大掺量非金属矿渣混凝土的力学行为试验研究.pdf

第3 5 卷第4 期 2 0 1 2 年 7 月 非 金 属 矿 N on M et a l l i C M i nes vo1 35 N O 4 J ul y，2012 大掺量非金属矿渣混凝土的力学行为试验研究 尚建丽李翔赵世冉 ( 西安建筑科技大学 材料与矿资学院，陕西 西安7 1 0 0 5 5 ) 摘要 以钢渣替代普通碎石作粗骨料、 磨细钢渣粉替代水泥作胶凝材料， 制备大 掺量钢渣双掺混凝土， 对其稳定性、 工作性及力学性能进 行试验研究， 并采用扫描电镜、 能谱仪对其微观结构、 成分进行测试。试验表明： 以钢渣骨料稳定性为替代掺量的选择依据， 可通过掺入铜渣粉， 实 现大掺量铜渣对混凝土力争I生能改善的 目的。 关键词钢渣混凝土粗骨料力争陛能 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码： A E x p e r i me n t a l Re s e a r c h o n Me c h a n i c a l B e h a v i o r o f Hi g h Ad d e d Qu a n t i t y No n - Me t a l l i c S l a g C o n c r e t e S h a ng J i a n l i Li Xi a n g Zh a o S h i r a n ( S c h o o l o f Me t e r i a l s a n d Mi n e r a l R e s o u r c e s ， Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y , Xi a l l ， S h a a n x i 7 1 0 0 5 5 ) Ab s t r a c t R e p l a c i n g o r d i n a r y g r a v e l b y s t e e l s l a g a s c o a ,r s e a g g r e g a t e ， c e me n t b y fi n e g r i n d i n g s t e e l s l a g p o wd e r a s c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s ， f o r t h e p r e p a r a t i o n o f h i g h a d d e d q u a n t i t y s t e e l s l a g c o n c r e t e b y d u a l mi x in g me t h o d ， the v o l u me s t a b i l i ty, wo r k a b i l i ty a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s wa s s tud i e d ， t h e mi c r o s t r u c tu r e a n d i n g r e d i e n t s we r e t e s t e d b y s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e and e n e r gy d i s p e r s i v e X- r a y a n a l y s i s ( E D XA) E x p e ri me n t s h o ws t h a t u s i n g s t e e l s l a g a g g r e g a t e S s t a b i l i t y a s s u b s t i tut i o n q u ant i ty S s e l e c t i o n c r i t e ri o n ， t h r o u g h a d d i n g s t e e l s l a g p o w d e r , the c o n c r e t e S me c h a n i c a l p r o p e r t i e s b y s t e e l s l a g S h i g h a d d e d q u a n t i ty i s i mp r o v e d Ke y wo r d s s t e e l s l a g c o n c r e t e c o a r s e a g g r e g a t e me c h a n i c a l p r o p e rti e s 随着建筑行业的快速发展， 混凝土等大宗型材料 的供应量逐年加大 ， 面临的资源短缺和材料枯竭问题 也更为严峻 】 。所以利用钢渣 良好 的坚固性和水硬 活性 2 -4 将其同时作骨料、 掺合料应用于混凝土 中， 一 方面可以使钢渣得到高附加值 的有效利用 ， 解决环 境污染问题 5 1 ； 另一方面可以增加混凝土骨料和掺合 料的供应量。本实验主要研究钢渣作骨料与掺合料 对塑性混凝土的工作性、 力学性能以及体积稳定J陛的 影响， 实现钢渣废弃物的高利用率。 1 试验部分 1 1 原料 水泥： 陕西耀县水泥厂生产的秦岭牌 4 2 5 R级普 通硅酸盐水泥， 其物理、 化学性质见表 1 、 表 2 。 表1 普通硅酸盐水泥的物理性质 收稿 日期 ：2 0 1 2 。 0 5 0 9 基金 项 目： 国家十二五科技 支撑重点 项 目 ( 2 0 1 1 B AB0 3 B0 5 1 ) ； 陕 西 省重点学科建设 专项基金 资助项 目。 工业废 渣 ： 本试验采 用 陕西龙 门钢 厂转 炉钢 渣 颗粒经 球磨 机磨 细而成 的钢渣 粉， 比表 面积 为 4 5 0 m2 k g ， 经沸煮试验证 明掺量宜控制在 5 0 、 压蒸 试验表明掺量宜控制在 4 0 之内， 安定性均合格 ， 钢 渣粉化学组成见表 3 。 表3 钢渣粉的化学组成 s i( ) 2 C a O F e 2 0 3 Al 2 O3 Mg O S O3 Mn O T i O 2 f - Ca O 1 9 9 9 3 92 2 1 8 0 7 4 5 1 5 7 7 0 2 6 3 6 7 1 6 4 3 O 5 粗骨料 ： 普通粗骨料选用灞河碎石， 5 2 5 l r l l T l 连 续级配， 压碎指标 8 7 。钢渣粗骨料采用陕西龙 门 钢厂转炉钢渣 ， 经筛分得到 5 2 5 i n l n范围的颗粒， 称 为钢渣粗骨料， 其物理性质见表 4 。 表4 钢渣粗骨料性质 一 1 2一 细骨料： 细骨料为西安灞河中砂 ， 细度模数 2 4 5 ， 表观密度2 6 3 g e ra 3 ， 含泥量、 颗粒级配等符合标准要 求。 # lq J n 剂： 采用陕西恒升# l J tl 剂有限公司生产的 HS P - N G X型萘系高效减水剂， 呈棕黄色粉末状 ， 减水 率为 2 3 8 。 1 2 钢渣骨料稳定性试验参考 钢渣稳定性试验 李翔，赵世冉 大掺量非金属矿渣混凝土的力学行为试验研究 G B T 2 4 1 7 5 2 0 0 9 ) ， 将钢 渣骨料、 普通碎石 骨 至 4 7 5 - 9 5 i n n 粒径范 围， 制备 5组不同混掺 样 ， 钢 渣骨料掺量 分别为 0 、 2 5 、 5 0 、 7 5 、 将各组渣样置于 2 1 5、 2 a的压蒸釜内压 之后过 1 1 8 I n l T l 筛 ， 以压蒸粉化率产 筛 下I m总 测试 。 】 ， 其结果见表 5 。 表5 不同钢渣骨料掺量的压蒸粉化率 于就该指标达到多少， 可作为评价混凝土体积 均界 限值 ， 还未定论 ， 因此， 为了保证钢渣混凝 隐定 ， 本试验首先对不同掺量钢渣骨料配制 的 挂行了压蒸试验 。 不同掺量钢渣骨料混凝土设计 ： 依据 C 3 0强 等级、 水泥2 8 d 实测强度 4 8 8 i P a 及坍落度 o J n要求， 混凝土配合比设计见表 6 。 表6 钢渣混凝土压蒸试验配合 比 碾上述配比制备 1 0 0 mmx l 0 0 mmx l 0 0 mi l l 混 央， 标准养护 2 8 d ， 置于压蒸釜内进行试块压 罚 渣骨料混凝土体积变化 ： 不同钢渣骨料掺量 式 块压蒸后体积变化见图 1 。 l 同钢渣骨料掺量对应的试块压蒸后体积变化 a 一 0 - 2 5 组试块 ；b 0 - 5 0 组试块 ；c 一 0 - 7 5 组试块 虱1 可看 出， 钢渣骨料掺量 2 5 试样 形貌基 无明显体积膨胀现象 ， 基本接近纯碎石骨料 见。掺量 5 0 试样 出现缺棱掉角现象 ， 表面 只 膨胀部分呈现范围突起状并有微细裂缝， 但 t - 强度影响不大。而 O 一 7 5组试块碎裂 ； 0 1 0 0 变 裂呈小碎块、 粉末状 ， 完全破坏。 比可 知 ， 钢 渣 粗 骨 料 最佳 掺 量 应 为 2 5 - 满足工程需求。然而， 为了实现钢渣掺量 的 1 3 最大化 ， 本实验采用双掺技术途径， 即掺入钢渣骨料 的同时利用矿物粉水硬活性 【 8 ， 掺入钢渣粉作为混凝 土掺合料， 争取实现工业废钢渣利用率的最大化， 同 时寻求在一定程度改变胶凝体系 9 ， 从而达到改善混 凝土性能的目的。 2 钢渣双掺混凝土力学性能试验 2 1 试验 配合比试验参考 普通混凝土配合 比设 计规程 ( J GJ 5 5 2 0 1 1 ) ， 设 计强度 等级 C 3 0 、 坍落度 5 0 -9 0 m l T l 的钢渣双掺混凝土。 由上述钢渣骨料稳 定性试验确定钢渣骨料掺量 2 5 ， 钢渣粉单掺 3 0 、 4 0 ； 计算砂率 = 3 7 ， 根据鲍罗米公式确定水胶比 B =0 4 1 。用于试验的配合比见表 7 。 表7 钢渣双掺混凝土配合比 i L4 -胶凝材料 ( k g m ) 粗骨料 0 ( g ，m ) 细骨料 水 编号 水泥 钢渣粉普通碎石 钢渣骨料 ( k g m3 ) ( k g m ) 减水剂 2 2 2 2 6 8 l 51 2 8 8 2 2 9 4 6 9 l l 5 5 I 针对各组混凝土进行拌合物性能试验 ： 2 - 0组掺 2 5 钢渣粗骨料混凝土由于骨料粒径偏小、 多孔等特 点 ， 需要较多水泥浆体包裹， 宏观表现为黏聚性、 保水 性相对 1 - 0 组 良好 ， 坍落度偏小 ， 满足 5 0 9 0 r n r n范 围要求 ； 由于小粒径的钢渣骨料更易填充于大粒径碎 石骨料构成的空隙当中， 填隙包裹程度高， 形成了表 观密度较大的致密混凝土拌合物； 钢渣粉的掺入改变 了水化基体 的孔道大小与分布 ， 同时其部分颗粒呈球 形玻璃体状 ， 在拌合物过程 中起到滚珠作用， 可适 当改善混凝土流动性 。所以， 2 - 1 、 2 - 2组钢渣双掺混 凝土坍落度为 5 0 - 9 0 1T n T I ， 工作性良好。 2 2 力学性能试验结果与分析将混凝土试件于标 准条件下养护， 分别测其 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d抗压强度， 结 果见图 2 图 4 。 从图 2 可看出， 单掺 2 5 钢渣骨料试件各龄期抗 压强度均大于不掺钢渣骨料试件的强度， 各龄期强度 提高率分别为 1 2 8 、 1 2 9 、 7 5 ； 试验表明， 钢渣骨 料 的适量掺入， 对混凝土抗压强度起促进作用。从图 3 、 图 4 可看出， 2 - 1 、 2 2 组试件是掺 了2 5 钢渣骨料后 又掺 3 0 、 4 0 钢渣粉， 其钢渣总掺量分别达到 5 5 、 6 5 ， 与单掺钢渣粉试件相比， 后期强度明显高于 1 - 1 组、 1 - 2组试件 ， 说明双掺钢渣是保证钢渣混凝土稳定 性安全使用前提下， 最大化利用钢渣的一条途径。 O O O 舛 舛 藿 1 4 2 4 O B 钉 0 一 一 0