磨细钢渣粉对水泥混凝土性能影响的研究.pdf

2 0 1 2年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT P R0DUCTS 2 01 2 No 5 Ma v 磨细钢渣粉对水泥混凝土性能影响的研究 蔡琪瑛 ( 中交一公局厦 门工程有 限公司 ， 3 6 1 0 2 1 ) 摘 要 ： 研 究了磨 细钢渣粉的掺量对水泥胶 砂和水泥混凝土工作性 与强度 的影 响 ， 以及钢渣粉和粉 煤灰 不 同比 例复掺对混凝土性能的影响。 结果表明， 磨细钢渣粉在 一定程度 上可以改善混凝 土的工作性 ， 降低 混凝土的强度 ， 钢 渣粉掺量不 宜大于 3 0 ； 钢渣粉 与粉煤灰复掺可 以发挥超复合效应 ， 配制 出 C 4 0以上的高性 能混凝土。 关键词 ： 钢渣粉 ； 混凝土性能 ； 掺量 ； 复掺 Ab s t r a c t ：T h e e f f e c t s o f t h e d o s a g e o f g r o u n d s t e e l s l a g o n w o r k a b i l i t y a n d s t r e n g t h o f c e me n t c o l l o i d a l mo r t a r a n d c o n c r e t e a r e s t u d i e d ， a n d t h e e f f e c t s o f c o mb i n e d mi x t u r e o f s t e e l s l a g a n d f l y a s h o n t h e p e r f o r ma n c e s o f c o n c r e t e a r e r e s e a r c h e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e g r o u n d s t e e l s l a g c a n i mp r o v e t h e wo r k a b i l i t y o f c o n c r e t e t o s o me e x t e n t a n d d e c r e a s e i t s s t r e n g t h ， a n d t h e d o s a g e o f s t e e l s l a g s h o u l d b e n o mo r e t h a n 3 0 C o mb i n e d mi x t u r e o f s t e e l s l a g a n d fl y a s h c a n p l a y c o mp o s i t e e f f e c t s t o p r e p a r e h i g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e wi t h t h e s t r e n g t h g r a d e mo r e t h a n C 4 0 Ke y wo r ds ：St e e l s l a g ；Pe rfo r ma nc e s o f c o nc r e t e ；Do s a g e ；Co mb i n e d mi x t u r e 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 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 5 一 O 5 0 4 0前 言 钢渣是炼钢过程中产生的一种工业废渣 ， 一般 为粗钢产量的 1 5 2 0 。2 0 1 0年 ， 全国粗钢产量 6 亿多吨， 按该 比例推算 ， 每年将产生近亿 吨的钢渣 。 大量钢渣的堆积不仅 占用土地 ， 而且容易造成环境 的污染。 钢渣中含有一定数量 的 C ， S 、 C S等 ， 其矿物 组成与水泥的化学矿物组成 比较相似 ， 具有潜在 的 水化活性 ， 属于具有较大开发利用潜力 的资源 _ 3 _ 。 与矿渣和粉煤灰相比， 矿渣的利用率近乎 1 0 0 ， 级粉煤灰的利用也比较普遍 ， 而钢渣 由于其化学成 分 、 矿物组成波动大 ， 粉磨 困难 ， 长期 安定性差 ， 活 性低 、 水化 缓慢等特点 ， 长期以来一直未能得到大 量 、 有效的利用。随着国家和企业对钢渣资源化利 用 的重视 ， 钢渣的预处理 、 破碎 、 粉磨逐步实现一体 化 ， 磨细钢渣粉的质量逐步提高嘲 ， 对钢渣粉做矿物 掺合料的研究也越来越多【5 - 7 。为了更有效地利用磨 细钢渣粉 ， 本文将磨细钢渣粉作为矿物掺合料掺入 水泥混凝土 中， 研究不同掺量的磨细钢渣粉对水泥 胶砂和混凝土工作性与强度 的影响， 同时研究 了钢 渣与粉煤灰复掺对混凝土性能的影响 ， 为钢渣的应 用提供了一定的试验依据。 1试验 原材 料 1 1 水 泥 P 0 4 2 5级水泥 ， 其力学性能见表 1 。 表 1 水 泥的主要力学性能指标 抗压强度 MP a 抗折 强度 MP a 1 2 钢渣粉 所用磨细钢渣粉为转炉钢渣 ， 其化学组成见表 2 ， 主要 物理 和力 学性 能见 表 3 。 图 1 为该 钢 渣粉 的 扫 描 电镜 ( s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e ， S E M) 照 片 ， 由图 1 可 以看 出 ， 钢 渣粉 主 要 以不 规则 的颗粒 状 为 主 。 1 3 细骨料 采用天然砂 ， 其主要物理指标见表 4 。 1 4粗骨料 采用厦 门产碎石 ， 用大石 和中石两种级配进行 复掺， 两种粗骨料主要性能指标见表 5 。 1 5 减水剂 福建某公司产聚羧酸减水剂。 表 2钢渣粉化 学组 成 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 3期 表 3 钢渣粉主要物理和力学性能 图 1 钢渣粉 S E M 图 2试 验 结果与 分析 2 1 钢渣 粉对水 泥胶 砂性 能 的影 响 2 1 1 钢渣粉对水泥胶砂流动性的影响 不 同钢渣粉掺量对水泥胶砂流动度 的影 响规 律见 图 2 。 由图 2可 以看 出 ， 与基 准胶 砂相 比， 掺人 钢渣粉可以明显改善胶砂的流动度。当钢渣粉掺量 为 1 5 时 ， 其流动度 最大 ， 对工作性的改善作用较 明显 。随着钢渣粉掺量的增加 ， 胶砂的流动度在一 定范 围内波动 ， 但都 比基准胶砂 的流动度大。这 主 要是 由于钢渣粉 比水泥颗粒细 ， 具有一定 的微集料 效应 所致 。 2 1 2 钢渣 粉对水 泥胶 砂强 度 的影响 ( 1 ) 对抗压强度的影响 不 同钢渣粉掺量对胶砂抗压强度 的影 响规律 见图 3 。由图 3可以看出， 随着钢渣粉掺量的增加 ， 胶砂 的抗压强度逐渐下降。当掺量在 2 0 以内时 ， 其 3 d和 7 d强度下降比较明显 ，但是 1 4 d以后 ， 抗 压强度的下降程度明显减缓 ；掺量在 2 0 3 0 时 ， 早期强度下降比较明显 ， 但是 2 8 d强度下降明显减 缓 ； 当掺量超过 3 0 时 ， 抗压强度下降明显 。因此 ， 表 4砂的主要物理指标 暑 宣 需 0 l 0 l 5 Z U 2 5 3 0 4 O 5 U 钢渣粉掺量， 图 2不同钢渣粉掺量对胶砂流动度的影响 钢渣粉的掺量不宜超过 3 0 。 ( 2 ) 对抗折强度的影响 不同钢渣粉掺量对胶砂抗折强度 的影响规律 见图 4 。 由图 4可以看 出， 钢渣粉掺量对抗折强度的 影响与对抗压强度的影响规律相似 。 2 2 钢渣粉对混凝土性能的影响 2 2 1 基准配合比的确定 一 6 一 皇 暖 幽 0 1 U l 5 2 0 2 5 3 0 4 0 5 0 钢渣粉掺量 图 3 不 同钢渣粉掺量对胶砂抗压 强度 的影响 按 C 3 0混凝土进行设计试配 ， 试验 配合 比见表 6 。试配后拌合物浆体较多， 和易性 良好 ， 坍落度为 1 7 5 ram， 可以满足基准配合 比要求。 2 2 2 钢渣粉对混凝土工作性的影响 钢渣粉对混凝土工作性的影响见表 7 。由表 7 可以看 出 ， 随着钢渣粉掺量的增加 ， 混凝土 的初始 坍落度都有一定程度的增加 ，但增加 的幅度不大 。 如 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蔡琪瑛 磨细钢渣粉对水泥混凝土性能的影响研究 罨 暖 辖 0 1 O 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 5 0 钢渣粉掺量 图 4 不 同钢渣粉掺量对胶砂抗折强度的影 响 表 6 基准混凝 土配合 比 k g m。 当钢渣粉掺量超过 3 0 时 ， 钢渣粉对混凝土的坍落 度损失具有一定 的改善作用 ；当钢渣粉掺量超 过 4 0 时 ， 混凝土表 面大泡增多 ， 表面存在泛黑现象 ， 这可能是 由于钢渣粉对外加剂具有一定 的影 响所 致 。 2 2 3 钢渣粉对混凝土抗压强度 的影响 不 同钢渣粉掺量对混凝 土抗 压强度 的影 响规 律见图 5 。 由图 5可以看出， 当钢渣粉掺量在 2 0 以 内时 ， 混凝土 的强度变化不大 ， 有 的甚至有增大趋 势 ； 当钢渣粉掺量在 2 0 3 0 时 ， 早期强度下降较 大 ， 但是 1 4 d后强度变化不大 ； 当钢渣粉掺量超 过 3 0 时 ， 抗压强度下降明显 。 因此 ， 从强度方面考虑 ， 钢渣的掺量不宜超过 3 0 。 2 3 钢渣粉与粉煤灰复掺对混凝土性能的影响 2 3 1 配合 比的确定 根据高性能混凝土配合 比的设计思想 ， 采用低 水胶 比， 以保证混凝土的强度和耐久性能。采用聚 表 7 钢渣粉对混凝土工作性 的影响 日 岂 鳗 出 U l U 2 U 3 0 4 O 5 0 钢渣粉掺量， 图 5 不 同钢渣粉掺量对混凝 土抗压强度 的影 响 羧酸高效缓凝减水剂 ， 降低用水量 ， 提高混凝土的 工作性 ； 采用大掺量矿物掺合料 ， 改善混凝土的工 作性并降低成本。钢渣与粉煤灰复掺 ， 保证矿物掺 合料掺量为 5 0 ， 超量取代系数 1 1 ， 改变钢渣与粉 煤灰的比例进行试配， 试验配合 比见表 8 。 2 3 2 复掺对混凝土工作性能的影响 不 同比例钢渣和粉煤灰复掺对混凝土工作性 的影响见表 9 。 由表 9可以看 出， 矿物掺合料掺量为 5 0 ， 超量取代系数为 1 1时， 所配制的混凝土初始 坍落度均在 2 0 0 mm左右 ， 1 h坍落度损失较小 ， 能满 足混凝土泵送施工的要求 。 由表 9还可 以看出， 随着钢渣和粉煤灰比例的 变化 ， 混凝土的坍落度经时损失先减小后增大 。说 明钢渣粉与粉煤灰复掺可以发挥超复合效应。钢渣 粉与 粉煤 灰存 在一 个合 适 的 比例 ，当钢渣 掺 量 4 0 、 粉煤灰掺量 1 0 时， 混凝土初始坍落度较小 ， 坍落度经时损失较大 ， 工作性一般 。当钢渣掺量为 2 0 、 粉煤灰掺量为 3 0 时， 混凝土拌合物出现扒底 现象 ， 初始坍落度降低 ， 但 1 h的坍落度经时损失最 小 ， 1 h坍落度最大 ， 与其它配合 比对 比， 掺用相 同的 外加剂 ， 该配 比存在减水剂过掺 的现象 ， 说明该 配 比所需的合适外加剂的量较小 ， 若采用合适 的 f - J J n 剂掺量 ， 其工作性能最好。 2 3 3 复掺对混凝土抗压强度的影响 不 同钢渣粉和粉煤灰复掺对 混凝土抗压强度 的影 响规 律见 图 6 。 由图 6可 以看 出， 所配制的四组混凝土 ， 2 8 d抗 一7一 O 5 O 5 O 5 O 5 0 5 O 5 O 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 3期 HGF1 0 HGF2 0 HGF 3 0 HGF 4 O 1 0 20 3 0 40 4 0 3 0 2 0 1 0 2 0 0 1 8 0 21 0 1 50 1 4 5 1 5 5 11 0 9 0 55 25 1 00 60 较好 减水剂过掺 ， 扒底 较好 较好 压强度均较高 ， 达到 C 4 0以上强度等级 ， 说 明采用 低水胶 比和聚羧酸高效减水剂 ， 掺用 5 0 的矿物掺 合料 ， 可 以配制出 C 4 0以上的高性能混凝土。早期 时 ， 随着钢渣掺量的增加 ， 抗压强度逐渐增大 ， 说 明 钢渣的活性 比粉煤灰的活性高 ；在 2 8 d龄期时 ， 钢 渣掺量 2 0 时的抗压强度超过钢渣掺量 3 0 时的 ， 说 明当钢渣掺量为 2 0 、粉煤灰掺量为 3 0 时 ， 两 者的比例最合适 ， 复掺的超活性效应较明显。 5 0 要 看4 0 3 0 2 0 o 5 l 0 1 5 2 O 2 5 3 0 龄期， d 图 6钢 渣 粉 与粉 煤 灰 复 掺 对 混 凝 土 抗 压 强 度 的影 响 综合工作性和抗压强度可知 ，当钢渣掺量为 2 0 、粉煤灰掺量为 3 0 时 ，混凝土的工作性能最 好 ， 强度较 高 ， 钢渣与粉煤灰复掺 的超活性效应发 挥最 好 。 3结 论 ( 1 ) 钢渣粉 的掺入可 以改善混凝土的流动性 。 随着钢渣粉掺量 的增加 ，混凝土 的流动性 变化不 大 ； 但 当钢渣粉掺量超过 3 0 时 ， 有改善混凝土坍 落度损失的趋势。 ( 2 ) 随着钢渣粉掺量的增 加 ， 混凝 土的强 度逐 渐下降 。当钢渣粉的掺量在 3 0 以内时 ， 混凝土早 一 8 一 期抗压强度下降较多 ， 但 1 4 d以后其对强度的影响 较小 ； 当掺量超过 3 0 时 ， 混凝土的强度大大降低 ， 因此 ， 钢渣粉的掺量不宜超过 3 0 。 ( 3 ) 钢渣与粉煤灰复掺可 以发挥一定的超活性 效应 。当钢渣掺量为 2 0 、 粉煤灰掺量为 3 0 时 ， 混 凝土的工作性能最好 ， 强度较 高 ， 钢渣与粉煤灰复 掺的超活性效应发挥最好。 ( 4 ) 采用低水胶 比和聚羧酸高效减水剂 ， 掺用 5 0 的钢渣和粉煤灰复合矿物掺合料 ，可以配制 出 C 4 0以上 的高性能 混凝 土 。 参考文献 ： 1 姜从盛， 丁庆军， 等 钢渣 的理化性 能及其综合利用技术发 展趋势 J 1 国外建材科技， 2 0 0 2 ， 2 3 ( 3 ) ： 3 - 5 2 】 H O B B S D W， T A Y L O R M G N a t u r e o f t h e t h a u m a s i t e s u l f a t e a t t a c k m e c h a n i s m i n fi e l d c o n c r e t e J C e m C o n c r R e s ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 4 ) ： 5 2 9 - 5 3 3 3 S I B B I C K T ， F E N N D ， C R A MMO N D N T h e o c c u r r e n c e o f t h a u m a s i t e a s a p r o d u c t o f s e a w a t e r a t t a c k J C e m C o n c r C o rn p o s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 8 ) ： 1 0 5 9 1 0 6 6 【 4 孙树杉， 杨景玲 ， 朱桂林 我 国钢铁渣 资源化利用现状及发 展趋势 J 中国废钢铁， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 0 - 1 2 【 5 陈益 民， 张洪滔 磨 细钢渣粉作水 泥高活性混合材 料的研 究 J 】 水泥， 2 o o 1 ( 5 ) ： 1 - 4 6 朱航， 丁庆军， 等， 钢渣矿粉混凝 土的物理力学性 能研究 J 武汉理 工大学学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 ) ： 4 0 4 3 7 王强， 阎培渝 大 掺量钢渣复合胶凝 材料早期水化 性能和 浆体结构【 J 硅 酸盐 学报， 2 0 0 8 ( 1 0 ) ： 6 7 7 1 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 3 - 2 8 作者简介 ： 蔡琪瑛 ( 1 9 7 5 一 ) ， 女 ， 工程师 。 通讯地址 ： 厦门市集美区银亭 路 1 0号 联 系 电 话 ： 1 3 6 0 6 0 3 9 5 7 6 E - ma i l ： c q j l 1 2 8 1 3 9 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m