钢渣粗集料在泵送配重混凝土中的应用试验研究.pdf

文 章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 5 ) 0 2 一 O 0 1 8 0 4 毫 拦 憨灌 ， _ r ， lL - 一 钢渣粗集料在泵送配重混凝土中的应用试验研究 E x p e r i me n t a l S t u d y o f A p p l i c a t i o n o f S t e e l S l a g C o a r s e A g g r e g a t e i n P u mp i n g H e a v y C o n c r e t e 张 勇，鲁哓辉 ，谢慧东 山东华森混凝有限公司。山东 济南2 5 0 1 0 1 摘要： 通过调整胶凝材料用量和砂率，对泵送钢渣配重混凝土工作性、力学性能及表观密度和干密度的影响进行 研 究结果表 明：在 满足和易性条件下 ，钢渣泵送混凝土胶凝材料用量相对较 高。但 混凝土 6 0 d强度仍 有大幅增加 ；胶凝材料为 4 5 0 k g m 、砂率为3 6 时，钢渣混凝土的表观 密度和干密度达到最大值 ，分别 为2 7 8 0 k g m 和 2 6 8 0 k g m 。 关键词： 钢渣配重混凝土 ；工作性；强度 ；表观密度 ；干密度 中图分类号 ：T Q5 2 8 O 1 4 X7 5 7 文献标志码 ：A 0 前 言 钢渣是炼钢产生的工业废渣，主要由钙、硅、镁及少 量铝、锰、磷等多种氧化物组成，主要矿物相为 c s 、 c ， s及硅、镁、铁、 锰、磷的氧化物形成的固溶体，被称 为过烧硅酸盐熟料 1 - 2 。钢渣产生率为粗钢产量的 1 5 2 0 ，钢渣在欧美等发达国家已基本达到供耗平衡，在我 国钢渣利用率为5 0 一6 0 ，建材领域只占1 0 左右【 3 】 。 据有关统计，到 2 0 5 0年人类对混凝土的需求量将高达每 年 1 6 0亿 t 4 1 。随着国家对矿产资源的保护， 矿山开采受 到限制，优质石灰石资源 日益紧缺，寻找可替代资源就 十分必要 。钢渣在混凝土中大量应用不仅可以解决钢渣 堆放对土壤、空气、地下水等环境造成的污染问题，钢 渣在混凝土中还可以起到改善混凝土力学性能及耐久性 能的作用，作为新型集料已在混凝土中逐渐应用，并取 得一些研究成果 5 - 9 。钢渣表观密度一般在 3 0 0 0 k g m 3 以 上，且资源较多。本试验以钢渣为混凝土粗集料，以石 灰石人工砂为细集料，通过调整胶凝材料用量、砂率等， 配制混凝土表观密度 2 6 0 0 k g m 3 的泵送配重混凝土，并 对试验结果进行分析。 coAL AsH 2 2 01 5 1 试验原材料与试验方法 1 1 试验原料 水泥：山东水泥厂 P O 4 2 5水泥 ，物理性能见表 1 ； 粉煤 灰：济 南黄 台 电厂 级 粉煤灰，4 5 m筛 余 为 2 0 I 8 ；砂：石灰石人工砂，物理性能见表 2 ；钢渣：济 南钢铁厂转炉钢渣，物理性能见表 3 ；外加剂：采用减水、 缓凝成分复合添加剂，减水成分为高效萘系和脂肪族复 合，缓凝剂为葡萄糖酸钠。 表 1 水泥物理性能 紧密堆积 松散堆积 名称 MB值 k g m- k g m- 表观密度石粉含量 细度模数 k g m。 人工砂 1 7 5 1 7 6 0 1 6 3 0 2 7 2 0 1 3 1 3 2 表 3 钢渣物理性能 1 2 试验方法 配合比设计参照执行 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配 合比设计规程 ，用体积法设计钢渣混凝土配合比。钢渣 配重混凝土设计干表观密度2 6 0 0 k g m 。由于配重混凝 土对强度等级要求不是很高，首先应考虑配制的混凝土 干表观密度满足设计配重密度要求，同时要求混凝土出 机坍落度 2 0 0 m m，和易性良好，满足泵送施工要求。 混凝土拌合物性能试验参照 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 ，测定混凝土拌合物表观 密度，初始及 4 0 m i n坍落度，观察混凝土和易性。测试 6 0 d龄期时的表观密度， 将 6 0 d测试强度压碎的试块放 在 7 5 q C 烘箱中烘干测试其含水率，计算混凝土干密度。 参照 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 ，成型 1 0 0 m m1 0 0m m1 0 0m m的混凝土试块，在 温度为 ( 2 0 5 ) o c 环境中静置 1 d ，然后编号、拆模。拆模 后放入温度为 2 ( o 2 ) 、相对湿度为 9 5 以上的标准养 护室中养护，测试其不同龄期抗压强度。 2 试验结果与讨论 钢渣表观密度为 3 2 0 0 k g m ， ，而普通石灰石集料的 密度为 2 6 5 0 k g m 3 左右，因此用钢渣等体积取代石灰石 集料配制泵送钢渣配重混凝土时，容易出现离析、分层 现象。为增加浆体对集料的 “ 包裹托浮”作用，应提高 胶凝材料用量，为保证配重混凝土密度能够满足设计配 重要求，水泥用量应相对较高。因此，本试验设计胶凝 材料用量分别为 4 0 0 k g m 3 、4 5 0 k g m 3 、5 0 0 k g m s ；参照 前期试验基础上，为保证和易性，粉煤灰取代水泥比例 为 3 0 ；考虑钢渣等体积取代石灰石后钢渣配重混凝土 的砂率变化，分别设计为 3 6 、3 8 、4 0 、4 2 。通过 调整混凝土用水量，满足钢渣混凝土出机坍落度 2 0 0 m m 要求。本试验泵送钢渣配重混凝土试验配比如表 4所示， 试验结果见表5 。 表 4 钢渣粗集料泵送配重混凝土配合比 配合 比 k g I n 。 编号序号 砂 率 ，泵 人 工 砂钢 渣外 加 剂水 庠号 塑 窒 混 凝 土 塑 窒 表 观 密 度 干 密 度 出机4 0 mi n 和易性 7 d 2 8 d 6 0 d k g _ m 。 I唱 r r r 较差 一 般 可以 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 4 3 1 2 7 7 0 2 6 6 0 4 6 3 2 7 6 0 2 6 5 0 4 6 3 2 7 5 0 2 6 3 0 4 5 6 2 7 3 0 2 6 2 0 2 1 新拌泵送钢渣配重混凝土拌合物性能 由表 5 试验结果可以看出：钢渣混凝土胶凝材料用量 为4 0 0 k g m 时， 砂率低于4 0 的钢渣混凝土和易性较差， 4 0 m i n 坍落度损失较大， 不能满足泵送混凝土的施工要求。 混凝土的和易性随砂率提高而逐渐改善，砂率增至 4 2 时，混凝土 4 0 m i n坍落度基本没有损失。胶凝材料用量 4 5 0 k g m 3 、 砂率在 3 6 时， 即可满足和易性及泵送要求， 坍落度损失较小，且拌合物浆体对集料包裹作用明显改 善，黏度增大，拌合物黏聚性和保水性随胶凝材料用量 的提高而逐渐改善。因钢渣集料密度较大、胶凝材料用 量相对普通石灰石混凝土要高，使得混凝土拌合黏度相 对较大，因此钢渣配重混凝土的泵送压力相对而言会高 2 2 0 1 5 粉煤灰 1 9 鲫 伽 姗 2 2 2 2 2 2 2 2 O O O 0 O 0 0 O 8 7 6 4 6 57 7 7 7 7 7 7 7 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 8 4 8 5 6 6 1 8 6 2 9 5 1 9 5 4 4 5 4 5 5 4 1 6 9 6 8 5 5 8 3 1 3 2 9 9 8 8 2 1 O 1 2 3 2 9 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 3 7 2 9 5 9 2 3 7 7 3 4 4 5 7 4 4 7 7 7 8 9 1 0 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 5 0 5 0 O O 5 O O O O 5 4 1 1 O O 1 2 3 l 2 2 l l 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 8 O O O 5 0 0 5 O O O 0 O 3 2 2 l 3 2 3 1 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 l 2 3 4 1 2 3 4 l 2 3 4 A A A A B B B B C C C C 2 2 泵送钢渣配重混凝土力学性能 不同钢渣配重混凝土配合比强度分析分别见图 1 、图 2 和图 3 。 3 6 3 7 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2 砂率 图 1 4 0 0 k g m 胶凝材料钢渣配重混凝土强度分析 砂率 图 2 4 5 0 k g m 胶凝材料钢渣配重混凝土强度分析 砂翠 图 3 5 0 0 k g m3 胶凝材料钢渣配重混凝土强度分析 根据表 5试验结果，以及图 1 、2 、3不同胶凝材料 用量混凝土各龄期强度随砂率变化分析，可以看出：不 同胶凝材料用量的钢渣集料混凝土各龄期强度随砂率升 高表现出不同的规律，胶凝材料用量为 4 0 0 k g m 和 5 0 0 k g m 时，钢渣混凝土的 7 d 、2 8 d 、6 0 d强度在砂率为 2 coAL AsH 2 2 01 5 3 8 时最高，而胶凝材料为 4 5 0 k g m ，的钢渣混凝土各 龄期强度在砂率为 3 6 时，各龄期强度最高。随胶凝材 料用量的提高，混凝土各龄期强度均逐渐升高，但是胶 凝材料 5 0 0 k g m 。 混凝土强度相对胶凝材料 4 5 0 k g m 混 凝土强度增幅不大。由试验结果及分析曲线可以看出， 钢渣集料混凝土的 6 0 d龄期强度相对 Z S d龄期强度仍有 大幅提高，说明用钢渣作为混凝土集料，有助于混凝土 后期强度的发展。这与有关研究表明钢渣集料作集料可 以改善混凝土界面过渡区和内部结构相一致 L l _ 。 2 3 泵送钢渣配重混凝土的表观密度和干密度 试验分析分别见图4 、图5 。 砂率 图 4 不同胶凝材料用量混凝土表观密度随砂率变化分析 嚣 H _ 图 5 不 同胶凝材料用量混凝土干密度随砂率变化分析 根据表 5 试验结果 ，以及图 4 、图 5 可以看出，泵送 钢渣配重混凝土表观密度和干密度均随砂率增加而降低， 不同胶凝材料用量的钢渣配重混凝土表观密度和干密度 均在砂率为 3 6 时值最大；粉煤灰取代水泥比例为 3 0 的情况下，相同砂率的钢渣配重混凝土表观密度和干密 度随胶凝材料用量的提高先增加后降低，均在胶凝材料 用量为4 5 0 k g m 3 时，数值最大，表观密度最高可达到 2 7 8 0 k g m 3 ，干密度最高可达到 2 6 8 0 k g m 。 * 铊 加 强 弛 勰 日 鲁 苣 氍 伽珊 瑚珊m御啪锄啪 q 黼餐 鹌 观 嚣 自苣 嚷 3 结 论 ( 1 ) 用钢渣作粗集料、石灰石人工砂为细集料配制 泵送混凝土，胶凝材料用量相对较高，胶凝材料用量低 于 4 5 0 k g m 3时，和易性较差，容易出现分层离析现象。 拌合物和易性随胶凝材料用量和砂率的提高逐渐改善。 当胶凝材料为 4 5 0 k g m 。 时，和易性及可泵性均满足施工 要求。 ( 2 ) 不同胶凝材料用量的钢渣混凝土各龄期强度随 砂率变化表现出不同的规律， 但是钢渣混凝土 6 0 d强度 相对2 8 d 强度均有大幅度增加。 ( 3 ) 钢渣配重混凝土的表观密度和干密度均随砂率 增加而逐渐降低，随胶凝材料用量先增加后降低。在胶 凝材料为 4 5 0 k g m 3 时，表观密度和干密度可以达到最大 值，分别为2 7 8 0 k g m 和2 6 8 0 k g m 。 ( 4 ) 根据不同胶凝材料用量及砂率对泵送钢渣配重 混凝土的综合影响，胶凝材料为 4 5 0 k g 1 1 1 3 、砂率为 3 6 时，各项性能均可满足泵送钢渣配重混凝土的施工要求。 参考文献 【 1 】邢琳琳 钢渣稳定性与钢渣粗骨料混凝土的试验研究【 D 】 西安： 西安建 筑科技大学，2 0 l 2 【 2 杨波， 史林 钢渣混凝土研究现状分析【 J 】 中国新技术新产品， 2 0 1 i ( 7 ) ： 1 1 1 2 【 3 】李玮峰转炉钢渣的 理化性质及资源化研究【 D lj E 京：北京化工大学， 2 0 0 8 【 4 ME HT A P K ， MO NE T E I RO P J M C o n c r e t e Mi c r o s t r u c t u r e ，P r o p e r t i e s a n d Ma t e r i a l s M B e ij i n g ： Mc G r a w- Hi l l E d u c a t i o n ( As i a ) C o a n d C h i n a El e t r i c Po we r P r e s s 2 0 0 8 ： 4 2 6 4 2 7 【 5 】於林峰， 徐冰， 王琼， 等 钢渣混凝土性能的试验研究及应用前景分析 混凝士， 2 0 1 4 ( I ) ： 7 9 8 1 6 张海霞， 王龙志， 谭文杰 钢渣作为配重混凝士集料的研究【 J 2 1 世纪 建筑材料， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 9 0 9 2 【 7 】白敏， 尚建丽， 张松榆， 等 钢渣替代粗集料配制混凝土的试验研究 J 】 混凝土， 2 0 0 5 ( 7 ) ：6 2 7 0 8 】梁建军 钢渣替代粗集料配制混凝土的试验研究 J 山西建筑， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 2 7 ) ： 1 6 6 - 1 6 7 【 9 】孙世国， 崔恒忠， 林国旗， 等 钢渣混凝土与普通混凝土的强度对比研 究 J l 粉煤灰综合利用， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 3 2 3 4 作者简介：张勇 ( 1 9 8 9 一)，男，硕士， 从事混凝土、外加剂、商品砂 浆等新型建材生产试验研究 通信地址：山东省济南市历下区凤山路 山 东华森混凝土有限公司( 2 5 0 1 0 1 )E - m a i l ： x i e h u i d o n g 1 2 3 1 6 3 c o m 收稿 日期： 2 0 1 4年 9 月 2 3日 ( 上接第7 页) 易形成和扩展；掺加粉煤灰混凝土虽然断裂能也随冻融次 数的增大而降低，但粉煤灰后期强度增大较快，从而使得 混凝土抗拉强度增大，从应变软化性能来看，其承受抗拉 强度较普通混凝土高，呈现较好的韧性。 参考文献 1 】潘钢华， 秦鸿根， 孙 伟， 等 粉煤灰混凝土冻融破坏机理 J 建筑材 料学报， 2 0 0 2 ， 5 ( 1 ) ： 3 7 4 1 2 程云虹， 闰 俊， 刘斌， 等 粉煤灰混凝土抗冻性能试验研究 J 】 低温 建筑技术， 2 0 0 8 ， 1 2 1 ( 1 ) ： 1 - 3 3 】 YO UNG S Y ，J O NG P wj S ANG K W， e t a 1 E n h a n c e d d u r a b i l i t y pe r f o r m a nc e o f f l y a s h c o n c r e t e f or c o n c r e t e f a c e d r o c kf i l l d a m a p p l i c a t i o n J 】 Ce me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2 ， 3 3 ( 1 ) ： 2 3 - 3 0 4 张德思， 成秀珍 粉煤灰混凝土抗冻融耐久性的研究 J 西北工业大 学学报， 2 0 0 0 ， 1 8 ( 2 )： 1 7 5 1 7 8 5 游有鲲， 缪昌文， 慕 儒 粉煤灰高性能混凝土抗冻性研究 J 】 混凝土 与水泥制品， 2 0 0 0 ( 5 )： 1 4 1 5 【 6 1 刘萍华， 许志敏， 殷波 大掺量粉煤灰高性能砼试验研究 J 扬州大 学学报， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 1 ) ： 7 O 一 7 4 【 7 刘明辉， 王元丰 冻融循环下粉煤灰混凝土弹性模量损伤预测模型 J 土木工程学报， 2 0 1 1 ， 4 4 ( S 1 ) ： 6 6 7 0 【 8 孙志伟， 任昭君， 赵铁军 海水对混凝士的断裂能及强度影响 J 1 混 凝土 2 0 0 7 ( 7 ) ： 9 1 3 【 9 HL L E R B OR G A， MOD E E R M， P E T E RS S O N P E An a l y s i s o f c r a c k f o r ma t i o n a n d c r a c k g r o wt h i n c o n c r e t e b y me a n s o f f r a c t u r e me c h a n i c s a n d fi n i t e e l e me n t s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 7 6 ， 6 ( 6 )： 7 7 3 78 2 【 1 0 】 WI T T MAN N F H， S U NZ w Z HA O T J S t r e n g t h a n d f r a c t u r e e n e r g y o f c o n c r e t e i n s e a wa t e r C 】 P r o c e e d i n g s o f F r a mc o s 一 6 F r a c t u r e Me c ha ni c s o f Co n c r e t e a n d Co nc r e t e S t r u c t u r e s Ca t a l i n a ，I t a l y： T a y l o r &Fr a n c i s ，2 0 07： 2 1 3 - 2 1 7 1 1 】 RI L E M Re c o mme n d a t i o n F MC- 5 0 De t e r mi n a t i o n o f f r a c t u r e e n e r g y o f mo r t a r a n d c o n c r e t e b y me a n s o f t h r e e - p o i n t b e n d i n g t e s t o n n o t c h e d b e a ms J Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 8 5 ， 1 8 ( 1 0 6 ) ： 2 8 5 - 2 9 0 作者简介：杨 静 ( 1 9 9 l 一)， 女，在读硕士研究生，从事混凝土结构 耐久性研究； E - m a i l ： z j 1 s e c r e t f o x m a i l e o m 收稿 日期： 2 0 1 4年 9月 1 9日 2 2 0 1 5 粉 煤灰 2 1