钢渣代碎石混凝土配合性能及力学性能的试验.pdf

2 0 1 5年 第 5 期 (总 第 3 0 7 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AI AND AD CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 5 0 1 9 钢渣代碎石混凝土配合性能及 力学性能的试 验 石东升，冯倩，丁晓宇， 王安 ( 内蒙古工业大学 土木工程学院， 内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 5 1 ) 摘要 ： 对转炉钢渣代碎石混凝土和普通碎石混凝土做了对比试验研究 ， 讨论了不同代碎石率及不同水胶 比条件下钢渣粗骨料 混凝土的配合性能和力学性能。 试验结果表明： 在相同配合比条件下， 要配出与普通混凝土流动性相同的钢渣代碎石混凝土 ， 需 增大水和减水剂的用量 ； 且随着水胶 比的增大 ， 所需水和减水剂用量逐渐增多 ； 混凝土拌合物含气量随钢渣代碎石率的增加而增 大。 与普通混凝土相比， 钢渣代碎石混凝土抗压强度早期增长率基本相 同， 龄期 9 0 d后钢渣代碎石率越高 ， 抗压强度增长越快； 且随着水胶比的降低 ， 钢渣代碎石混凝土后期抗压强度增长率更高 ； 钢渣代碎石混凝土龄期 9 0 d的劈裂抗拉强度与普通混凝土 相比较没有明显的差异。 关键词： 钢渣； 混凝土 ； 粗骨料 ； 配合 比； 力学性能 中图分类号： T U 5 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 5 ) 0 5 0 0 7 3 0 3 E x p e r i me n t o f mi x p r o p o r t i o n a n d me c h a n ic a l p e or ma n c e a b o u t c o n c r e t e u s i n g s t e e l s l a g c o a r s e a g g reg a t e s S HI Do n g s h e n g， F E NG Q i a n， D1 NG Xi a o y u，WANG An ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， I n n e r Mo n g o l i a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， Ho h h o t 0 1 0 0 5 1 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： Th e mi x p r o p o r t i o n a n d me c ha n i c a l p e rfo r ma n c e o f 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 s i n t he c o n d i t i o n o f d i f f e r e n t ge n e r a tio n o f g r a v e l r a t i o a n d d i f f e r e n t wa t e r b i n d e r r a tio wa s d i s c u s s e d， wh i c h did the c o n t r a s t t e s t r e s e a r c h e d b e t we e n t h e c o n v e r t e r s t e e l s l a g c o n c r e t e a n d o r d i n a r y c o n c r e t e Th e r e s u l t s s h o w t h a t the a mo u n t o f wa t e r a n d wa t e r r e du c i n g a g e n t a r e n e e d e d t O i n c r e a s e t o p r o d u c e th e s a me flo wi n g p r o p e r t y a s t h e o r d i n a r y c o n c r e t e o f s t e e l s l a g c o n c r e t e An d wi t h t h e a d d i ti o n o f t h e wa t e r b i n d e r r a ti o， t h e d o s a ge o f wa ter an d wa t e r r e d u c i n g a g e n t a r e g r a d ua l l y i nc r e a s i n g Th e c o n c r e t e mi x t u r e a ir c o n t e n t i n c r e a s e s wi t h the i n c r e a s i n g o f t h e ge n e r a tio n of gr a v e l r a t i o Co mpa r e d wi t h t he o r dina r y c o n c r e t e， t h e e arl y s t a g e c o mpr e s s i v e s tre n g t h of s t e e l s l a g c o n c r e t e h a s the s a m e r a t e an d th e h i g h e r the r a t i o o f s t e e l s l a g ge n e r a t i o n of r u b b l e i n 9 0 d t h e c o mp r e s s i v e s tre n g th o f t h e gro w f a s t e r W i m the r e d u c ti o n o f wa t e r b i n d e r r a ti o， the c o mpr e s s i v e s e n g t ha i gro wth r a t e i s h i g h e r i n the l a t e s t a g e Th e r e are f e w s i g n i fic a n t di f f e r e n c e s i n t h e 9 0d s pl i t tin g t e n s i l e s t r e n g th b e t we e n s t e e l s l a g c o n c r e t e a n d o r d i na r y c o n c r e t e Ke y wor ds： s t e e l s l a g； c o n c r e t e ； c o ars e a g g r e g a t e ； mi x p r o p o r ti o n； me c h a n i c a l p e rf o r manc e 0 引言 钢渣是一种炼钢工业 的固体废物 ， 2 0 世纪初期世界上 开始研究钢渣的利用 ， 据资料 统计 ， 日本 高炉渣 的利用 率几乎达 1 0 0 ， 主要用 于筑路 、 作 水泥原料 ， 用于开垦荒 地和建筑骨料。 转炉渣利 用率在 8 1 ， 主要 用于填海和土 建工程 ， 其 中2 0 在钢 铁厂内循环使用。 美 国钢渣利用率 也很高， 基本实现排用平衡 ； 欧洲 的钢渣利用率 也较高 ， 超 过了 6 5 。 我 国是世界 钢铁生产第一 大 国， 每年 的钢渣 排放量很大 ， 而中国钢渣利用率不足 1 0 3 3 ， 全 国钢渣 累 计积存量达三亿多吨 J 。 若不对堆放的钢渣进行及时有效 的处理 ， 不仅会 占用大 量土地 资源 ， 也会给生态环境 造成 危 害。 因此 ， 钢渣的资源合理化利用 已成为一个 亟需解决 的问题。 钢渣 的物理性能与天然碎石相似， 本试验 以包钢转炉 收稿 日期： 2 0 1 4 1 0 - 1 8 基金项 目： 国家自然科学基金资助项目( 5 1 2 6 8 0 4 1 ) 钢渣为主要材料 ， 对骨料性能及钢渣代碎石混凝土配合 比 设计 、 拌合物性能 、 硬化混凝土力学性能进行试验研究 ， 探 寻钢渣是否能替代碎石作为混凝土粗骨料 ， 从而达到利用 钢渣 ， 减少环境污染 的目的。 1 试 验 概 况 1 1 原材料 水泥 ： 呼和浩特市冀东水泥厂生产 的 P O 4 2 5级 水 泥 ； 细骨料 ： 呼和浩特市产河砂 ； 钢渣采用 包钢转炉 钢渣 ， 本试验选取钢渣均经过热 闷工艺 ， 释放其 膨胀性 ， 符合 混 凝土粗骨料相关标准 ， 经破碎 筛选 ， 粒径 1 5 2 5 l n n l 。 试验 对 比用天然碎石 采用呼和浩特市大青 山机制硬质花 岗岩 碎石， 粒径 1 5 2 5 m n l 。 水胶比为 0 3 、 0 4时， 使用聚羧酸 高效减水剂 ； 水胶 比为 0 6时 ， 使用萘系减水剂。 1 2试验 配合 比 混凝土配合比共三种， 分别为 O 3 、 0 4 、 O 6 ； 钢渣代碎 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石率 ( 体积 比) 分别 0 、 5 0 、 1 0 0 。 1 3试 验 内容 试验内容分 为三 类 ： 一是 骨料 性 能测 试 ， 具体 依 照 J G J 5 2 -2 0 0 6 ( 普通混凝土用砂石质量及检验方法标准 ； 二是混凝 土拌合 物坍落度及含气量测试 ， 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 ； 三 是钢渣代碎石混凝土的力学性能测试 ， 参 照G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性 能测试方 法标准 。 混凝 土强度 试件尺寸为 1 0 0 m m1 0 0 m m 1 0 0 m m， 采用试验室标准 养护 ， 压缩强度试验龄期 分别 为 3 、 7 、 2 8 、 9 0 d 、 半年及 一 年 ， 劈裂抗压强度试验龄期为 9 0 d 。 2 试验 结果与分析 2 1 骨料性 能测试结果 密度 、 含 水 率 测 试 结 果 见 表 1 。 钢 渣 表 观 密 度 为 3 1 2 6 6 7 k g m ， 含 水 率 为 2 1 7 。 碎 石 表 观 密 度 为 2 8 4 3 3 5 k g m ， 含水率为 1 1 。 钢渣表观密度及含水率 均大于碎石 。 表 2为钢渣与碎石压碎指标测试结果 。 有 试 验结果可知， 钢渣压碎指标平均值为4 ， 碎石压碎指标平 均值为 7 ， 钢渣压碎指标小于碎石压碎指标 。 表 1 混凝土骨料性能 类别 组别 m 。 g m g 压碎指标 Q 平均值 2 2混 凝 土拌 合 物 混凝土拌合物含气量及坍落度试验结果见表 3 。 当水 表 3混凝土配合比 胶 比为 0 3时 ， 相同配合 比条件下 ， 钢渣代碎石混凝土 的 坍落度与普通 昆 凝土相近。 当水胶 比为 0 4时 ， 要达到与 普通混凝土相同流动性 ， 钢渣代碎石混凝土减水剂用量需 增大到普通碎石混凝土的2 3倍。 当水胶 比为0 6时， 钢渣 代碎石混凝土单独增加减水剂 已无法调配 出与普通混凝 土相同的流动性 ， 需要 同时增加水的用量。 观察不 同钢渣 代碎石率的混凝土含气量 ， 可发现在 同等水胶 比条 件下 ， 钢渣代碎石混凝土含气量 比普通混凝 土含气量大 ， 且 随着 钢渣代碎石率的增大 ， 拌合物的含气量逐渐增大 。 随着水胶 比的增大 ， 钢渣混凝土拌合物含气量有进一步增大的趋势。 2 3 硬化 混凝 土力学性能 2 3 1 抗压强度 表 4显示了混凝 土抗压强度试验结果 。 表 5是混凝土 7 4 各龄期相对强度增长率 。 图 1 为混凝土抗压强度随龄期的 发展曲线 。 表4拌合物抗压强度值 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表5拌合物各龄期强度增长率 8 0 7 0 6 0 5 0 螽 o 醴 3 0 是 2 0 1 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 ， d ( a ) 水 胶 比0 3 6 7 0 。 l 0 由图 1 可见 ， 钢渣代碎石混凝土与普通混凝土 的抗压 强度 随龄期的变化趋势一致 ， 均随着龄期 的增加而不断提 高。 在相同水胶比条件下， 钢渣代碎石混凝土的早期抗压 强度 ( 3 ， 7 d ) 与普通 混凝 土相接近 ， 部分甚至 略高于普通 混凝土 。 由表 5中数据可直观看 出， 2 8 d以后钢 渣代 碎石 混凝土与普通混凝土抗压强度开始增长缓慢 。 钢渣代碎石 混凝土强度增长率 略小于普通混凝土 ； 其 中水胶 比为 0 3 、 0 4时 ， 钢渣代碎石混凝 土与普通混凝土增 长率接近 ， 当水 胶 比为 0 6 时 ， 钢渣代碎石 混凝土增长率分别 为 5 4 7 和 1 2 0 5 ， 明显小于普通混凝土增长率 3 3 6 6 。 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄 期 ， d ( b ) 水胶 比O 4 图 1 不同水胶 比钢渣代碎石混凝土的抗压强度 期龄 9 0 d后 ， 普通混凝 土抗压强度增 长率开始 逐渐 减小 ， 不足 8 ； 而钢渣 代碎 石混凝 土增长 率逐 渐增 大至 1 5 左右 ， 钢渣代碎石混凝土增长率 明显大于普通混凝土。 到 1 8 0 d时 ， 同水胶比下钢渣代 混凝 土 已和普 通混凝 土抗 压强度非常接近。 1 8 0 d后 ， 不 同钢渣代碎石率混凝土抗压 强度增长速率 已逐渐趋于稳定 ， 钢渣代碎石混凝土强度增 长率仍大于普通混凝土。 且同等水胶比下钢渣代碎石率越 高 ， 混凝 土强度增长越快。 2 3 2 劈裂抗拉强度 表 6为 9 0 d劈裂抗拉试验结果 ， 图2为不同水胶 比钢 渣代碎石混凝土与普通混凝土 9 0 d 劈裂抗拉强度变化 曲 线 。 由试验结果可知 ， 不同替 代率 的钢渣代碎石混凝 土与 普通混凝土的劈裂抗拉强度随水胶 比的变化趋势相 同的， 均随着水胶 比的增大 ， 劈裂抗拉强度不断减小。 相同条件 表 6混凝 土 9 0 d劈 裂抗拉 强度 钢渣 含量 图2不同水胶比粒化高炉矿渣代碎石混凝土劈裂抗拉强度 5 。 4 0 蠢 s 。 营 2 0 1 。 0 5 0 l O O 1 5 o 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 ， d ( c ) 水胶 t L o 6 下 ， 钢渣混凝土与普通混凝土劈裂抗拉强度无 明显差异 3 结 论 ( 1 ) 钢渣与碎石在物理性质上存在 的差异 ： 钢渣表观 密度和含水率 比碎石大 ， 压碎指标要小于碎石 。 ( 2 ) 在相 同配合 比条件下 ， 要配 出与普通 混凝土流动 性相同的钢渣代碎石混凝 土 ， 需增大水和减水 剂的用量 ； 且 随着水胶 比的增大 ， 所需水 和减水 剂用量逐渐增 大 ； 混 凝土拌合物含气量 随钢渣代碎石率 的增加而增大。 ( 3 ) 与普通碎石混凝土相 比， 钢渣代碎石混凝 土抗压 强度早期增长率基本相同， 长龄期抗压强度增长率大于普 通碎石混凝土。 ( 4 ) 钢渣代碎石混凝土与相同配合比条件普通混凝土 的劈裂抗拉强度接近 。 参 考文 献 ： 1 单志峰 国内外钢渣处理技术与综合利用技术的发展分析 J 工业安全与防尘 ， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 2 7 3 1 2 3叶萍平， 陈广言， 等 冈 渣综合利用途径及处理工艺的选择 J A N H U I ME T A L L U R G Y， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 4 2 4 6 3 冯春花 ， 窦妍， 李东旭 钢渣作为混合材 在复合水泥中的应用 J 混凝土， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 1 ) ： 7 4 7 9 4 孙正甫 ， 袁英杰 ， 王超 不同矿物掺合料对高强混凝土劈裂 抗 拉强度的影响差异 J 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 1 0 6 1 0 8 5 3於林峰， 徐兵钢 钢渣混凝土性能的试验研究及应用前景分析E J 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 7 9 8 1 6 吴刚， 高瑞 ， 尚建丽 钢渣在混凝土中的综合应用 J 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 1 2 21 2 3 7 冷光荣 ， 朱美善 钢渣处理 方法探讨与展 望 J 江 西冶金 ， 2 0 0 5。 2 5 ( 4 )： 4 4 4 7 下转第 7 8页 7 5 8 7 7 6 6 5 5 4 4 鲁 杈辑 敞 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m