昆钢钢渣微粉对混凝土耐久性能的影响.pdf

第4 1 卷第 3期 2 0 1 5年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 3 昆钢钢渣微粉对混凝土耐久性能的影响 韩长菊 ， 张育才 ， 朱 波 ， 宋 华 ( 1 昆明冶金高等专科学校建材学院， 云南 昆明6 5 0 0 3 3 ； 2 云南昆钢水泥建材集团技术中心， 云南 昆明6 5 0 0 3 3 ) 摘要： 用云南昆钢工业废渣综合利用开发有限公司生产的钢渣粉 ， 与矿渣粉和粉煤灰复掺 ， 制备 C 3 0混凝土， 对 混凝土的抗冻性 、 抗渗性、 抗碳化性和收缩性等耐久性能进行了分析 ， 结果表明 ， 随着时间的延长， 掺入钢渣粉混凝 土的抗碳化性能较好 ， 总收缩率较大， 基准混凝土和掺钢渣粉混凝土都具有较好的抗冻性和抗渗性。通过 S E M分 析了不同龄期水化产物的表面形貌。 关键词 ： 钢渣粉 ； 混凝 土 ； 矿渣粉 ； 耐 久性能 中图分类号： T U 5 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 2 3 0 5 The e f f e c t o f s t e e l s l a g p o wd e r f r o m Ku n m i n g i r o n a n d s t e e l c o mp a n y o n t he c o n c r e t e d u r a b i l i t y HA N C h a n g j u ， Z H A N G Y u c a i ， Z HU B o S O N G H u a ( 1 F a c u l t y o f B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， K u n m i n g Me t al l u r g y C o l l e g e ， K u n mi n g 6 5 0 0 3 3 ， C h i n a ； 2 T e c h n o l o g y C e n t e r ， Y u n n a n K u n m i n g S t e e l C e m e n t B u i l d i n g Ma t e r i a l s G r o u p ， K u n m i n g 6 5 0 0 3 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e c o n c r e t e o f C 3 0 wa s p r e p a r e d wi t h t h e s t e e l s l a g p o w d e r s t h a t w e r e p r e p a r e d b y Yu n n a n K u n mi n g S t e e l I n d u s t r y W a s t e R e s i d u e C o mp r e h e n s i v e U t i l i z a t i o n a n d D e v e l o p me n t Co mp a n y ， mi x e d s l a g p o wd e r s a n d fl y a s h T h e d u r a b l e p r o p e r t y o f c o n c r e t e s u c h a s t h e f r o s t r e s i s t a n c e ， a n t i - p e r me a b i l i t y ，c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e a n d s h r i n k a g e p r o p e y wa s an aly z e d T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e c arb o n a t i o n r e s i s t anc e p e r f o rm anc e o f c o n c r e t e mi x e d t h e s t e e l s l a g p o w d e r s i s g o o d， t h e t o t al s h ri n k a g e i s l a r g e r Wi t h a n d wi t h o u t s t e e l s l a g po wd e r c o nc r e t e h a v e g o o d f r o s t r e s i s t a n c e a nd pe r me a bi l i t y r e s i s t a n c e Th e s u r f a c e mo r ph o l o gy o f d i f f e r e nt a g e h y d r a t i o n p r o d uc t s wa s a n a l y z e d b y S EM Ke y wo r d s： s t e e l s l a g p o wd e r s ； c o n c r e t e ； s l ag p o w d e r s ； d u r ab l e p r o p e r t y 0前言 钢渣是炼钢时产生的一种工业废渣 ， 数量一般 为粗钢产量的 1 2 一2 0 1 -4 。它 的主要矿物成分 为硅酸三钙 (C s ) 、 硅酸二钙 (C S ) 、 铁酸钙 c F 及固溶体( R O ) ， 属过烧劣质熟料， 具有潜在 水硬活性_ 5 ， 且价格低廉 ， 在水泥混凝土领域有广 泛的应用前景 J 。现代优质混凝 土不仅要有 足够 强度 ， 还要具有 良好 的工作性能和耐久性 J 。钢渣 粉作为活性掺合料用于混凝土， 研究其对混凝土耐 久性的影响， 具有一定的现实意义。 1 原材料分析 水泥采用云南昆钢嘉华水泥建材有限公司生产 收稿 日期 ： 2 0 1 4 -0 6 1 6 作者简介： 韩长菊( 1 9 7 2 一) ， 女， 硕士， 讲师， 研究方向为无机非金属 材料 。 基金项 目： 云南省科技计划项 目( 2 0 1 0 Z C 1 5 9 ) E ma i l ： h a n c h a n g ju 1 2 6 t o m 的 P O 4 2 5水泥 ， 比表面积 3 4 0 m k g ， 3 d和 2 8 d 抗压强度分别为 2 3 2 MP a和 4 7 8 MP a ， 3 d和 2 8 d 抗折强度 分 别 为 5 0 MP a和 8 4 MP a ， 密 度 3 O 8 g c m 。钢渣粉由云南昆钢工业废 渣利用 开发有 限 公司提供 ， 比表面积 4 3 8 m k g ， 密度 3 3 g c m 。矿 渣粉、 粉煤灰和砂石料 取 自昆明某混凝 土搅拌站 。 矿渣粉 比表面积为 3 4 3 m k g ， 密度 2 8 7 g c m 。粉 煤灰 比表面 积 1 5 7 m k g ， 密度 1 9 6 s c m ， 4 5 方孔筛 筛 余 6 4 。石 子 为碎 石， 最 大 粒 径 2 6 5 mm， 砂子分为机砂 和山砂 ， 细度模数分别为 2 9和 1 7。 1 1 原材料化学成分分析 材料化学组成见表 1 。 表 1 材料化学组成 Ta b l e 1 Che mi c a l c o mp o s i t i o n o f ma t e r i a l s _ 一 0 0 3 2 3 4 一 钢渣粉的活性评价方法常用碱度系数法 ， 碱度 卯 ” 鼹 L 如 如 吣 鼹 一 一 2 0 1 5 N o 3 韩长菊， 等： 昆钢钢渣微粉对混凝土耐久性能的影响 0 l0 20 30 碳化时间，d ( b)混凝土碳化时间对碳化深度的影响 图3 混凝土碳化结果 Fi g 3 Ca r bo ni z e d r e s ul t figur e o f c o nc r e t e 由图 3 ( b ) 可知 ， 碳化前期 ， 碳化速度较快 ， 随碳 化时间的延长， 碳化速度趋缓 ； 碳化早期 ， 掺钢渣粉 的混凝土碳化深度 比基准混凝土略大 ， 碳化 至 1 4 d 时两者碳化深度相当， 此后 ， 基准混凝土的碳化深度 比掺钢渣粉的混凝 土稍大。这是 因为 ： 钢渣粉早期 水化速度慢 ， 水化产生 的 C a ( O H) 少 ， 后期活性逐 渐被激发， 钢渣掺合料的水化及填充效应 ， 改善了混 凝土的孔结构， 使其抗气体渗透能力提高， 有利于混 凝土抗碳化性能的提高。 2 2 2 钢渣粉 对 混凝 土抗 冻性 能 的影响 混凝土抗冻性实验用慢冻法 ， 1 0 0 m m1 0 0 m m 1 0 0 m m 立方体试 件 ， 以 C 3 0和 C 3 0 3 0进 行实 验。 表 3给 出了混凝土抗冻性 能检测结果 ， 由检测 数据可知 ， C 3 0和 C 3 0 3 0混凝土均表现 出较好的抗 冻性 。经多次冻融循环后质量损失极小， 甚至出现 一 定增长。这可能一方面由于冻融破坏使? 昆 凝土剥 落导致质量减少 ， 另一方 面， 冻融试验通 过(一 2 0一 一 1 8 ) 气冻和 ( 1 8 2 0 o C) 水融进行 ， 冻融 过程 中 水化反应仍在进行 ， 昆 凝土质量有增大的趋势 。 表 3 混凝土抗冻性试验 Ta b l e 3 Te s t o f c o n c r e t e f r e e z i ng r e s i s t a n c e 从强度变化来看 ， 基准混凝土冻融至 7 5次时强 度降低很小 ， 甚至略有增加。掺钢渣粉混凝土强度 降低稍大。但整体而言 ， 二者均有较好 的抗冻性 ， 掺 人钢渣粉后抗冻性无明显差别。 2 2 3钢渣粉对混凝土抗渗性能的影响 混凝土抗渗性 以 C 3 0和 C 3 0 4 0作对 比实验 ， 用渗水高度法进行检测。试件养护到实验龄期前一 天从养护室取出， 表面晾干后用中性玻璃胶密封 ， 静 置 2 d后安装到 HP 4 0 4型程控抗渗实验机上 ， 在 1 2 M P a 水压下加压 2 4 h ， 取下试件 ， 用压力机将试 件劈开 ， 用钢尺沿水痕等间距测量 1 0个测点的渗水 高度值， 以这 1 0个数据的平均值作为该试件渗水高 度的测定值。 表 4给 出混凝 土抗渗性 能测定结果 ， 由表 中数 据可知 ， 基准混凝土和掺钢渣粉混凝土都表现 出 良 好的抗渗性 ， 掺钢渣粉 的混凝土渗水高度低于基准 混凝土 ， 抗渗性更好。这是因为钢渣粉细度 比矿粉 细 ， 钢渣粉与矿渣粉混掺后 ， 由于微细钢渣粉的填充 效应和水化过程 中生成更 多水化产物 ， 改善 了混凝 土的孔结构 ， 细化了毛细孔径， 降低了混凝土的 孔隙率， 使? 昆 凝土结构更为密实， 从而提高了混凝土 的抗渗 性 。 表 4 混凝土渗水高度 Ta b l e 4 W a t e r p e n e t r a t i o n h e i g h t o f c o n c r e t e ， 口 C 3 0 C3 0 4 O 。 了 1 2 3 4 5 7 8 9 1 O 1 2 钢渣粉取代率 0 0 0 0 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 渗水高E ra m 1 3 9 1 4 4 1 4 5 1 2 5 1 5 7 l O 1 l 2 2 6 1 8 7 5 6 平均渗水高度 ra m 1 4 2 8 5 2 2 4钢 渣粉 对混 凝土 收缩性 能 的影 响 混凝 土收缩 性实验 采用 1 0 0 mm1 0 0 mm 4 0 0 m m棱柱体试件 ， 标准养护至 3 d龄期 ， 然后移入 温度 2 0 2 C、 相对湿度 6 0 5 的恒温恒湿室 中， 并测定初始长度。 自移入恒温恒湿室后于相应龄期 测量试件变形读数。 表 5为混凝土收缩性 能测定结果。结果显示 ， 基准混凝 土 和掺钢渣 粉混凝 土 的收缩 率都 较小 。 4 9 d龄期 以前 ， 混 凝土 收缩较 快 ， 4 9 d以后 收缩 变 缓。3 d 龄期以前， 掺钢渣粉的混凝土收缩率比基准 混凝土稍小 ； 7 d龄期以后则掺钢渣粉的混凝土收缩 率 比基准混凝土要大。这是因为钢渣粉 中含有少量 C a O、 Mg O， 在水泥水化早期 ， C a O、 Mg O水化产生微 量的膨胀 ， 对混凝土收缩有稍许补偿作用 。因为钢 渣粉细度较细 ， 改善 了混凝土的孔结构 ， 由毛细管失 水引起的收缩应力相对较高 ， 在混凝土水化后期 ， 混 凝土收缩总量有所增加。 表 5混凝 土收 缩率 Ta b l e 5 S h r i n k i n g p e r c e n t a g e o f c o n c r e t e 2 0 1 5 N o 3 韩长菊 ， 等： 昆钢钢渣微粉对混凝土耐久性能的影响 2 7 3 ) 基准混凝土和掺钢渣粉混凝 土都具有 良好 的抗渗性， 掺钢渣粉的混凝土抗渗性略好于基准混 凝 土 。 4 ) 基准混凝土 和掺 钢渣粉混凝土 的收缩率都 较小 ， 掺入钢渣粉后混凝土收缩率增大。 5 ) 钢渣粉 、 矿渣粉的水化较慢 ， 2 8 d水化产物 中 有明显 的针状钙矾石 ， 粉煤灰 的水化最慢 ， 2 8 d水 化产物 中还有完整的粉煤灰颗粒。 参 考 文 献 ： 1 栾景丽， 李文斌， 屈云海 昆钢钢渣资源化利用的研究 J 中 国资源综合利用 ， 2 0 0 9 ( 4) ： 1 9 - 2 1 2 张同生 ， 刘福 田， 王建伟 ， 等 钢渣 安定性与活性 激发 的研究进 展 J 硅酸盐通 报 ， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 5 ) ： 9 8 0 8 4 3 朱桂林 ， 孙树杉 钢渣成分对钢渣粉活性 的影响 J 中国钢铁 业 ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 2 0 2 4 4 侯贵华 ， 王 占红 ， 朱祥 钢渣 的难磨 相组成 及其胶 凝性 的研 究 J 盐城工学院学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 0 ， 3 ( 1 ) ： 1 - 4 5 金强 ， 贺鸿珠 ， 杨刚 ， 等 宝钢钢渣在 混凝 土材料 中资源化 应用技术研究 J 宝钢技术 ， 2 0 1 0 ( 3) ： 1 9 2 1 6 孙式 霜， 杨海娥 钢渣 粉替代 水泥配 制 R P C的试 验研究 J 山东交通学 院学报 ， 2 0 1 1 ， 1 9 ( 3 ) ： 6 1 - 6 5 7 吴伟伟 ， 杨钱荣 钢渣水硬活性及在水 泥混凝土 中的应 用研 究 进 展 J 粉煤灰综合利用 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 5 1 _ 5 4 8 朱桂林 ， 杨景玲 ， 李可 ， 等 生产钢渣 粉是钢渣高价值 利用 的 重要途径 J 冶 环境保护 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 3 1 - 3 6 9 卞 庆汉 ， 吴学权 ， 唐 明述 从 资源学 与能源 学角度研 究钢 渣在 建材工业 中的应用 J 江苏建材 ， 1 9 9 2 ( 2 ) ： 1 6 1 9 1 0 陈德玉 磨细钢渣掺量对水泥和混凝土性能的影响 J 有色 金 属 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 4 ) ： 1 3 1 - 1 3 4 1 1 施惠生 钢渣对水泥混凝土性能影响的研究进展 J 水泥技 术 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 2 9 - 3 4 ( 上接第 1 7页) 及角部压应力较大 ， 框架柱脚 和钢板墙底部发生 明 显的面外鼓出破坏。 2 ) 影响钢框架双钢板组合剪力 墙的主要 因素 有钢板厚度 、 剪力墙的剪跨 比， 次要因素是混凝土板 厚度 。 3 ) 钢框架双钢板 内填混凝 土组合剪力墙滞 回 曲线饱满 ， 耗能能力较强 ， 承载力高 ， 结构的抗震性 能较好 ， 内力分配合理 。 参 考 文 献： 1 李 国强， 张晓光 ， 沈祖炎 钢 板外包混 凝土剪 力墙板 抗剪滞 回 性能试验研究 J 工业建筑 ， 1 9 9 5 ， 2 5 ： 3 2 3 5 2 管娜 ， 张素梅 ， 郭兰慧 ， 等 两边连接 钢板混凝土组 合剪 力墙 试验研究 与理论分析 C 庆祝刘锡 良教授八 十华诞 暨第八 届 全国现代结构工程学术研讨会论文集 ， 2 0 0 8 1 3 l E m o r i KC o m p r e s s i v e a n d s h e a r s t r e n g t h o f c o n c r e t e f i l l e d s t e e l b o x w a l l J S t e e l S t r u c t u r e s ， 2 0 0 2 ， 6 8 ( 2 ) ： 2 9 -40 4 L i n k R A， E l w i A E C o m p o s i t e c o n c r e t e - s t e e l p l a t e w a l l s ： a n a l y s i s a n d b e h a v i o r J J o u r n a l o f s t r u c t u r e s E n g i n e e ri n g ， 1 9 9 5， 1 2 1 ( 2 )： 2 6 0 2 71 5 A n w a r H o s s a i n K M， Wfi s h t H D E x p e ri m e n t a l a n d t h e o r e t i c a l b e h a v i o u r o f c o mp o s i t e w a l l i n g u n d e r i n - p l a n e s h e a r J J o u r n a l of C o n s t ruc t u r a l S t e e l R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 6 0 ( 1 ) ： 5 9 - 8 3 6 聂建 国，h 凡民 ， 樊健生 低 剪跨 比双钢板一 混凝 土组合剪力墙 抗震性能试验研究 J 建 筑结构学报 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) 7 纪晓东， 蒋飞明， 钱稼茹， 等 钢管一 双层钢板一 混凝土组合剪力 墙抗震性能试验研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 1 3 ( 6 ) ： 7 5 -82 8 孙 国华 半刚接钢框架 内填 R C墙 结构滞 回性能研究 D 北 京 ： 北京工业大学 ， 2 0 1 0 9 李健 ， 罗永峰 ， 郭小农 ， 等 双层钢板组合 剪力墙抗震性 能试 验研 究 J 同济 大 学 学报 ： 自然科 学 版 ， 2 0 1 3( 1 1 ) ： 1 6 3 7 1 6 4 0 1 O 韩林海 钢管混 凝土结 构 理论 与实践 M 北 京 ： 科学 出 版社 ， 2 0 0 7 1 1 张鹏 钢 一 混凝 土 组合 框 架 滞 回性 能 非 线性 有 限 元 分 析 D 长沙 ： 中南大学 ， 2 0 1 1 1 2 干淳洁 ， 吕西林 内置钢板钢筋混凝土剪 力墙非线性仿真研 究 J 建筑结构学报， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 9 7 1 0 2