钢渣-矿粉掺料混凝土路用性能试验分析.pdf
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1、-19-钢渣-矿粉掺料混凝土路用性能试验分析肖继伟1,2(1.邢台路桥建设集团有限公司,河北 邢台 054001;2.河北省钢混组合桥梁技术创新中心,河北 邢台 054001)摘要:为了减少钢渣废弃对环境的污染,对钢渣-矿粉掺料的混凝土路用性能进行试验分析。对钢渣与矿粉的基本特性进行总结,对其所选取的试验材料和试验方法进行概述,将钢渣-矿粉作为主材料,并掺和脱硫石膏、尾矿、粉煤灰等物质,按不同组成成分分别配置成A、B、C、D、E共五组混凝土试块,分别进行基本性能试验、混凝土收缩率试验、抗冻性能试验、抗氯离子渗透性能试验。结果表明:钢渣-矿粉掺料的合理利用,可以提高混凝土的路用性能,从而提高道路
2、的使用寿命,具有较好的经济效益和社会效益。关键词:道路;路用性能;试验;矿粉;混凝土中图分类号:U415 文献标识码:AExperimental analysis on road performance of steel slag-mineral powder concreteXIAO Jiwei1,2(1.Xingtai Road and Bridge Construction Group Co.,Ltd.,Hebei Xingtai 054001 China;2.Hebei Steel-concrete Composite Bridge Technology Innovation Cent
3、er,Hebei Xingtai 054001 China)Abstract:In order to reduce the environmental pollution caused by waste steel slag,the road performance of concrete mixed with steel slag and mineral powder was tested and analyzed.The basic characteristics of steel slag and mineral powder are summarized,and the selecte
4、d test materials and test methods are summarized.Steel slag and mineral powder are used as the main material,mixed with desulfurized gypsum,tailings,fly ash and other substances,and five groups of concrete test blocks A,B,C,D and E are prepared according to different compositions,and the basic perfo
5、rmance test,concrete shrinkage test,frost resistance test and chloride ion penetration resistance test are respectively carried out.The results show that the reasonable utilization of steel slag-mineral powder admixture can improve the road performance of concrete,thus prolonging the service life of
6、 roads,and has good economic and social benefits.Key words:road;road performance;test;mineral powder;concrete引言钢渣作为冶炼钢铁的副产物目前存放数量巨大,废弃不用会造成环境污染,也阻碍了钢铁行业的持续发展1。国家极为重视固体废物污染防治与资源化利用,工业固废物利用符合绿色发展理念,钢渣在道路工程建设的利用不仅有利于环境保护,也缓解了当前天然石料匮乏的问题,且创造了极大的社会、经济效益2。目前国内外对钢渣的研究表明,钢渣物理力学性能要好于天然石料,是一种非常经济环保的材料,经半年陈放处理
7、的钢渣性能稳定,钢渣沥青混合料可应用于路面表层3-4。1 钢渣与矿粉的基本特性钢渣是转炉、电炉等熔炼炉在生产过程中排出的由金属原料中的废物杂质与助熔剂、炉衬形成的工业废渣,成分主要为硅酸盐和铁酸盐5。矿粉是一种活性比较高的矿物掺合料,在水泥水化的过程中会发生火山灰反应,生成低钙硅比的凝胶,有利于改善浆体的孔结构6。钢渣和矿粉都具有水化活性,将钢渣-矿粉作为主材料,并掺加脱硫石膏、尾矿、粉煤灰等物质,复合配比组成新的混凝土,不仅具有较好的经济效益,而且利于环境保护,同时能够提高混凝土的路用性能7。基金项目:邢台路桥建设集团有限公司科技项目,项目名称:钢渣沥青混凝土路面应用技术研究,项目编号202
8、1ZC035。收稿日期:2022-08-25作者简介:肖继伟(1986),男,河北邢台人,工程师。肖继伟:钢渣-矿粉掺料混凝土路用性能试验分析-20-2 试验材料水泥为 PO 42.5 水泥;粗集料表观密度为2.72103 kg/m3,堆 积 密 度 为 1.48103 kg/m3;细集料表观密度为 2.76103 kg/m3,堆积密度为1.56103 kg/m3;减水剂采用聚羧酸减水剂;粉煤灰细度为 1.0%,烧失量为 3%。脱硫石膏 Si2O3的含量为 40.76%,比表面积为 440 m2/kg。铁尾矿矿粉比表面积为 410 m2/kg。钢渣-矿粉掺入料的性能及化学成分见表 1。表 1
9、钢渣-矿粉掺入料的性能及化学成分性能参数矿粉钢渣比表面积/(m2kg-1)4404407 d 活性系数/%948028 d 活性系数/%9890密度/(tm-3)2.53.1MgO 含量/%11.5516.83Fe2O3含量/%1.2119.80Al2O3含量/%16.545.86SiO2含量/%31.9715.77GaO 含量/%36.6629.853 试验方法将矿粉、钢渣、脱硫石膏、粉煤灰、铁尾矿矿粉等按照不同的比例进行配合,按照普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法(GB/T 500822016)、混 凝 土 拌 合 物 性 能 试 验 法(GB/T 500802016)、普通混凝土力学性
10、能试验方法(GB/T 500812016)要求,进行钢渣-矿粉掺料的配比设计,设定 5 组比例,分别记为 A 组、B 组、C 组、D 组、E 组,其中 E 组作为试验对照组,仅加入矿粉和其他用料,不加入钢渣。具体用量见表2。表 2 不同比例的钢渣-矿粉复合掺料比例/%编号矿粉钢渣脱硫石膏粉煤灰尾矿A65.9015.603.505.509.50B19.1462.363.505.509.50C24.2557.253.505.509.50D27.4654.043.505.509.50E81.5003.505.509.50钢渣掺量在不断增加的过程中,会导致掺合料的活性大幅提升。分析原因,与钢渣中的微量
11、物质的化学反应有关。钢渣中存在的硅酸钙物质经过水化作用后将释放出氢氧化物,从而增强了矿粉的水化反应,而氢氧离子的存在也会调整水化环境中的碱度系数。随着矿粉水化反应的不断演进,矿粉将持续吸收来自钢渣粉中的游离态物质,包括氧化镁与氧化钙等,从而提高了混凝土的稳定性,减少竣工后开裂的风险,从而真正达到钢渣和矿粉优势互补的目的。4 试验结果4.1 基本性能试验结果钢渣-矿粉复合掺合料计入到混凝土后,制作成C30标号的混凝土,其中混凝土的力学性能见表3。表 3 钢渣-矿粉掺料混凝土的力学性能试验结果编号初始坍落度/mm1 h坍损/mm扩展度/mm初凝时间/min终凝时间/min7 d抗压强度/MPa28
12、 d抗压强度/MPaA21916351014.6517.6222.638.8B21416552015.8817.9522.839.2C21416549515.2117.8823.739.9D21116848515.3317.2124.639.5E20516042014.0016.5024.538.0由表 3 可知,A 组、B 组、C 组、D 组混凝土的初始坍落度都大于 200 mm,超过了 210 mm,相对于 E 组的初始坍落度高于 515 mm。对于 1 h 坍损,5 组掺料的混凝土均较为接近,相差为 38 mm,可见不同掺料的混凝土在和易性方向表现都较好。主要是由于掺加复合料中的矿粉为火
13、山灰活性材料,并且会添加水泥等水硬性凝胶材料,矿物含量有所降低,且在水化作用方面表现较为迟缓,也容易导致缓凝效果的出现,这样可降低坍损。从初凝时间和终凝时间来看,加入钢渣的混合料初凝时间和终凝时间相对于没有添加钢渣的混合料时间有所增长。主要是由于水泥与钢渣发生水化反应后会生成一定含量的氢氧化钙,在激活后将成为水化矿物。钢渣中的硅酸钙矿物含量较少,降低了早强矿物的含量,也就使得混凝土在凝结时间方面较之 E 组的基准混凝土更慢。掺入钢渣-矿粉复合掺合料后,A组、B组、C组、D 组混凝土的 7 d 抗压强度与 E 组相差不大,没有出现明显的差异,主要是由于掺入钢渣-矿粉的混合料保持着较低的水化速度。
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