钢渣用于混凝土的安定性评价与控制研究.pdf

文章编 号 ：l 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 2 一 O 0 1 5 0 4 固废利用 钢渣用于混凝土的安定性评价与控制研究 S t u d y o f E v a l u a t i o n a n d C o n t r o l o f S t a b i l i t y o f S t e e l S l a g f o r C o n c r e t e 康明 ( 宝钢发展公司上海新材料分公司，上海2 0 0 9 4 1 ) 摘要：通过对钢渣砂单掺、钢渣石单掺和钢渣微粉、铜渣砂石复掺的混凝土安定性进行评价与分析 ，确定了钢 渣用于混凝土的合理掺量，并通过工程应用验证其实际效果。试验表 明，采用 “ 混凝土评定方法”评定 钢渣在混凝土中的安定性更为合理，单掺钢渣砂时掺量应控制在 5 0 以下，单掺钢渣石时掺量宜控制在 3 0 以内；钢渣微粉、铜渣石复掺 于混凝土时，钢渣微粉替代 2 0 的矿粉 ，随着钢渣石掺量的提 高， 钢渣砂的安全掺量逐渐降低 ，当钢渣砂掺量为 3 5 时，钢渣石掺量不宜超过 2 5 。实际工程应用效果 表明，掺钢渣的混凝土性能满足设计和使 用要求。 关 键词 ： 钢渣 混凝 土 ；安 定性 ：混凝 土 中图分类号 ：X7 5 7 文献标志码 ：A 0 前 言 钢渣化学组成与水泥熟料相似，具有潜在的胶凝活性， 且具有良好的耐磨性能。目 前钢渣经二次加工后，用于水 泥、混凝土等建材领域已成为研究热点。但是钢渣中f - C a O 含量较高，水化后易产生体积膨胀，控制不当易造成混凝 土结构破坏I 1 】 。 为了控制 f - C a O对水泥和混凝土体积安定性的影响， 保证钢渣能安全应用于建材领域，近年来国内外学者进行 了大量研究 2 - 3 ，但大多都局限于钢渣的预处理，对于如何 评价和控制利用钢渣的建材产品的安定性研究较少。本文 从钢渣应用于混凝土的安定性评价与控制的角度出发，对 掺钢渣微粉、钢渣砂、钢渣石的混凝土进行安定性评价与 分析，提出钢渣以掺合料、细集料和粗集料形式用于混凝 土的合理掺量，并通过工程实践验证其实际效果。 1 原材料 水泥为万安P 0 4 2 5 水泥，水泥化学成分、矿物组成和 基本性能见表 1 、表 2 。$ 9 5矿粉、I I 级 c类粉煤灰和钢 渣微粉均为上海宝田 新型建材有限公司提供，其基本性能 见表 3 。钢渣砂石分别为宝钢集团所产生的钢渣粗细颗粒 料，其化学成分和基本性能分别见表 4 、表 5 。碎石基本 性能见表 5 。标准砂为中国I S O标准砂。 表 1 水泥基本化学成分 S i O 2 AI 2 O3 F e 2 O3 C a O Mg O S O 3 Na 2 0 Lo s s f - Ca O 表 2 水泥基本性能 2 2 0 1 3 粉煤灰 1 5 表 4 钢渣砂、钢渣石基本化学成分 2 试验方法 掺钢渣的混凝土安定性评价试验参照 Y B T 4 2 2 8 2 0 1 0 混凝土多孔砖和路面砖用钢渣进行。 钢渣砂单掺用于混凝土：采用两种方法评价混凝土的 安定性：砂浆评定方法：原材料为水泥、标准砂、水， 钢渣砂以2 0 、3 0 、4 0 、5 0 的比例替代部分标准砂 成型试件；混凝土评定方法：原材料为胶凝材料 ( 由 6 0 水泥、2 0 矿粉和 2 0 粉煤灰组成 )、砂、石、水， 其中钢渣砂以2 0 、3 0 、4 0 、5 0 的比例替代部分标 准砂成型试件 水成型试件，其中钢渣石以2 0 、3 0 、4 0 、5 0 的比 例替代部分碎石。 钢渣微粉、钢渣砂、钢渣石复掺用于混凝土：采用胶 凝材料 ( 由6 0 水泥、2 0 矿粉和2 0 粉煤灰组成 )、标 准砂、碎石、水成型试件，其中钢渣微粉以2 0 比例替代 矿粉，同时钢渣砂、石分别按照一定比例替代标准砂和碎石。 3 结果与分析 3 1 钢渣砂单掺对混凝土安定性的影响 钢渣砂单掺用于混凝土时的安定性试验配合比和试验 钢渣石单掺用于混凝土：采用水泥、标准砂、碎石、 结果见表 6。 表 6 钢渣砂单掺的混凝土配合比和试验结果 注：压蒸膨胀率为试验结束后未断裂试件膨胀率的平均值。 由表6可知： 从试件状态与钢渣砂掺量关联来看， 砂浆评定方法与混凝土评定方法中试件的破坏趋势是一致 的：随着钢渣砂掺量的提高，试件的破损情况也越来越严 重；从压蒸膨胀率与钢渣砂掺量关联来看，两种方法的结 果有一定的区别，砂浆评定方法中随钢渣掺量增加，膨胀 率随之增大，混凝土评定方法中，随着钢渣砂掺量的提高， 膨胀率没有变化。从钢渣砂适宜的极限掺量来看，以膨 胀率 0 8 或试件断裂为评价依据，砂浆评定方法表明 钢渣砂掺量在 3 0 时，试件出现潜在安定性不良的危险； 1 6 CD LASH 2 2 01 3 而混凝土评定方法表明钢渣砂掺量在5 0 时，试件才出现 潜在安定性不良的危险。考虑到混凝土评定试验方法与工 程用混凝土的实际状态更为接近，因此采用混凝土评定方 法评价钢渣砂应用于混凝土时的安定性更为合理，所用钢 渣砂在混凝土中单掺时，掺量应控制在 5 0 以下。 3 2 钢渣石单掺对混凝土安定性的影响 钢渣石单掺用于混凝土时的安定性试验配合比和试验 结果见表7 。 表 7 钢渣石单掺的混凝土配合比与试验结果 注：压蒸膨胀率为试验结束后未断裂试件膨胀率的平均值。 由表7 可知： 试件压蒸膨胀率与钢渣石掺量之间不 呈线性关系。但随着钢渣石掺量的增加，试件的破损程度 呈不断加剧趋势，可能是因为钢渣粗集料不均匀性较钢渣 细集料大，表现为局部膨胀，因此即使试件整体膨胀率不 大，但剥落开裂情况仍随钢渣石掺量增加而加剧。该试验 结果也表明，压蒸膨胀率并不能作为评价混凝土安定性的 唯一指标，试件压蒸后的破损状态也是评价混凝土安定性 好坏的重要指标。从钢渣石用于混凝土的适宜掺量而言， 以膨胀率 0 8 或试件断裂为评价依据，钢渣石掺量达 到 3 0 时，试件出现安定性不良的危险。因此，所用钢 渣石单掺于混凝土时，其掺量应控制在 3 0 以内。 3 3 钢渣微粉、钢渣砂和钢渣石复掺对混凝土安定 性的影响 钢渣微粉、钢渣砂和钢渣石复掺用于混凝土时的安定 性试验配合比和试验结果如表 8 所示。 表 8 钢渣微粉、钢渣砂和钢渣石复掺的混凝土配合比及试验结果 注：压蒸膨胀翠为试验结束后未断裂试件膨胀率的平均值。 由表 8 可知：随着钢渣砂、钢渣石掺量的提高，试件 的膨胀率并不呈线性增加，但结合试件的破损状态，试件 的安定性呈现比较明显的劣化趋势，且钢渣石的劣化影响 大于钢渣砂，因此，钢渣微粉，钢渣砂、钢渣石复掺于混 凝土时，其掺量必须限制在一定范围内，以膨胀率0 8 或试件断裂为评价依据，并结合钢渣石单掺试验结果：钢 渣石掺量应低于3 0 ；当钢渣砂替代细集料的量为 3 5 时， 钢渣石替代粗集料的量不宜超过 2 5 。 4 工程应用 在宝山某河岸及内河码头处进行了掺钢渣的混凝土的 工程应用实践，混凝土强度等级为 E 3 0 ，其中钢渣砂替代 3 4 细集料，钢渣石替代2 5 粗集料，施工方法与普通的 浇注板桩一致。对现场混凝土取样并进行相关性能的检测， 其2 8 d 抗压强度较普通混凝土提高 1 1 6 ，2 8 d 抗折强度 提高 1 2 ， 2 8 d 龄期时达到耐氯离子渗透能力的中等水平， 抗渗等级达到 P 9 。掺钢渣的混凝土工程得到了施工方和甲 方的一致好评。 5 结 论 ( 1 ) 钢渣用于混凝土时，宜采用 “ 混凝土评定方法” 评价混凝土的安定性，综合考虑钢渣混凝土的压蒸膨胀率 和试件破损状态。本文采用的钢渣砂替代细集料的掺量宜 控制在 5 0 以下，钢渣石单掺替代粗集料的掺量宜控制在 3 0 以内。 ( 2 ) 钢渣微粉、钢渣砂、钢渣石复掺用于混凝土，钢 渣微粉替代 2 0 的矿粉，当钢渣砂替代细集料的量为3 5 时，钢渣石替代粗集料的量不宜超过 2 5 。 ( 3 ) 工程应用结果表明，掺钢渣混凝土强度较普通混 凝土高，其性能基本满足工程设计和使用要求， 得到了施 工方和甲方的一致好评。 参考文献 1 】桂秋 钢渣综合利用现状及发展动向 J 冶金环境保护， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 2 5 2 】颜碧兰 ， 刘晨， 王听， 等 钢 渣在水泥工业 中利用 的思考 J 】 水泥， 2 0 1 2( 1 ) ： 1 - 3 3 】孙树山， 朱桂林 加快刚铁渣 资源化利用是钢铁企业的一项任务 J 冶金环境保护 2 0 0 7 ( 2 ) ： 1 3 - 2 2 收稿 日期： 2 0 1 2年 9月 4日 2 2 0 1 3 粉煤灰 1 7