉胶砂试块的28d活性指数A28 d按下式计算：

A28 d=(fp,28 d/fc,28 d)×100%

(3)

式中：fc,28 d为水泥对比胶砂试块28d抗压强度，MPa.

假设某矿渣粉胶砂试块的沸煮法1d抗压强度ff,1 d为24.0MPa，水泥对比胶砂试块的28d抗压强度fc,28 d为52.0MPa.则根据式(2)可以计算出该矿渣粉胶砂试块28d抗压强度预测值fp,28 d为52.0892MPa，且数值有95%的概率落在[52.0892-2×1.1389， 52.0892 +2×1.1389]之内，保留1位小数即为[49.8，54.4]之内；根据式(3)可以算出矿渣粉28d活性指数A28 d，且该指数有95%的概率落在[95.8%，104.6%]之内.

3 结论

与其他方法相比，沸煮法对于温度和压力的控制没有特别要求，所需设备一般矿渣粉生产企业均能配置，且操作方便.根据所得到的强度预测公式，可以利用矿渣粉胶砂试块的沸煮法1d抗压强度对其28d抗压强度进行预测，且预测结果具有较高的精度和可靠性.虽然影响快速检测的因素很多，而且按照标准规定，沸煮法无法直接替代常规检测，但它可作为日常检测的一种辅助方法，对矿渣粉质量进行预先判断，确保矿渣粉产品质量合格率，对于日常生产中矿渣粉质量控制具有较大的实用意义.