钢渣粉硅灰混凝土的力学性能及耐久性研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 1 2期 (总 第 3 0 2 期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 4 ( T o t a 1 No 3 0 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材 料及辅 助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 1 2 0 2 6 钢渣粉硅灰混凝土的力学性能及耐久性研究 邓海斌 。王海龙 ,彭琪雯 。 ,孙 晓燕 ( 1 湖州市公路管理局,浙江 湖州 3 1 3 0 0 0 ; 2 浙江大学 建筑工程学院 ,浙江 杭
2、州 3 1 0 0 5 8 3 中国美术学院 风景建筑设计研究院,浙江 杭州 3 1 0 0 1 2 ) 摘要 : 通过试验测试分析了钢渣粉单掺以及与硅灰二元复掺混凝土在不同配合比下的和易性 、 力学性能和耐久性能 , 并基于改 性前后混凝 土微观结构特征的测试分析揭示了钢渣粉单掺以及与硅灰二元复掺对混凝土材料的改性机理。 试验研究结果表明: 钢渣 粉取代混凝土中水泥最适宜的比例是 1 0 , 此时混凝土的力学性能和耐久性能都得到有效的提高, 掺量 2 0 的钢渣混凝土与普通 硅酸盐混凝土各项性能相近。 钢渣粉与硅灰的二元复掺可以使混凝土的力学性能和耐久性得到显著提高。 钢渣粉在混凝土中的作
3、用有两个: 一是作为活性胶凝材料发生水化反应 , 但其活性 比水泥低; 二是微集料效应 , 分散水泥颗粒填充混凝土的孔隙 , 提高混凝 土的密实度 。 关键词 : 钢渣粉 ;硅灰;混凝土;性能 ;机理 中图分类号 : T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 2 0 0 9 7 0 4 M e c h a n i c a l p r op e r t i e s a n d d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e m o di f i e d w i t h s t e e
4、l s l a g a n d s i l i c a f ume DE NGHa i b i n , WANGHa i l o n g 2 , P E NGQi we n 3 S UNXi a o y a n ( 1 H u z h o u H i g h wa y A d m i n i s t r a t i o n , H u z h o u 3 1 3 0 0 0 , C h i n a ;2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e , Z h e j i a n
5、g U n i v e r s i t y , Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8, C h i n a ; 3 T h e De s i g nI n s t i t u t e o f L a n d s c a p eandAr c h i t e c t u r e , C h i n a Ac a d e myo f Ar t , Hang z h o u 3 1 0 0 1 2, C h i n a ) Abs t r ac t : Ex p e rime n t a l s tud y wa s c a r r i e d o u t t o i nv e s
6、t i g a t e t h e ph y s i c a l a nd me c ha n i c a l p r o p e r t i e s, t h e d u r a b i l i t y, a nd t h e mi c r os t r u c t u r e s o f c o n c r e t e mi x e d wi t h d i ffe r e n t pe r c e n t a g e s of s t e e l s l a gAt t he s a me t i me, s i l i c a f ume wa s us e d t o i mp r
7、o ve t h e p e r f o r ma nc e an d t h e mi c r o s c o p i c p r o pe i e s o f s t e e l s l a g c o nc r e t e Th e t e s t r e s ul t s i nd i c a t e t h a t t h e s t e e l s l a g C an be us e d i n c o n c r e t e a s c e me nt i ng ma t e ria l wi t h l o we r a c t i v i ty t h an t h e c
8、 e me n t S t e e l s l a g s u b s t i t u t i n g 1 0 c e me n t b y ma s s i mp r o v e s the me c h a n i c a l p r o p e rt i e s and the d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e Ev e n u p t o 2 0 , the s t e e l s l a g c o ul d b e a d v an t a g e o u s l y b l e n d e d wi t h c e me n t wi
9、t h o ut a d v e r s e l y a ffe c t i n g t h e p e r f o r man c e of c o n c r e t e W h e n t h e mi x t u r e u s e s e q ua l we i g h t p o rti o n o f s t e e l s l a g a nd s i l i c a fume, the s t r e n g t h an d t he d ura bi l i t y o f c o n c r e t e a r e i mp r o v e d d r a ma t i
10、 c a l l y S t e e l s :a g po wd e r h a s t wo f a v o r a b l e e ffe c t s o n t he c o n c r e t e pe r f o rm anc e F i r s t l y, s t e e l s l a g C an a c t a s an a c t i v e c e me n t i t i o us ma t e r i a l t o i mp r o v e t h e h y d r a t i o n r e a c t i o n i n c o n c r e t e ,
11、 b u t i t s a c t i v i ty i s l o we r t h a n t h a t o f c e me n t S e c o n d , S t e e l s l a g p o wd e r c a r l a c t a s mi c r o a g g r e g a t e, whi c h d i s pe r s e s t h e c e me n t p a r t i c l e s, fil l s t h e p o r e s , a n d i mp r o ve s t h e c o mp a c t n e s s o fc
12、o n c r e t e Key wor ds ;:s t e e l s l a gpo wd e r ; s i l i c a f ll l T l e; c o n c r e t e; pe r f o rm anc e; me c h a ni s m 0 引 言 据统计显示 , 我国 2 0 0 5 年钢渣 、 铁渣产量已达 1 6 5 亿 t , 综合 利用率却只有 5 0 _ l 1 , 其余部分基本做堆积处理 , 这不 仅严重 污染 了环境 , 同时也造成资源的浪费 。 在 日本 、 美 国 等发达 国家 , 钢渣 的利用率 总体较 高 , 主要用途是作为道 路工程用混凝
13、土集料 、 作 为水 泥混 合材 、 或者用于改 良土 壤性质和作冶金炉料等圆 。 相 比较而言 , 近几十年来 钢渣 的 综合利用在我 国受到了重视 , 在钢渣做水泥原料及混凝土 细掺合料方 面的研究和应用走在了世界前列 。 目前国内外 研究表明 : 钢渣粉作为细掺料在混凝 土中使用无安定性 问 题 , 与普通 昆 凝 土相 比 , 钢渣混凝 土的抗压强 度略高或相 差不大 , 弹性模量较高 , 且干缩性能较低嗍 。 但是 , 目前直接将钢渣磨细后形成 的钢渣粉作为混凝 土掺合料或替代混凝土中水泥的研究还处于起步阶段 , 亟 待 深入开展 。 而且 , 钢渣粉单独作为混凝土掺合料有时还 不满
14、足工程的实 际要求 , 需要与其他具有火 山灰活性 的掺 合 料复掺来 提升混凝 土的性能 。 因此 , 本试验基于磨细钢 渣粉混凝土的力学性能和耐久性研究 , 确定钢渣粉替代水 泥的最佳配合 比及含量 , 并 利用硅灰对较佳掺量的钢渣粉 混凝土进行性 能提升 , 最后 根据材料的细微观结构特征来 探讨钢渣粉硅灰对混凝土的改性机理 。 收稿 日期 :2 0 1 4 _ o 6 2 7 基金 项 目 :国家 自然 科学基 金资 助项 目( 5 1 1 7 8 4 1 7 , 5 1 3 7 8 4 5 6) ; 浙 江省 自然科学 基金重 点资 助项 目( L Z1 3 E 0 8 0 0 0
15、1 ) ; 浙江省 钱江人 才计划项 目 ( 2 0 1 2 R1 0 0 2 ) ; 浙江大学海洋交叉 引导基金资助项 目 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 试 验 概 况 1 1 试验 原材料及 混凝土配合比 水泥采 用 P O 4 2 5级水 泥 , 安定 性 良好 ; 砂子 采用 天 然河砂 , 中砂 , 颗粒级 配 良好 、 细度模数 2 7 ; 石子 采用 5 - 2 0 m m连续级配的碎石 ; 钢渣采用浙江某钢铁公 司提供 的钢渣粉 , 其 比表面积不 小于 4 0 0 m 2 k g , 化学组成分析见 表 1 , 技术标准见表 2 ;
16、 拌和水 为 自来水 。 表 1 杭钢转炉钢渣主要化学成分 Ca O MgO S i O2 A1 2 0 F e O & Fe 2 03 P 2 05 S f - Ca O 4 4 8 8 9 1 9 8 -1 0 0 6 -1 1 l 86 2 3 1 6 5 4 -1 0 表 2 钢渣粉技术指标 混凝土水灰比 0 4 3 。 混凝土设计强度等级为 C 3 5 。 钢渣 混凝土配合 比设计 时始终保 持水胶 比不变 , 进行 四种不同 掺 和方法 , 钢渣粉等质量取代水泥 1 0 、 2 0 、 3 0 , 钢渣粉 与硅灰各取代水泥 5 复掺 , 然后检测混凝土力学性能和耐 久性能 的变化。
17、 与此 同时 , 根据钢渣粉混凝 土的试 验结 果 确定一个较优的钢渣粉掺和量。 混凝土配合 比详见表 3 。 表 3 钢渣混凝土配合比设计 , 。 取代水泥 混凝土材料用量 ( k g m3 ) 率 水泥 钢渣 硅灰 粉煤灰 砂石子水减水剂 0 0 5l 2 一 一 一 5 6l 1 0 42 2 20 一 S1 0 1 0 461 51 一 一 5 6 l 1 o 42 2 2 0 一 $2 0 2 0 41 0 1 0 2 一 一 5 6 1 l o 42 2 2 0 一 $ 3 0 3 0 3 5 9 1 5 3 一 一 5 61 l 0 4 2 2 20 一 $5 S F5 1 0
18、461 2 6 2 5 5 6】 】0 42 2 20 0 3 1 2测 试 内容 与 试验 方 法 本试验 根据 实用建筑材料试验手册 和 普通混凝 土长期性能和耐久性能试 验方法 【 o l 的基本要求 , 每组配 合 比制作标准试件。 钢渣混凝 土试件成型后 自然养护 2 4 h 后拆模 , 然后将试件移入温度 为 2 0、 相对湿度 为 9 5 的 标准养护室内养护 2 8 d 后进行如下的试验。 ( 1 ) 抗压强度 、 劈拉强度和弹性模量试验 根据 已有研究 , 矿物掺合料会影响混凝土早期强度 , 所 以本试验分别在试件达到 7 、 2 8 d 龄期时进行抗压强度 试验。 并测试
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