大掺量钢矿渣复合粉混凝土基本性能试验研究.pdf

2 0 1 5年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 5 No 2 Fe br u a r y 大掺量钢矿渣复合粉混凝土基本性能试验研究 李 阳 ( 上海市建筑科学研究院 ， 2 0 0 0 3 2 ) 摘 要 ： 对普 通混凝 土、 大掺量矿 渣粉 混凝 土和 大掺 量铜矿渣复合粉 混凝 土分 别进行 了基本性能试验研 究， 包 括 塑性混凝土性能 、 硬 化混凝土力 学性能和耐 久性 。 试验结果表 明， 大掺 量铜矿渣复合粉混凝土具有早期 强度 高、 塑 性 收缩和干缩低、 耐久性好 等特 点。 关键词 ： 普通 混凝 土； 大掺量矿渣粉 混凝 土 ； 大掺量铜矿渣 复合粉 混凝土 ； 力 学性 能； 耐久性 Ab s t r a c t ：T h e b a s i c p r o p e r t i e s o f o r d i n a r y c o n c r e t e ，c o n c r e t e mi x e d wi t h a l a r g e a mo u n t o f s l a g p o we r a n d c o n c r e t e mi x e d w i t h a l a r g e a mo u n t o f s t e e l s l a g c o mp o s i t e p o wd e r a r e s t u d i e d i n c l u d i n g t h e p l a s t i c p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ， t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a b i l i t y o f h a r d e n e d c o n c r e t e T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n c r e t e mi x e d wi t h a l a r g e a mo u n t o f s t e e l s l a g c o mp o s i t e po wde r h a s g oo d t ec hn i c a l c ha r a c t e r i s t i c s ，s u c h a s hi g h ea r l y s t r e n g t h，l o w p l a s t i c s hr i nk a g e a n d d ry s h r i n k a g e ， g o o d d u r a b i l i t y Ke y wo r d s ：O rdi n a ry c o n c r e t e ；C o n c r e t e mi x e d w i t h a l a r g e a mo u n t o f s l a g p o we r ；C o n c r e t e mi x e d wi t h a 1 a r g e a mo un t o f s t e e l s l a g c o mp o s i t e po wde r ；Te c h ni c a l c h a r a c t e r i s t i c s ；Du r a bi l i t y 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5) 0 2 8 9 0 4 0前 言 近年来 。 随着 G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 8 ( 用于水泥和混 凝土 中的粒 化高炉矿渣粉 标准 的出台 ， 以及 国内 钢铁厂矿渣粉生产线的陆续投产 ， 矿渣粉和粉煤灰 双 掺 技术 已经 普 遍被 预 拌 混凝 土 企 业 所 采用 ， 但 矿 渣粉和粉煤灰 的掺量一般较低 ， 分别 占胶凝材料总 量的 1 5 1 8 左 右 ， 如果进一步提高掺量 ， 将 明显 降低 昆凝 土 的 早 期 强 度 ， 影 响 施 工 进 度 ， 尤 其 在 冬 季施工。大掺量矿渣粉混凝土尽管 已在东海大桥、 杭州湾跨海大桥等重大工程中应用 ， 但 主要用于生 产蒸养预制构件 ， 在一般工业和 民用建筑 中仍应用 较 少 。 另一方面 我国冶炼渣年产生量约为 3 1 5亿 t ， 其 中钢渣 0 8亿 t ， 矿渣 1 9亿 t ， 冶炼渣的综合利用 率仅为 5 5 ， 特别是钢 渣的利 用途径 较少 ， 主要用 于工程回填和筑路 ， 附加值较低。国家鼓励 “ 推广生 产钢铁渣复合粉作水泥和混凝土掺合料”1 1 。因此 ， 应加快研发钢渣矿渣双掺和大掺量应用技术。 本 文 以超 细 钢 渣 粉 和脱 硫 石 膏 作 为 辅 助 胶 凝 材料和激发材料 ， 与矿渣粉复配开发 出一种新 型钢 矿渣复合粉 。与普通混凝土相 比， 大掺量钢矿渣复 合 粉 混 凝 土 用 于 一 般 工 业 与 民用 建 筑 在 技 术 经 济 上 具 有相 当 的优势 。 1 试 验 原材 料 1 1 主要原材料的化学成分 本文 研 究 的新 型 钢 矿渣 复合 粉 主要 由水 泥 、 矿 渣粉 、 钢渣粉 、 粉煤灰 、 脱硫 石膏等原 材料组成 ， 各 原 料 的化 学成 分见 表 1 。 表 1 主要原材料 的化学组成 1 2 主 要原 材料 的物理 性 能 水泥 ： P 0 4 2 5级水泥 ， 物理指标性能见表 2 。 基 金项 目： 上海 市 科委项 目( 1 2 D Z 0 5 1 0 6 0 0 ) ； 上 海市 国资 委 项 目( 2 0 1 3 0 1 6 ) 资助。 矿渣 粉 ： $ 9 5矿渣 粉 ， 物理 性 能指标 见表 3 。 超 细钢渣粉 ： 采用预粉磨 、 循环除铁 、 高细磨 、 选粉等工艺生产而成 ， 比表面积大于 6 0 0 m k g ， 粒径 小于 3 0 1 x m的颗粒含量 占 9 0 以上 。金属铁含量 一 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 6期 表 3 矿渣粉 的物理性能 0 5 ：超细钢渣粉 的生产能耗与矿渣粉基本一致 ， 综合电耗小于 7 0 k Wh t 。 粉煤灰 ： 级 C类 粉煤灰 ， 其物理性能指标见 表 4 。 表 4粉煤 灰的物理性能 1 3 其 它原材 料 外 加剂 ： 聚羧 酸类 减水 剂 。 石 ： 5 - 2 5 m m 连续 级配 碎石 。 砂 ： 细度 模数 为 2 6的 中砂 。 2 试 验 方法 2 1 混凝 土 的拌合 试验用混凝土的拌合采用强制式搅拌机进行 搅拌 符合行业标准 J G 2 4 4 2 0 0 9 ( 混凝土试验用搅 拌机 的规定 ， 搅拌方法 与现场施工采用 的方法相 同 。 2 2 拌合物性能 含气量 、 坍落度 、 凝结时间 、 拌合物表观密度试 验按 照 G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 普 通 混凝 土 拌合 物 性能 试验 方 法标准 的规定进 行 。 2 _ 3 力 学性 能 抗压强度 、 轴心抗压强度 、 劈裂抗拉 强度 、 抗折 强度 、 弹性模量试验按照 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混 凝 土力 学性能试 验 方法标 准 的规 定进 行 。 2 4耐久性 自收缩 、 收缩 、 抗冻 、 碳化 、 抗渗 、 电通量 、 抗氯 离子渗透试验按照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通混凝土 长期性能和耐久性能试验方法标准的规定进行。 其中， 自收缩值 的测定采用 C A B R N E S型非接触式 混凝土收缩变形测试仪。当试件初凝时 ， 开始测 渎 试件左右两侧 的初 始读数 ， 此后每隔 1 0 mi n测定试 件两侧的变形读数。 3试 验结 果与分 析 3 1 混凝土配合 比 为了对 比试验结果 ， 表 5中的三组 C 5 0混凝土 配合比的胶凝材料 和粉煤灰用量、外加剂掺量 、 用 水量均一致 ， 其 中 P 一 5 0为普通混凝土( 矿渣粉掺量 1 8 ) 、 K 一 5 0为大掺量矿渣粉混凝土( 矿渣粉掺量 4 2 ) 、 G 一 5 0为大掺量钢矿渣复合粉混凝土 ( 钢矿渣 复合粉掺量 4 2 ) 。 表 5混凝土配合 比 3 2 拌合 物性 能试 验 三组混凝 土拌合 物的各项性能指标见表 6所 示 。 由表 6可知 ， 三组混凝土拌合物的性 能基本一 致 ， 其 中大掺量钢矿渣复合粉混凝土的初始坍落度 较大， 凝结时间略长， 有利于施工。 表 6三组 混凝 土 的 拌合 物性 能 一 9 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李 阳 大掺量钢矿渣复合粉混凝土基本性能试验研究 3 - 3 力 学性 能 三组 混凝 土 的力学 性 能见 表 7所示 。 由表 7可 知 ： ( 1 ) 大掺量矿渣粉 混凝土 的 3 d 、 2 8 d抗压强度 比普通混凝土降低 约 1 5 ， 9 0 d抗压强度降低 7 ， 2 8 d劈裂抗拉强度则降低 2 5 。 ( 2 ) 大掺 量 钢矿 渣 复 合 粉混 凝 土 的强 度 明显 提 高 ，与普通混凝土相比 ， 3 d抗压强度高出 4 ， 2 8 d 强度仅下降 7 ， 9 0 d抗压强度 、 2 8 d劈裂抗 拉强度 与普通混凝土持平 。 表 7三组混凝 土的力学性 能 ( 3 ) 三组混凝土的弹性模量基本相 同。 ( 4 ) 由于超细钢渣 粉和脱硫 石膏 的掺加 ， 弥补 了矿 渣 粉混 凝 土早 期 强 度低 的缺 点 ， 满 足 施 工 时混 凝土脱模 的要求 ， 有利于大掺量掺合料混凝土的实 际应 用 。 3 4耐久 性 ( 1 ) 自收缩 由 C A B R N E S型收缩变形测定仪提供的 自动 采集和处理数据功能 ， 得出三组混凝 土从初凝开始 的 自收缩 值 ， 见 图 1 所 示 。 i 褂 婚 皿 图 1 三组混凝土的 自收缩值 由图 1可知 ， 大掺量矿渣粉混凝土 、 大掺量钢 矿渣复合粉混凝土的 自收缩 明显低于普通混凝土 ， 其 中 大掺 量 钢矿 渣 复 合粉 混 凝 土 的 自收 缩 最低 ， 这是由于钢渣中的游离氧化钙 、脱硫石膏的 S O ， 成 分起到了补偿收缩的作用。由于大掺量钢矿渣复合 粉混凝土的 自收缩低而早期强度较高 ， 其抗裂性得 到改善 。 ( 2 ) 收 缩 三组混凝土的收缩值见表 8所示。 表 8 三组混凝土 的收缩值 由表 8可知 ， 大掺量矿渣粉混凝土和大掺量钢 矿渣复合粉混凝土 的 7 d 、 2 8 d收缩值一致 ，均低于 普 通混凝 土 这 与 自收缩试 验结 果 吻合 。 ( 3 ) 抗 冻 性 采 用慢 冻 法 ， 完 成 5 O次冻 融 循 环 ， 测定 抗 压 强 度损失率和质量损失率 ， 试验结果见表 9 。 由表 9可 以看 出 ， 三组 混 凝 土 的抗 冻 等级 均 超 过了 D 5 0 ， 显示出良好 的抗冻性能。其中， 大掺量矿 渣粉混凝土的强度损失较大 ， 抗冻性略差 而大掺 量钢矿渣 复合粉混凝土 的重量损失和强度损失最 低 。 抗冻性最好。这与其掺加了超细钢渣粉， 结构体 致 密有 关 。 表 9三组混凝 土的抗 冻性 ( 4 ) 抗 碳化 性 在 二 氧化碳 浓 度 为 ( 2 0 3 ) 的标 准条 件下 ， 测 定混 凝 土 2 8 d碳 化深 度 。 以表 征 混 凝 土 的抗 碳 化 能 力及对钢筋 的保护作用。试验结果见表 1 0 。 国 内外 的研 究 认 为 ， C O 浓 度 对 混凝 土碳 化 的 影 响可 表示 为 碳 化深 度 d浓度 c的平 方 根成 正 比 一 91 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 第 2期 混凝 土与水 泥 制 品 总第 2 2 6期 表 1 O 三 组 混 凝 土 的抗 碳 化 性 即 ： 乏 = 篆 式 中 ： C I 加 速碳 化试 验 的 C O 2 浓度 ( 2 0 ) ； t l 加速碳化时间( x 3 6 5 ) 0 ； c 2 空气中 C O 2 浓度( 0 0 3 ) ； 一空气 中自然碳化时间。 以钢筋 的混 凝土 保 护层 d = 2 0 ram为 例 ， 依据 加 速 碳 化 2 8 d的碳化 深 度 d ， 由上 述 公式 可 以估算 出 在非加速碳化 的条件下 ， 混凝土碳化深度超过钢筋 保 护层 厚度 所需 要 的时 问 t ，即混 凝 土对钢 筋钝 化 膜的保护作用失效的时间 t ： 。 经计算 ， 以上三种混凝 的 t 2 = 5 1 1 4 a ， 说明三种混凝土均结构致密 抗碳化性 能 良好 。 ( 5 ) 抗渗性 三组 混凝 土 的抗渗 性试 验结果 见表 1 1 。 表 1 1 三组混凝土的抗渗性 由表 l 1 可见 ， 大掺量矿渣粉混凝土 、 大掺量钢 矿渣复合粉混凝土的抗渗性与普通混凝土一致 。 抗 渗性 能 良好 。 ( 6 ) 电通量 在 直流 电压 作 用 下 ， 氯离 子 通 过混 凝 土 试件 向 正极方 向移动 ， 以测定流过混凝土的电荷量来反映 渗透 混凝 土 的氯 离子 量 。三 组混凝 土 的 电通 量试 验 结果 见表 1 2 。 表 l 2三组 混凝 土 的 电通 量 根 据有 关标 准 ， 当 6 h电通 量 为 5 0 0 1 0 0 0 C时 。 混凝土的氯离子渗透性非常低2 1 。 由表 l 2可知 ， 大 掺 量 钢 矿 渣 复 合粉 混 凝 土 的 电通 量 明 显 低 于 普 通 混凝土和大掺量矿渣粉混凝土 ， 这是 由于前者含有 超细钢渣粉 ， 硬化体结构更加致密。 ( 7 ) 氯离子扩散系数 三组混 凝 土的氯 离子扩 散 系数见 表 1 3所示 。 表 1 3三组 混 凝 土 的氯 离 子 扩 散 系 数 编号 氯离子扩散系娄 ( m 2 s ) P- 50 K-5 0 G-5 0 1 06 x1 0一 0 8 5 x1 0 12 0 6 9 x1 0 一 由表 l 3可见 ， 大掺量掺合料混凝土 、 大掺量钢 矿渣复合粉混凝 土的氯离子扩散系数均低于普通 混凝土 。其 中， 大掺量钢矿渣复合粉混凝土 的氯离 子扩 散系 数最低 ， 与 电通量 试验 结果 相吻合 。 4 结语 ( 1 ) 大掺量钢矿渣复合粉混凝 土的强度 ( 尤其 是早期 强度 ) 与普通混凝 土持平 ， 并 明显高于大掺 一 9 2 一 量矿 渣 粉混 凝 土 ， 钢 矿 渣 复合 粉 的掺 入 有效 解 决 了 大掺量矿渣粉混凝土早期强度低的问题。从施_T角 度而 言 ， 有 利于该 技术 成果 的推广 应 用 。 ( 2 ) 大 掺 量钢 矿 渣 复合 粉 混凝 土 的早 期 自收缩 和收缩值较低 ， 抗裂性较好 ， 并且硬化混凝土的耐 久性 ( 抗冻性 、 电通量 、 氯离子渗透性等 ) 明显优于 普通混凝土和大掺量矿渣粉混凝土。 ( 3 ) 大 掺量 钢 矿 渣 复合 粉混 凝 土 充发 挥 了超 细 钢渣粉和脱硫石膏的超细填充及活性激发作用 ， 其 协 同作用提高了混凝土的各项性能指标 。 参考 文献 ： 1 】国家发展 改革委 大宗 固体废物综 合利用实施 方案 发改 环资 2 0 1 1 1 2 9 1 9号 2 中国工 程建设 标准化 协会 C E C S 2 0 7 ： 2 0 0 6高性能 混凝 土应 用技术规程【 S 北京 ： 中国计划出版丰 十 ， 2 0 0 6 收 稿 日期 ： 2 01 4 1 2 2 7 作 者 简 介 ： 李 阳 ( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 高级 T 程 师 通讯地址 ： 上海市宛平 南路 7 5号 联系电话 1 3 8 1 8 3 0 6 3 8 0 E - ma i l ： l i y a n g j k y 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m