全矿渣混凝土的研究及应用.pdf
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1、全国中文核心期刊 斩 建巍 柑 全矿渣混凝土的研究及应用 刘洪滨 , 何晓慧 , 周云麟 2 ( 1 辽宁科技大学 资源与土木工程学院, 辽宁 鞍 山 1 1 4 0 5 1 ; 2 鞍钢集 团公司 , 辽宁 鞍 山1 1 4 0 4 4 ) 圃 摘要: 应用矿渣作粗、 细骨料制备全矿渣混凝土, 通过试验分析, 阐述了用高炉重矿渣制备混凝土粗、 细集料的工艺、 性能、 特 点 以及全矿渣混凝土 的应用范围。与普通砂石混凝土相比, 全矿渣混凝土平均强度 约提高 5 、 自重减轻 1 2 0 1 3 0 , 通过技术 、 经济 分析, 混凝 土可降低成本 2 1元 m , 左右 。 关键词: 重矿
2、渣; 全矿渣混凝土; 结构稳定性; 耐久性 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 1 2 0 0 1 2 0 3 Al l s l a g c o n c r e t e r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n LI U Ho n g bi n , HE Xi a o hu i , ZHOU Yu n l i n ( 1 S c h o o l o f Re s o u r c e s a n d Ci v i l En g i ne e r i n g
3、, Un i v e r s it y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Li a o n i n g , An s h a n 1 1 4 0 5 1, L i a o n i n g , C h i n a 2 An s h a n I r o n & S t e e l Gr o u p Co , An s h a n 1 1 4 0 2 1 , L i a o n i n g, Ch i n a ) 1 矿渣 1 1 矿渣的化学成分与体积稳定性 矿渣用作混凝土骨料的首要条件是要有良 好的体积稳定 性【1 , 而矿渣中影响体积稳定性的主
4、要因素为: ( 1 ) 硅酸盐矿物分解。 碱性矿渣含有较多的C : S , C 2 s 在加 热或冷却过程中往往伴有晶型转化,特别是当矿渣冷却至 5 2 5 时, JB C 2 s 要转化为y C 2 s , 密度由3 2 8 g c m 变为2 9 7 g c m , 体积约增大 1 0 , 而晶型转化的内应力会导致矿渣部 分粉化。 但是重矿渣的硅酸盐矿物分解在矿渣冷却后几天、 甚 至几小时就基本结束,因此长期堆存的陈渣一般不会发生这 种分解。 ( 2 ) 石灰分解和铁锰分解。 重矿渣中的游离氧化钙遇水生 成消石灰, 体积增大 1 2 倍, 另外重矿渣中的F e S 和M n S和 水作用生
5、成F e ( 0 H ) 和M n ( O H ) , 体积相应增大2 4 , 这些 体积增大所至的内应力会引起矿渣渣体的碎裂和酥解。 鞍山 钢铁公司的副产品高炉重矿渣有不同的颜色,其化 学成分见表 1 。 根据表 1 碱性高炉矿渣的化学成分,查C a 0 一 A 1 0 一 S i O 系统相图可知, 其矿物组成主要是由C 2 S 、 C S ( 假硅灰石) 、 收稿 日期: 2 0 1 0 0 7 1 8 作者简介: 刘洪滨 , 女, 1 9 6 6年生, 辽宁鞍山人 , 副教授。地 址: 鞍 山市 高新区千山中路 1 8 5号, 电话: 0 4 1 2 - 5 9 2 9 6 1 6 。
6、 1 2 新型建筑材料 2 0 1 0 1 2 C S ( 硅钙石) 和C 2 A S ( 铝方柱石) 等组成。 矿渣的颜色随F e 2 0 含量的增加而加深, 其中白色矿渣的活性最高、 含硫量最低。 表 1 高炉重矿 渣的化学成分 颜色S i O F e 2 0 ,A l 20 C a O Mg O S 烧失量 碱性率 活性率 由表 1 可知, 重矿渣的含硫量均小于 1 , 所以铁锰分解 对体积稳定性的影响较小。 我们对鞍钢重矿渣进行 l 0 余次压 蒸处理和2 5 次冻融循环试验, 其质量损失仅为1 o 4 一 1 4 4 , 均小于3 , 因此用作混凝土骨料时具有良 好的结构稳定性。 1
7、 2 矿渣的物理指标 矿渣的物理指标以及矿渣块或矿渣砂的颗粒级配分别见 表 2 、 表 3 和表 4 。 表 2 矿渣的物理指标 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘洪滨, 等: 全矿渣混凝土的研 究及应用 表 3 矿渣砂的颗粒 级配 筛孔孔径 mm 9 5 分计筛余 2 0 累计筛余 2 0 表 4 矿渣块的颗粒级配 筛f L, L 径 mm 5 3 0 3 7 5 3 1 5 2 6 5 1 9 0 1 6 0 9 5 4 7 5 2 3 6 分计筛余 3 2 1 1 7 1 0 5 1 1 8 1 8 9 1 5 2 1 8 6 8 0 1 7 累计筛余 3
8、 , 2 1 4 9 2 5 4 3 7 2 5 6 1 7 1 3 8 9 8 9 7 8 9 9 1 由表2 、 表3 和表4 可见, 重矿渣除吸水率稍大和矿渣砂 粒径偏粗外, 其它指标均能满足混凝土集料的使用要求 。但 生产中, 矿渣砂系矿渣块生产的副产品, 其粒径大于 4 7 5 m m 的含量偏大, 故作抹灰砂浆用时应过4 7 5 m m的筛。 若专门生 产矿渣砂, 其累计筛余应满足大于4 7 5 m m的颗粒含量在0 1 0 、 大于1 1 8 m m的颗粒含量在 2 0 一 5 5 、 大于O 3 m m的 颗粒含量在7 0 9 5 的级配曲线。 2 全矿渣混凝土的性能特点 2
9、1 原 料 与工艺要 点 水泥为P S 3 2 5级矿渣硅酸盐水泥、 P 0 4 2 5 级硅酸盐 水泥; 粗、 细骨料为矿渣块、 矿渣砂; 本地产木钙减水剂; 尾矿 粉( 0 1 5 ra m ) 。 矿渣砂和矿渣块的吸水率比普通砂石大,且矿渣砂又多 为贝壳形, 表面粗糙, 拌制混凝土时内摩阻较大, 因此, 欲达到 相同的混凝土流动性, 其水灰比要增大7 1 0 , 需掺入尾矿 粉和木钙减水剂。在配制混凝土时, 矿渣砂不宜多用, 以C 2 0 混凝土为例, 其最佳砂率应在3 6 3 8 l引 。 2 2 性 能特 点 2 2 1 抗压强度 全矿渣混凝土和普通砂石混凝土在常温下养护与蒸汽养 护
10、抗压强度的对比试验结果表明,在配合比基本相同的情况 下,掺用尾矿粉或木钙以及同时掺用木钙和尾矿粉的全矿渣 混凝士的抗压强度与普通混凝土的抗压强度大致相同或有所 增长( 最高增大2 1 9 ) , 但个别组有所下降( 最多下降8 3 5 ) 。 通过对3 0 组试块的抗压强度对比试验表明, 全矿渣混凝土的 抗压强度在掺加木钙或尾矿粉以及同时掺用木钙和尾矿粉 时, 其综合平均强度要比普通砂石的混凝土高5 左右 。 尾矿粉和木钙减水剂掺量对全矿渣混凝土 2 8 d 抗压强 度的影响分别见图1 、 图2 。 由图 1 可见,全矿渣混凝土中尾矿粉掺量为 1 3 0 k g m 时, 全矿渣混凝土2 8
11、d 抗压强度为2 2 1 M P a 。 工程实践表明, 尾矿粉掺量大于1 3 0 k g m 时,全矿渣混凝土2 8 d 抗压强度 将下降。由图2 可知, 木钙减水剂最佳掺量为0 3 0 4 。 图 l 尾矿粉掺 量对全矿 渣混凝土2 8 d抗压强度的影响 图 2 木钙掺量对全矿渣混凝土2 8 d抗压 强度 的影响 2 2 2 静力弹性模量 全矿渣混凝土与同等级普通砂石混凝土的弹性模量对 比试验结果见表 5 。 表 5 全矿 渣混凝 土和普通砂石混凝土的弹性模量 注 : 普通混凝 土配合比为 2 ( 水泥 ) :m( 砂) : I T, ( 碎石) :m( 水) = 3 1 0 : 6 3
12、4 : 1 1 7 6 : 1 9 7 , 全矿 渣混凝土配合 比为 m( 水泥) :m( 矿渣砂) :m( 矿渣 块) : m( 水) = 3 1 0 : 7 2 0 : 1 1 7 0 : 2 0 0 , 矿渣混凝 t配合 比为 Z ( 水泥) : m( 砂) : m( 矿渣块) ; T t ( 水) = 3 1 0 :7 2 0 : 1 1 7 0 : 1 9 5 ; 水泥 为 P S 3 2 5级矿渣硅酸盐 水泥。 由表5 可见,全矿渣混凝土或矿渣混凝土的弹性模量均 比普通混凝土的低, 最低降低 1 4 左右, 因此如何提高矿渣 或全矿渣混凝土的弹性模量是今后有待进一步研究的课题。 2
13、 2 - 3 疲劳性能 按表5中的配合比, 参照冶建总院的试验方法, 疲劳应力 比值为0 1 5 , 经2 0 0 万次重复加荷后, 普通混凝土和全矿渣混 凝土试件均未破坏,其中普通混凝土重复加荷后的变形为 0 3 2 4 x 1 0 。 , 而全矿渣混凝土的变形为( 0 2 5 5 0 0 3 3 2 5 ) x l 0 , 可见全矿渣混凝土抗疲劳性能良 好。 2 2 - 4 抗冻性能 普通砂石混凝土和全矿渣混凝土( 掺木钙或不掺木钙) 经 2 5 次冻融循环后的抗冻性见表 6 。 N E W BUI L DI NG M AT E RI AL 5 l 3 5一 O m 3 2 m 6 一 2
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