钢渣复合掺合料配制C100高抗氯离子渗透性混凝土研究.pdf

2 0 1 1年 第 6 期 (总 第 2 6 0 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 l ( To t a I No2 6 0) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERJ AL AND ADM I CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 6 0 2 3 钢渣复合掺合料配制 C 1 0 0高抗氯离子 渗透性混凝土研究 温喜廉 ，欧阳东 ，潘攀 ( 1 广州市住宅建设发展有限公司，广东 广州 5 1 0 0 7 5 ；2 暨南大学 力学与土木工程系 ，广东 广州 5 1 0 6 3 2 ) 摘要： 研究了钢渣复合掺合料配制 CI O 0混凝土的工作性 能与力学性能 ， 并采用 AS T M C1 2 0 2直 流电量法和 N E L法研究掺合料对混 凝土抗 氯离子渗透性能的影响。 试验结果表明 ： 钢渣复合掺合料 能配制 出工作性能好 、 2 8 d强度达 1 0 0 MP a的混凝土 ， 且其 2 8 d 抗 氯离子 渗透性能达到“ 很低 ” 的评价等级 ， 而且随着龄期的延长混凝土抗氯离子渗透 性能达到“ 极低” 的评价等级。 关键词 ： 钢渣 ；掺合料 ；CI O 0 ；氯离子渗透性 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标 志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 7 3 0 3 Re s e ar c h of hi gh a n t i c hl or i de i on per me ab i l i t y of C1 00 c onc r e t e m i x e d wi t h s t ee l s l ag WEN Xi l i a n ， OUY ANG Do n g2 , P AN Pa n ( 1 O u a n g z h o uR e s i d e n t i a l C o n s t r u c t i o nD e v e l o p me n t C o ， L t d ， Gu a n g z h o u 5 1 0 0 7 5 ， Ch i n a ； 2 D e p a r t me n t o f Me c h a n i c s a n dC i v i l E n g i n e e ri n g ， J in a nU n i v e r s i t y， Gu a n g z h o u 5 1 0 6 3 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： At s t ud i e s the wo r k a bi l i ty a n d me c h a n i c a l p r o p e i e s o fel 0 0 c o n c r e t e ma d e d b y a d d i n g s t e e l s l a g， a n d r e s e a r c h t h e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e t o a n t i c h l o rid e i o n p e n e t r a t io n mi x e d wi t h a d mi x tur e b y u s i n g AS TM C1 2 0 2 c h a r g e p a s s e d me t h o d a n d NEL me t h o d Re s u l t i n dic a t e s t h a t c o n c r e t e mi x e d wi t h s t e e l s l a g c a n b e p r e p a r e d a g o o d wo r k a b i l i t y p e r f o r man c e， s t r e n g t h o f c o n c r e t e r e a c h e d 1 0 0 M P a an d the p e rfo rm a n c e o f a n t i c h l o ri d e i o n p e n e t r a t i o n r e a c h e d a “ v e r y l o w”e v a l u a t i o n c r i t e ria a t t h e a g e o f2 8 d a y s Th e p e rfo rm an c e o fc o n c r e t e t o a n t i - c h l o rid e i o n p e n e - t r a t i o n r e a c h e d a “ v e ry l o w”e v a lua t i o n c rit e ria a l o n g wi t h t h e e x t e n s i o n o fa g e Ke y wor d s： s t e e l s la g； a d mi x tur e； C 1 0 0； c h l o ri d e i o n p e r me a b i l i ty ( 】 引言 钢渣是炼钢时产生的废渣 ， 其排放量约为钢产量的 4 0 ， 已 累积约 3 亿 t m， 而我 国钢渣的利用率较低 ， 约为 1 0 I 1 。 钢渣 的 堆积不仅 占用大量 的土地 ， 造成环境 污染 ， 而且 是不可再生资 源的浪费。 探索钢渣这一工业废渣的利用， 使其资源化已成为 环境保护必须解决的课题。目前 ， 人们 已经开发 了多种有关钢渣 综合利用的途径， 主要包括冶金、 建筑材料、 农业利用、 工程应用等 几个领域 。 国内利用钢渣生产普通和高强混凝土方面已有一 定的研究f 】 ， 但利用钢渣复合掺合料配制超高强和高抗氯离子 渗透性混凝土的研究却鲜有报道。 本研究利用钢渣具有一定活性， 经加工后有胶凝性的特点， 复合少量硅粉作为 昆 凝土掺合料部分 取代水泥， 配制出超高强度 、 高流动性 、 高耐久性的高性能混凝土。 1试 验 1 1 原材料 广州市越堡水泥有限公司生产金羊牌 P I I 5 2 5 R级水泥 ； 广东韶钢嘉羊新型材料有限公司生产 $ 9 5磨细矿渣粉； 埃肯国 际贸易有限公司生产的 9 2 0硅粉 ； 广州珠江钢铁有限责任公 司 炼 钢之后 产生的废钢渣 ， 先用统一试验小磨研磨 1 5 mi n ， 再 用 Q M I S P 2 0行星式球磨机粉磨 2 h 备用； 广# l J r ； 江河砂， I I 区， 细 度模数为 2 8 4 。 广州增城石场产 5 1 0 m m瓜米石和大亚湾石场 产 5 - 2 0 r f l l T l 碎石两级粗集料配合成 5 2 0 r r l lT l 连续级配骨料。 广州柯杰外加剂科技有限公司生产的l ( J J s型高效减水剂。 1 2混 凝 土 配 合 比 试验水胶比设定为0 2 l 8 ， 砂率固定为 4 2 2 ， 高效减水剂 掺量 2 5 8 ， 用水量为 1 3 5 k g m ， 掺合料 总掺量 为 3 1 5 ， 硅灰 掺量为 4 5 k g m， ， 钢渣与矿渣掺量比例分别为 1 ： 2 、 l ： 1 、 2 ： l 。 混凝 土配合 比， 见表 1 。 表 1 混凝土配合比 k eg m 1 3试 验 方 法 采用强制式搅拌机拌制混凝土， 先将粗骨料 、 细骨料 、 水 泥、 掺合料按混凝土配合比放人搅拌机中干拌 2 mi n ， 然后加 入溶有减水剂的拌合水 ， 再搅拌 2 mi n制成混凝土拌合物。 按 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝拌合物性能试验方法标准 测 收稿 日期 ：2 0 1 0 - l 1 _ o 2 基金项 目：国家星火计划项 目( 2 0 0 5 E A7 8 0 0 1 8 ) ； 广东省重大科技专项 ( 2 O l O A O 8 O 8 0 4 叭5 ) 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 凝土力学性能试验方法标准 进行。 混凝上渗透性能试验采用两种不 同的方法来评价 。 其一按 国际上 比较 常用的 AS T M C1 2 0 2直流 电量法评 价混凝土抗 氯 离子渗透性能 ， 采用北京 耐尔科技有限公 司生产的八通道 自 动采集( N E L P E R型) 混凝土渗透性快速电测仪( 如图 1 所示) ， 该方法的评价标准方法见表 2 所示 。 其二采用 N E L法测定混凝 土的氯离子扩散系数， 由清华大学研制 ， 北京耐尔科技有限公 司生产的 NE L P D R型 自动采集数据的混凝土渗透性快 速电测 仪( 如图2所示) ， 该方法的具体评价标准见表 3 所示。 图 1 N EL P E R型混凝土渗透性快速 电测仪 表 2 A S T MC 1 2 0 2总导电量标准及 其对混凝土的分类 2 结果和分析 2 1 内掺钢渣一 矿渣一 硅粉混凝土的工作性能和力学 图 2 N E L P D R型混凝土渗透性快速电测仪 表 3 N E L评价 混凝土渗透性标准 落度越大说明混凝土的流动性越好。 但只用坍落度指标来评价 混凝土的流动性对于高强高流动性混凝土来说显然不够。 为此 本试验结合坍落度 、 扩展度和倒坍落度桶流出时间， 并考虑混 凝土工作性能 的经时损失来综合评价混凝土的工作性能 。 混凝 土工作性经时损失越小说明新拌混凝土在一定时间内保持一 定坍落度 的能力越强 ， 对于长距 离新拌泵送混凝 土的运输越有 利。混凝土的高强化除了选用优质水泥和优质骨料外更重要的 措施是通过采用超塑化剂降低水灰 比和掺加混凝土的第六组 分一 矿物掺合料7 1 。 聚羧酸盐系高效减水剂是超塑化剂的一种， 此 种高效减水剂在掺量q t 1 1 , 的情况下就可产生较好的分散效用 ， 并具有优 良的缓凝、 早强和保持坍落度的作用f8 1 。利用钢渣复 合掺合料配制混凝土的工作性能和力学性能试验结果如表4 ， 掺 性能 合料掺量变化对混凝土抗压强度的影响如图 3 。 新拌混凝土均 坍落度是 表征混凝土流动性及和易性的重要指标之一 ， 坍 具有 良好的保 水性 和黏聚性 。 表 4 混凝土的工作性能和力学性能 从表 4可见， 采用高效减水剂后 ， 各种配合比混凝土的坍 落度都达到了 2 6 0 r n l T l 。 高效减水剂对混凝土工作性能的影响 远大于掺合料之间掺量 比例的变化对混凝土的影响。掺钢渣的 混凝土扩展度稍小于未掺的混凝土， 混凝土倒坍落度桶流出时 间随着钢渣掺量的增加而延长 ， 且都未超过 2 5 S 。 混凝土的黏性 随着钢渣掺量的增加而有所加大， 新拌混凝土 2 h工作性经时 损失很小， 掺加钢渣能保持混凝土具有很好的工作性能。 本试验采用水胶比为 0 2 1 8 ， 并且通过掺加掺合料实现了混 凝土的高强化。 混凝土水胶比降低和掺合料的加入， 使水泥石中 的孑 L 结构及界面结构得到极大的改善 ， 水泥石与骨料界面过渡 区的黏结强度增加， 使得 昆 凝土整体强度提高。 从表 4可见 ， 高 强混凝土的早期强度增长很快， 3 d混凝土强度就达到了 6 5 MP a 以上 ， 7 d强度达到混凝 土标 准强度 7 5 以上 ， 2 8 d强度基本上 7 4 都达到 了 1 0 0 MP a ， 随着龄期的延长强度发展趋势越来越慢。 混 凝土强度随着钢渣掺量增加 、 矿渣掺量减少强度有所下降 。 2 2 内掺钢渣一 矿渣一 硅粉混凝土抗氯离子渗透性能 混凝土的耐久性是现代高性能混凝土评价的重要指标 ， 混 凝土的抗渗透性又是混凝土耐久性的其中一方面。 提高混凝土 的抗渗性可以有效地防止钢筋锈蚀 ， 当混凝土的渗透性很低时， 一 般就可以有效抵抗水和侵蚀性介质的入侵。 混凝土的渗透性 和离子扩散性都与其孔体积、 尺寸及其连通性密切相关 。 试验 通过降低水胶 比、 掺加高效减水剂和矿物掺合料能有效地细化 混凝土孔结构、 改善界面过渡区、 改变孔的连通性和增加混凝 土密实度， 从而提高混凝土密实度及抵抗氯离子的侵蚀。 利用钢 渣复合掺合料配制混凝土的抗氯离子渗透性能试验结果如表 5 ， 钢渣掺量变化对混凝土抗氯离子渗透l生的影响如图3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 5 混凝土抗氯离子渗透性评价等级 龄期 ， d 图 3 钢渣掺量变化对混凝土抗氯离子渗透性的影 响 从 表 5可见 采用电通量法 和 N E L法评 价混凝土 的抗氯 离子渗透性 ， 都 达到了“ 很 低” 的评 价等级 ， 两 种测 试方法具有 很好的一致性。 随着龄期的延长混凝土抗氯离子渗透性能达到 “ 极低” 的评价等级 。 由于混凝土采用很低的水胶 比， 混凝土中自 由水量减少， 混凝土的孔隙率降低， 加上掺钢渣等活性掺合料， 填充混凝土中细小的孔隙， 使得混凝土的密实程度得到了很大 的提高， 混凝土的抗氯离子渗透性能明显得到增强 “ 。 掺合料 在混凝土中发挥 了密实填充效应和火 山灰效应。 从图3町见， 随着养护龄期的增加， 混凝土迁移电量减少， 说 明混凝土的抗氯离子渗透能力增 强， 混凝土抗渗性越好 。 7 2 8 d 龄期下降趋势特别明 ， 2 8 5 6 d还稍有下降， 再往后就基本趋 于稳定 ， 这与混凝土强度发展趋势基本相同。 刚开始时掺钢渣越 多 ， 迁移电量越多 ， 但最后都基本趋 于一样。 3结论 ( 2 ) 混凝土早期强度发展很快 。 7 d强度达 到混凝土标准强 度 7 5 以上。 混凝土强度随着钢渣掺量增加， 矿渣掺量减少强度 有昕下降。 ( 3 ) 采用 电通量 法和 N E L法评价混凝 土的抗氯离 子渗透 性 ， 都达到 了“ 很低 ” 的评价等级 ， 两种测试方法具有很好 的一 致 性 参考文献 ： l 1 张雷， 王飞， 陈霞钢铁渣资源开发利用现状和发展途径初探f J J _ 中国 废钢铁 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 4 2 4 4 2 】陈盛建， 高宏亮镧 渣综合利用技术及展望训 南方金属， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 1 【 3 】王琳 ， 孙本良 ， 李成威 钢渣处理与综合利 用 J l l 冶金能源 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 5 4 -5 7 4 张爱萍， 李永鑫 钢渣复合掺合料配制混凝土的工作性能与力学性 能研究 J I_ 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 3 8 4 1 【 5 赵群 ， 吴东海 ， 郭自力内掺钢渣、 硅粉的C 8 0 高性能混凝土研究f J 1 l 工业建筑 ， 2 0 0 4 ( 1 1 ) ： 5 8 6 O 【 6 】A S T MC 1 2 0 2 9 4 ， S t a n d a r d t e s t m e t h o d e l e c t r i c a l i n d i c a t i o n o f C O I l c r e t e S a b i l i t y t o r e s i s l c h l o r i d e i o n p e n e r t r a t i o n S f 7 欧阳东 超高强混凝土及其第六组分的研究 D 广州 ： 华南理工大 学 ， 1 9 9 7 ， 【 8 1 姚燕 ， 王玲， 田培 高性能混凝土 J 1 - 北京： 化学工业出版社， 2 0 0 6 ： 8 3 【 9 1 汪澜 水泥混凝土组成- 性能t 应用f M 】 北京： 中国建材工业出版 社 ， 2 0 0 4 【 l O J 冯乃谦， 邢锤 高性能混凝土的氯离子渗透性和导电量【 J 1 混凝土， 2 0 0 l ( 1 1 ) ： 3 - 7 l 1 1 B y u n g Hw a n O h ， S o o Wo o C h a ， B o n g S e o k J a n g ， e t a 1 D e v e l o p me n t o f h i g h p e fl r ma n e e c o n c r e t e h a v i n g h i g h r e s i s t a n e e t o c h l o rid e p e n e t r a - t i o n J N u c l e a r E n g i n e e r i n g a n d D e s i g n ， 2 0 0 2 ， 2 1 2 ( 1 3 ) ： 2 2 1 - 2 3 1 作者简介 ( 】 ) 在混凝土巾通过钢渣复掺可以配制出坍落度达 2 6 0 f 1 1 m、 联系地址 经时损失小 、 强度达 1 0 0 MP a的混凝土。 联系电话 上接第 6 6页 体相似， 可分为微滑移段 、 内裂滑移段、 劈裂阶段、 下降段和残 余阶段 。 ( 2 ) 随着再生混凝 土粗 骨料取代率的增加 ， 再生混凝 土的 相对黏结强度也随着提高 。 ( 3 ) 考虑单 素影响时 ， 再生混凝土 的黏结 强度随着混凝 土抗拉强度和相对锚 阎长度的提高而减小 ， 随着相对保护层 厚 度的增加而增加 。 ( 4 ) 黏结一 滑移本构关系上升段参数 a = O 2 5 ： 参考文献 ： 【 l 】G B 5 0 1 5 2 9 2 ， 混凝土结构试验方法标准【 s J 【 2 】过镇海， 8 日 旭东 钢筋混凝土原理和分析【 M 】 北京： 清华大学大学出 版社 ， 2 0 0 3 3 徐有邻 变形钢筋 混凝土黏结锚固性能的试验研究 D 1 北京： 清华 大学 ， 1 9 9 0 【 4 】肖建庄 再生混凝土【 M 】 E 京 ： 中国建筑 工业出版社 ， 2 0 0 8 温喜廉( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 工学硕士， 总工室昌 U 主任， 从事混凝土 材料及施工技术研究开发。 广州币环市东路 4 7 6号之一 1 1 楼 ( 5 1 0 0 7 5 ) 0 2 0 3 7 81 8 8 21 I 5 15 肖建庄， 李丕胜， 秦薇 再生混凝土与钢筋间的黏结滑移性能f J 】 同济 大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 ) ： 1 3 - 1 6 1 6 1 毛达岭 H R B 5 0 0 钢筋黏结锚固性能的试验研究 D I 郑州 ： 郑州大学， 2 0 0 4 【 7 】赵军 再生 混凝土黏 结锚固 性能的试 验研 究 L ) 1 _ 南 亍 ： 广西大 学 ， 2 0 0 7 8 J王志伟， 高春 再生骨料不同取代率混凝土黏结性能研究l J l l低温建 筑技术 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 7 - 9 【 9 1 胡玲 ， 杨勇新， 等 H R B F 5 0 0 钢筋黏结锚固性能的试验研究 J 】 工业 建筑， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 1 1 ) ： 1 3 1 6 1 O 王希伟 高强钢筋高强混凝土黏结锚固性能的试验研究【 D 1 l泉州： 华 侨大学， 2 0 0 7 作者简 介 联系地址 联系电话 王大富( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 。 辽福建省泉州市华侨大学土木工程学院 O 8 级研究生 ( 3 6 2 0 2 1 ) 1 5l 0 6 0 9 6 0 6 6 75 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m