粗细钢渣替代天然骨料对混凝土力学性能的影响.pdf

2 0 1 5年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0NC RE T E AND C EME NT P R 0DUC T S 2 0l 5 No 2 F e b r u m w 粗细钢渣替代天然骨料对混凝土力学性能的影响 韩艳丽 ， 冯 勇 ， 肖 磊 ( 新疆农业大学水利与土木工程学院， 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 ) 摘要 ： 在原有普通混凝 土配合 比基础上 ， 采用铜渣粗 、 细骨料对混凝土 中的天然骨料进行部分替代 ， 进行钢渣 混 凝 土 配合 比试 验 分 别 用普 通 硅 酸 盐水 泥 和 硫 铝 酸 盐 水 泥 作 为胶 凝 材料 进 行 配合 比试 验 ， 比 较 了两 种 水 泥 钢 渣 混 凝 土的抗折 、 抗 压强度及后期 强度发展 变化 ， 并进行 了不同水泥品种下 ， 不同粒径铜渣混凝土的基本力学性能研 究。 关键词 ： 铜渣 ； 普 通硅 酸盐水泥； 硫 铝酸盐水泥 ； 强度 ； 变化 Ab s t r a c t ：On t h e b a s i s o f t h e e x i s t i n g o r d i n a r y c o n c r e t e n l i x ，t h e t e s t s o f s l a g c o n c r e t e n l i x a r e c a r r i e d o u t b y u s i n g c o a r s e a n d fi n e a g g r e g a t e o f s t e e l s l a g f o r c o n c r e t e t o p a r t i a l l y r e p l a c e n a t u r a l a g g r e g a t e a n d u s i n g o r d i n a ry p o rt l a n d c e me n t a n d s u l p h o a l u mi n a t e c e me n t a s c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s F l e x u r a l s t r e n g t h ，c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d l a t e s t r e n g t h d e v e l o p me n t c h a n g e s o f t h e t wo k i n d s o f s l a g c o n c r e t e a r e c o mp a r e d ， a n d t h e b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e s l a g C O N c r e t e wi t h d i fie r e nt s i z e a r e s t u di e d Ke y wor d s： S l a g ；Or d i na r y p o r t l a n d c e me n t ；S ul f ur c e me n t ；S t r e n g t h；c h a ng e 中 图 分 类 号 ： TU5 2 80 41 文 献 标 识 码 ： A 文章 编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 01 5) O 2 9 6 一 O3 0前 言 钢渣是炼钢工业 的废渣 主要 由钙 、 铁 、 硅 、 镁 和少量铝 、 锰 、 磷等多种氧化物组成 ， 主要矿物相为 硅酸三钙 、 硅酸二钙以及硅 、 镁 、 铁 、 锰 、 磷 的氧化物 形成 的固熔体及少量的游离氧化钙和金属铁等。钢 渣 的密度较大且硬度 高 ， 因此 ， 可考虑作 为粗 骨料 替代混凝土中的部分天然骨料。用钢渣替代部分天 然骨料 ， 不仅对工业废渣再利用有重要意义_ lJ ， 还可 节 省 天然 砂石 等 资源 并 减 少钢 渣 堆 放对 环 境 的 污 染 ， 实现工业废渣综合利用 ， 保护环境和生态嘲 。 本试 验 以新 疆 某 钢 铁 公 司炼 钢 产 生 的 钢渣 作 粗 、 细骨料 ， 替代混凝土 中的部分天然粗骨料。 目 前 ，该公 司对 出炉 的钢 渣首 先 进行 了热 闷处 理 ， 再 采用滚筒筛对钢渣进行初步 的筛分 ， 然后再利用筛 分机进行筛分 ， 从而使钢渣 中体积不安定 的成分降 低 。 使钢渣在混凝土 中的利用变为可能I3 _ 4 。本试验 所 用胶 凝 材 料为 普通 硅 酸盐 水 泥 和硫 铝 酸盐 水 泥 ， 对 比了使用这两种水泥时粗 、 细钢渣替代天然骨料 的钢渣 混凝 土 的抗 压 、 抗 折 强度及 其变 化趋 势 。 1 试 验 用原材 料 ( 1 ) 水 泥 ： P 0 4 2 5级 硅 酸 盐水 泥 和 4 2 5级 硫 铝酸盐 快硬 水泥 。 ( 2 ) 粗骨料 ： 钢渣和天然碎石。钢渣呈黑色 ， 粒 径 为 5 1 0 mm 连续 级 配 表 面粗 糙 多 L is 满 足 稳定 性要求 ， 其化学组成见表 1 ， 物理性能见表 2 。天然 粗 骨料 为 5 1 0 m m 连续级 配碎 石 。 表 1 钢 渣 的 化 学 组 成 表 2钢 渣 的 物理 性 能 指 标 ( 3 ) 细骨料 ： 钢 渣和 中砂 。 钢渣 为粒 径 1 5 m m 连 续级配 ： 天然细骨料选用粒径 1 5 mm的中砂。 基金项 目： 新疆 维吾尔 自治 区 自然科学基 金项 目( 钢 渣替换 部分 天 然骨 料应 用 于地 铁盾 构 圆管 片制 备 的关 键 技术 研 究 ) ： 新疆水利水电重点学科 ( X J S L S D Z D X K 2 0 1 2 1 3 ) 资助 。 一 96 2试 验 方法 2 1 配合 比 本试验设计 的基准混凝土配合 比见表 3 。在不 添加 任何 活 性掺 合料 的情况 下 用粗 、 细钢 渣 分 别 替 代部分砂石 。粗钢渣替代粗骨料的替代率为2 0 和 3 0 。细 钢 渣 替 代 细 骨 料 的替 换 率 为 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 和 6 0 。具体配合 比见表 4 。 表 3 基准混凝土配合 比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 韩艳丽 ， 冯 勇 ， 肖 磊 粗细钢渣替代天然骨料对混凝土力学性能的影响 2 2 试 验方 法 根据表 4配合 比 ，制作 尺寸为 4 0 m mx 4 O m mx 1 6 0 ra m 的试件 ， 分 别 测试 硅 酸盐 钢渣 混凝 土 和 硫铝 酸盐钢渣混凝土的 3 d 、 7 d 、 2 8 d抗折和抗压强度。 3试验 结 果与 分 析 3 1 试 验结 果 基 准 混 凝 土 与硅 酸 盐 钢 渣 混 凝 土 及 硫 铝 酸 盐 钢 渣混 凝 土 的基 本力 学性 能试 验结 果见 表 5 表 6 。 3 2 钢渣混凝土试验结果分析 3 2 1 胶凝材料为普通硅酸盐水泥试验结果分析 ( 1 ) 用钢渣替代 混凝土 中的粗骨料 ， 当替代 率 为 2 0 时 ，普 通 硅 酸 盐 水 泥 钢 渣 混 凝 土 的 3 d 、 7 d 、 2 8 d抗折强度和抗压强度都 比普通混凝土低 。当替 代率为 3 0 时，普通硅酸盐水泥钢渣混凝土的 3 d 、 表 5钢渣混凝 土抗折强度试验结果 7 d抗 折强 度 和抗 压 强 度 与普 通混 凝 土 接 近 2 8 d抗 折 强 度 大 于普 通 混 凝 土 ， 2 8 d抗 压 强 度 与普 通 混 凝 土相 差不 大 。 ( 2 ) 用 细钢渣替代混凝 土 中的细骨料 ， 替代率 为 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 时 ，早期抗折和 抗压强度都比普通混凝土低 ， 但 2 8 d抗折强度与普 通混凝土接近 ， 2 8 d抗压强度有较大提高。 ( 3 ) 综合 而言 ， 细钢渣对 混凝土抗折和抗压强 度的影响比粗钢渣对混凝土强度的影响大。用细钢 渣替代天然砂 混凝 土抗压强度 的提高较为 明显 。 这是因为细钢渣具有更多 的潜在活性 可与水 泥浆 体更好地结合 ， 有利于混凝土抗压强度的提高。 3 2 2 胶 凝 材料 为硫 铝酸 盐水 泥试 验结 果分 析 ( 1 ) 用钢渣替代混凝土 中粗骨料 ， 当替代率 为 2 O 时， 可使 3 d抗折强度明显提高。这 是 由 于本 试 验 所 选 硫 铝 酸盐 水 泥 为 快 硬水泥 ，其早期有较大 的抗折强度 ， 而 7 d 、 2 8 d抗折强度不如普通混凝土 ， 但 比 硅酸盐水泥钢渣混凝土略有提高。从抗 压 强 度上 看 ， 硫 铝 酸 盐 水 泥钢 渣 昆 凝 土 的抗压强度很大 ， 不仅远远超过普通混 凝土 ， 也 比普通硅酸盐水泥钢渣混凝土 提高很多 。粗骨料替代率 为 3 0 时 ， 其 3 d 、 7 d 、 2 8 d抗折及抗压强度的表现与替 代 率 为 2 0 时相 同。 ( 2 ) 用细钢渣替代混凝土 中的细骨 料 ，替 代 率 为 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 时 ， 早期都具有很大的抗折强 度 和抗 压 强 度 。 并且 2 8 d抗 折强 度 和 抗 压强度还在逐渐上升。 3 2 3 钢渣替代天然骨料可行性分析 钢渣作 为粗骨料替 代混凝土 中的 碎 石 ， 替代 率为 3 O 时 ， 普通硅 酸盐水 泥钢 渣 混 凝 土 和 硫 铝 酸 盐 水 泥 钢 渣 混 凝 土的抗 折强度和抗压 强度均 比替代 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 6期 率为 2 0 时有所提高 ， 说明钢渣可以替代部分石子 作为粗骨料运用到混凝土中。 并且不需要添加其他 活性掺合料 ， 这在很大程度上节约 了成本 。而钢渣 作为细骨料替代混凝土 中的天然细骨料时 。 从六种 替代率综合来看 ， 替换率为 5 0 左右时 ， 普通硅酸 盐水 泥钢渣混凝土和硫铝酸盐水泥钢 渣混凝土的 抗折强度和抗压强度均较大， 说明细钢渣替代天然 中砂 的最佳替代率为 5 0 左右 ，并且其替代率 为 6 O 时， 钢渣混凝土仍能满足安定性的要求 。 4粗 细钢 渣 混合 替代 粗 细骨 料对 混 凝 土 力学 性能 的影 响 4 1 力学 性 能试验结 果 水泥选用 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥， 其余条 件不变。具体配合比见表 7 ， 强度试验结果见表 8 。 表 7 钢渣混凝土配合 比 试件编号 粗 代 细 代 抗折强度 MP a 抗压强度 MP 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d G一 9 3 0 5 0 5 1 2 5 2 0 7 6 8 4 7 6 0 4 8 2 0 5 9 2 0 4 2 试验结果分析 由表 8可见 ， 当同时用粗细钢渣替代部分天然 粗细骨料时 。 混凝土早期就有很高的抗折 和抗压强 度 ， 且经过 2 8 d洒水养护 ， 强度还在 明显增加 。试验 证明 ，当粗细钢渣 的替代率分别为 3 0 和 5 0 ， 胶 凝材料只有水泥的情况下 ， 钢渣混凝土不仅体积安 定性 良好 ， 而且早期抗折 、 抗压强度都很高 ， 同时后 期 强度 也有 明显增 加 。这 是 由于粗 细钢渣 均具 有潜 在活性 ， 可与水泥浆体反应 ， 从而改善界面结合 ， 有 利于混凝土抗折和抗压强度的提高。 5结论 通过试验结果可知 ， 用钢渣作粗 、 细骨料替代 混凝土中的天然骨料是可行的。粗钢渣替代混凝土 中的天然碎石时， 钢渣混凝土的基本力学性能与普 通混凝土基本接近 ， 最佳替代为 3 0 。而细钢渣替 代混凝土中 的天然砂 可使 钢渣混凝土 的基本力学 性能 比普通混凝土提高很多 。不仅早期抗压强度 大 ， 后期强度也能稳定发展 ， 随着龄期的增长 ， 其强 度增长率 明显优于普通混凝土 ， 细钢渣 的最佳替代 率为 5 O 。同时用粗细钢渣对混凝土中天然粗细骨 料进行替代时 。 钢渣混凝 土体积定性 良好 并具有 较高的早期强度以及增长较快的后期强度。 由试验结果还可看出 ， 细钢渣对混凝土强度的 影 响 比粗钢渣 大 。这 是 因为 随着钢 渣 的粒 径 的逐渐 减小 ， 其潜在活性更 能被激发 出来 ， 从 而更能提高 混凝土的各项力学性能。 使用钢渣替代混凝土中的天然粗细骨 ， 可 以节 约不可再生 的天然砂石资源 、 减少环境破坏 、 提高 混凝土绿色度 ， 不仅具有 明显 的经济效益 ， 还具有 一 98一 显著的社会效益。 参考 文献 ： 1 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 1 ( 7 ) ： 1 1 - 1 2 2 康明 钢渣用 于混凝土 的安定性评 价与控 制研 究【 J J 粉煤 灰 2 0 1 3 ( 2 ) ： 1 5 1 7 【 3 】 徐兵， 张 国防 宝钢 钢渣对水泥混凝 土性能 的影 响l J 1 新型 建筑材料 2 0 1 3 ( 5 ) ： 7 3 7 6 4 】 孙家瑛， 张健， 金 强， 等 宝钢钢 渣微 粉用于水泥混凝土 的安 定性 和与水泥 、 外加剂相容性试验研 究 J 粉煤灰， 2 0 0 6 ， 1 8 ( 3 ) ： 2 0 2 1 5 】 张灿 路 钢渣 粗骨料混凝 土的试验研究 J 中国科技博 览， 2 0 1 2 ( 2 6 ) ： 3 1 - 3 1 【 6 刘 攀单掺钢渣混凝 土的抗压强度及 早期抗裂性 能研究 【 D 乌鲁木齐： 新疆农业大学， 2 0 1 4 7 】 毛海涛， 王晓菊， 何华 祥， 等 锂一 钢 渣掺合 混凝土 强度性能 的正交试验研究 J 硅酸盐通报， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 1 2 ) ： 2 4 2 7 2 4 3 4 8 】 任 奇， 王颖杰， 李 双林 钢渣处理与综合利用 技术l J J 钢铁研 究， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 1 ) ： 5 4 5 7 9 孙坚， 耿春雷， 张作泰， 等 工业 固体废 弃物资源综合利用技 术现状 J 1 材料 导报， 2 0 1 2 ， 2 6 ( 1 1 ) ： 1 0 5 1 0 9 【 l 0 】 李玉祥， 王振兴， 冯敏 ， 等 不 同激 发剂对 钢渣活性 影响 的 研究 J 硅酸盐通报， 2 0 1 2 ， 3 1 ( 2 ) ： 2 8 0 2 8 4 【 1 1 李志军 复掺锂渣 、钢渣高性 能混凝土强度及早期抗 裂 性能试验研究f I ) 】 乌鲁木齐： 新疆农业大学， 2 0 t 3 1 2 】 张朝 晖， 廖杰龙， 巨建 涛， 等 钢渣 处理工 艺与 国内外钢渣 利用技术 J 钢铁研 究学 报， 2 0 1 3 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 4 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 1 1 作者简介 ： 韩艳丽 ( 1 9 8 8 一) ， 女 ， 硕士研究生 。 联系电话 ： 1 3 6 3 9 9 6 1 6 6 7 通讯作者 ： 冯勇 ( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 副教授 、 博士。 E -ma i l ： 9 5 2 4 7 51 2 9 q q c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m