磨细钢渣掺量对水泥和混凝土性能的影响.pdf

第6 0 卷第4 期 2 008 年11 月 有色金属 N O n f e n D u sM e t a l s V 0 1 ．6 0 ．N o ．4 N o v e m b e r20 08 磨细钢渣掺量对水泥和混凝土性能的影响 陈德玉 西南科技大学先进建筑材料四川省重点实验室，四川绵阳 6 2 10 1 0 摘要通过测定掺加磨细钢渣矿粉的水泥标准稠度需水量、凝结时间、水泥净浆流动度以及硬化水泥的化学结合水量，研 究磨细钢渣矿粉对混凝土抗压强度、抗渗性、抗冻性、抗碳化以及孔结构的影响。结果表明，磨细钢渣在不同程度上廷缓了水泥的 水化，从而导致凝结时问的延长。磨细钢渣具有令人满意的减水效果且与混凝土减水剂有较好的适应性。适量磨细钢渣掺入混 凝土中对混凝土抗压强度以及耐久性能影响不大．将磨细钢渣与磨细粉煤灰或矿渣混掺可以发挥复合效应，提高掺合料的活性。 改善混凝土的性能。 关键词磨细电炉氧化钢渣；矿粉混凝土；性能 中图分类号T D 8 5 3 ．3 4 3 ；T T U 5 2 8文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 4 0 1 3 1 0 5 钢渣是钢铁工业主要废渣之一，钢渣的排放量 约占钢产量的1 0 ％～1 5 ％，由于钢渣种类多，再利 用技术难度大，牵涉面广，处理和利用一直未得到实 际的开拓和发展，绝大部分钢渣仍弃置江河，堆占农 田，造成环境污染和资源的浪费。 国内已有的磨细钢渣作为混凝土掺和料的研究 报道，利用的是转炉钢渣，转炉钢渣碱度高，矿物以 硅酸三钙为主L 1 ．6 j 。平炉钢渣和电炉氧化钢渣碱 度低活性较弱，目前，利用低碱度平炉和电炉氧化钢 渣生产钢渣矿粉混凝土掺和料的研究并不多见。低 碱度钢渣不具沸煮膨胀特性HJ ，不需经预处理就可 予以利用。为此，通过研究磨细钢渣对水泥标准稠 度需水量、凝结时间、水泥净浆流动度、化学结合水 量以及混凝土抗压强度、抗渗性、抗冻性、抗碳化等 性能指标的影响，进而探讨其对混凝土强度和耐久 性的增强作用。 1实验方法 1 ．1 试验用原材料 水泥为4 2 ．5 R 普通硅酸盐水泥。磨细钢渣为 长钢电炉氧化渣经预活化后磨细而成。经X 射线 衍射分析证明，其主要矿物为镁橄榄石、镁蔷薇辉 石、R O 相 F e O ，M g O ，M n O 的固溶体 、硅酸二钙 等。粉煤灰由某电厂湿排低钙粉煤灰经预水化活化 磨细而成。矿渣粉由粒化高炉矿渣磨细而成。水 泥、钢渣、粉煤灰与矿渣的化学组成和物理性能见表 1 。粗骨料为卵石，最大粒径4 0 m m 。细骨料为河 砂，细度模数为2 ．8 。用F D N 萘系高效减水剂，减 水率为2 5 ％。 表l 水泥、钢渣、粉煤灰与矿渣的化学组成和物理性能 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o n sa n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so fc e m e n t ，s t e e ls l a g ，f l ya s ha n db l a s tf u r n a c es l a g 1 ．2 试验过程 1 ．2 ．1 水泥标准稠度需水量、凝结时间试验。根据 G B ／r 1 3 4 6 2 0 0 1 ，分别测定以质量百分比计，钢渣掺 收稿日期2 0 0 6 1 1 1 7 作者简介陈德玉． 1 9 6 3 一 ，男，山东青州市人。副教授，硕士，主要 从事先进建筑材料等方面的研究。 量分别为0 ％～4 0 ％时。水泥浆体的标准稠度需水 量、凝结时间。 1 ．2 ．2 水泥净浆流动度的测定。根据G B 仃8 0 7 7 ． 2 0 0 0 ，分别测定以质量百分比计，钢渣掺量分别为 0 ％～4 0 ％，高效减水剂掺量为水泥质量的0 ．8 ％， 加水量为1 0 5 m L 时的水泥净浆流动度。 万方数据 1 3 2有色金属 第6 0 卷 1 ．2 ．3 水泥的化学结合水的测定。水泥净浆试件 尺寸为2 c m 2 c m 2 c m ，水灰比为0 ．3 5 。在2 0 ℃， 相对湿度 9 0 ％的条件下，养护至规定龄期后，用压 力机压碎并用无水乙醇终止水化，经过处理于 1 0 5 ℃下干燥2 4 h 。取经过上述干燥处理的试样在 9 5 0 ℃灼烧至质量恒定，测定试样的烧失量。 1 ．2 ．4 混凝土性能试验。混凝土的新拌工作性能 按G B ／5 0 0 8 0 ．2 0 0 2 进行，抗压强度根据G B ／5 0 0 8 1 ． 2 0 0 2 要求进行。混凝土成型后，在实验室静置2 4 h 后拆模，然后在养护室标准养护。混凝土抗渗性、抗 冻性、抗碳化性能测试根据G B J 8 2 8 5 要求进行。 抗压强度、抗碳化和抗冻性都采用边长l O O m m 的立 方体试件。抗碳化试验是将试件标准养护2 6 d 并在 6 0 0 C 下烘干4 8 h ，然后取出测试。抗冻性是按慢冷 法进行试验。 1 ．2 ．5 混凝土孔分布测定。试件成型后标准养护 至测试龄期，取样，用无水乙醇终止水化，用O u t ． o s c a n 一6 0 型水银测孔仪测定。 2 试验结果及讨论 2 ．1 磨细钢渣掺量对水泥标准稠度需水量、凝结时 间的影响 表2 给出了钢渣掺量对水泥标准稠度需水量、 凝结时间的影响。从表2 可以看出，随着钢渣掺量 增加，水泥浆体标准稠度需水量逐渐减少，说明钢渣 可改善水泥浆体的流动性。这是因为，钢渣微细粉 颗粒大多较为规则MJ ，有些则是标准的球形颗粒， 可起润滑作用。随着钢渣掺量的增加，水泥浆体的 凝结时间逐渐延长，说明钢渣在不同程度上延缓了 水泥的水化，从而导致凝结时间的延长。 表2 不同钢渣掺置的水泥标准稠度 需水量和凝结时间 T a b l e2W a t e rd e m a n df o rn o r m a lc o n s i s t e n c ya n ds e t t i n g t i m ew i t hd i f f e r e n ta m o u n ts t e e ls l a g 2 ．2 ’磨细钢渣掺量对与水泥净浆流动度的影响 表3 给出了钢渣掺量对水泥净浆流动度的影 响。从表3 可以看出，．在减水剂掺量和加水量相同 的情况下，随着钢渣粉掺量的增加，水泥净浆流动度 逐渐增加。试验结果证明钢渣粉与混凝土减水剂适 应性较好。其原因一方面是由于钢渣粉大部分呈大 小不等、光滑的圆球状细颗粒，填充于水泥颗粒的空 隙中，形成了更为合理的级配，另一方面钢渣粉细颗 粒在新拌水泥浆中具有轴承效果，可增大水泥浆的 流动度。 表3不同钢渣掺量时水泥净浆流动度 T a b l e3F l u i d i t yo fc e m e n tp a s t ew i t hd i f f e r e n t a m o u n ts t e e ls l a g 2 ．3 磨细钢渣掺量对混合水泥体系化学结合水量 的影响 经1 0 5 ℃干燥的试样在9 5 0 ℃灼烧至质量恒定， 测定试样的烧失量，校正干基物料在相同灼烧温度 下的烧失量，换算成单位质量干基物料的烧失量，即 化学结合水量。混合水泥配合比及结果见表4 ，水 灰比为0 ．3 5 。 表4 混合水泥净浆的配合比及化学结合水 T a b l e4M i xp r o p o r t i o no fc e m e n tp a s t ea n dc o m b i n e dw a t e r 由表4 可知，由于非蒸发水量间接反映水化产 物的数量，钢渣一水泥体系在不同钢渣掺量下的非 蒸发水量，即水化产物的数量随钢渣掺量的增加而 减少。同时将磨细钢渣与粉煤灰或磨细矿渣混掺 后，非蒸发水量都有不同程度的提高，在掺量小于 2 0 ％时，与空白水泥水化结合水量基本持平。这是 因为磨细钢渣的水化活性远比水泥熟料低的原因。 磨细钢渣与粉煤灰或磨细矿渣混掺后的复合效应， 万方数据 第4 期陈德玉磨细钢渣掺量对水泥和混凝土性能的影响1 3 3 水化活性提高。 2 ．4 磨细钢渣掺量对混凝土抗压强度的影响 ’ 各种磨细钢渣混凝土的配合比见表5 。试验情 况表明，各种配比的新拌混凝土均具有良好的保水 性和粘聚性。混凝土抗压强度与磨细钢渣掺量的关 系见表6 。由表6 可以看出，在混凝土中掺加磨细 钢渣会降低其早期抗压强度，但对于磨细钢渣掺量 2 0 ％时，混凝土的抗压强度下降较为明显。同时将 磨细钢渣与粉煤灰或磨细矿渣混掺后，混凝土抗压 强度都有不同程度的提高，在掺量小于2 0 ％时，与 空白混凝土抗压强度基本持平。以上的结果证明磨 细钢渣具有一定的活性，当磨细钢渣与磨细矿渣或 粉煤灰混掺后，其活性更好。这是因为混掺可起到 相互激发、相互活化的作用bJ ，发挥较好的复合效 小于2 0 ％时混凝土的抗压强度下降不多，当超过应，从而改善硬化混凝土的力学性能。 表5 掺不同量掺合料混凝土的配合比／ k g m - 3 T a b l e5M i xp r o p o r t i o no fc o n c r e t ew i t hd i f f e r e n tm i n e r a la d m i x t u r e s 表6 混凝土的抗压强度试验结果 T a b l e6C o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc o n c r e t e 2 ．5 磨细钢渣掺量对混凝土抗渗性的影响 钢渣粉、钢渣一矿渣粉、钢渣一粉煤灰按质量比 2 0 ％取代水泥后，按照表5 所列的1 ，3 ，7 ，1 1 配合比 进行试验，结果见表7 。从表7 可以看出，在水压逐 级升至0 ．8 M P a 后，水均未穿过所有试件。相对而 言，纯水泥的混凝土试件的抗渗性最好，钢渣粉与矿 渣粉、粉煤灰复掺混凝土的抗渗性次之，单掺钢渣粉 的最差。其原因是单掺钢渣粉由于其水化活性较 低，2 8 d 二次水化程度较低，导致混凝土的空隙率较 高及大直径毛细孔较多。钢渣粉与矿渣粉或粉煤灰 混掺的复合效应，使其活性有所提高，混凝土结构比 单掺钢渣要密实一些，从而使混凝土的抗渗性得以 提高。． 表7 混凝土抗渗性 T a b l e7T e s tr e s u l t so fp e r m e a b i l i t yo fc o n c r e t e 2 ．6 磨细钢渣掺量对混凝土抗冻性能的影响混凝土抗冻性仍采用表5 中配合比1 ，3 ，7 ，1 1 万方数据 1 3 4有色金属 第6 0 卷 由表8 可见，混掺后混凝土的抗冻性比单掺钢 渣要高一些，且等于或略高于纯水泥混凝土。其原 因是混掺后改善了混凝土的孔结构[ 引，即毛细孔的 数量减少导致了可冻融的水量减少。通过水银测孔 仪测定2 8 d 混凝土孔径分布见表9 。 表9 混凝土的孔径分布／％ T a b l e9P o r es i z ed i s t r i b u t i o no fc o n c r e t e 由表9 可见，钢渣单掺或混掺后混凝土中 2 0 n m 有害孔含量比纯混凝土的高，混掺后混凝土 中 2 0 n m 有害孑L 含量比单掺钢渣粉混凝土的低。 其原因钢渣在不同程度上延缓了水泥的水化，混掺 可以起到相互激发、相互活化，发挥较好的复合效 J 直。 2 ．7 磨细钢渣掺量对混凝土抗碳化性能的影响 表1 0 给出了混凝土抗碳化性能测试结果。单 掺磨细钢渣混凝土的抗碳化性能最差，掺钢渣与粉 参考文献 煤灰、磨细矿渣混凝土的抗碳化性能较好，但略低于 基准混凝土的抗碳化性能。其原因与抗冻性能表现 相似，也是由于混掺后使混凝土的孔结构有所改善 的结果。 表1 0 混凝土的碳化测试结果 T a b l e1 0 T e s tr e s u l t so fC a r b o n a t i o nd e p t ho fc o n c r e t e 3结论 磨细钢渣在不同程度上延缓了水泥的水化，从 而导致凝结时间的延长。磨细钢渣具有令人满意的 减水效果且与混凝土减水剂适应性较好。低碱度电 炉氧化渣钢渣具有一定反应活性，可以作为混凝土掺 合料。当磨细钢渣作为混凝土掺合料时，掺量以不超 过2 0 ％为宜。当钢渣与粉煤灰或磨细矿渣混掺时活 性更好，与单掺磨细钢渣混凝土相比，抗压强度及抗 渗性、抗冻性、抗碳化等耐久性能都有所提高。 [ 1 ] 吕林女，何永佳，丁庆军，等．利用磨细钢渣矿粉配制C 6 0 高性能混凝土的研究[ J ] ．混凝土，2 0 0 4 ， 6 5 1 5 2 ． [ 2 ] 孙家瑛．磨细钢渣对混凝土抗压强度和耐久性的影响[ J ] ．建筑材料学报，2 0 0 5 ，8 1 6 3 6 6 ． [ 3 ] 朱航，丁庆军，彭艳周，等．钢渣矿粉混凝土的物理力学性能研究[ J ] ．武汉理工大学学报，2 0 0 5 ，2 7 1 4 0 4 3 ． [ 4 ] 陶珍东，郑少华，吴波，等．钢渣微细粉在砼中的应用研究[ J ] ．水泥工程，2 0 0 2 ， 6 5 3 5 5 ． [ 5 ] 袁玲，汪正兰钢渣矿渣复合掺合料对水泥浆体性能的影响[ J ] ．安徽建筑工业学院学报 自然科学版 ，2 0 0 4 ，1 2 3 4 3 4 6 ． [ 6 ] L iY o n g x i n ，C h e nY i m i n ，Z h a n gH o n g t a o ，e ta 1 ．M i c r o s t r u c t u r ea n dc o m p o s i t i o no fh y d r a t i o np r o d u c t so fo r d i n a r yp o r t l a n dc e - m e n tw i t hg r o u n ds t e e l m a k i n gs l a g [ J ] ．J o u r n a lo fW u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，1 8 4 7 6 7 9 ． [ 7 ] 钱光人，徐光亮，李和玉，等．低碱度钢渣的矿物组成、岩相特征与膨胀研究[ J ] ．西南工学院学报，1 9 9 7 1 2 1 1 8 2 1 ． [ 8 ] 姚武．绿色混凝土[ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 6 1 7 4 3 ． 万方数据 第4 期 堕堡三 壁塑塑鎏堡墨翌查塑塑望堡圭竺堕竺墅堕 坐． E f f e c t so fG r o u n dS t e e l ．m a k i n gS l a gA d d i t i o no nP r o p e r t i e so fC e m e n ta n dC o n c r e t e C H E ND e - y u K e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dB u i l d i n gM a t e r i a l s ．S o u t h t v e s tU n i v e r s i t yo f S c i e n c e 口，逸 孔娩加幻秽，M i a n y a n g6 2 1 0 1 0 ，S i c h u a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c to fg r o u n de l e c t r i cf u r n a c es l a go nc o m p r e s s i v es t r e n g t h ，p e r m e a b i l i t y ，f r e e z i n g 。t h a w r e 8 1 s t a n c e c a r b o n a t i o nr e s i s t a n c ea n dp o r es t r u c t u r eo ft h ec o n c r e t em a d ef r o mc e m e n ti n c o r p o r a t i n gg r o u n de l e c t r l cf u r n a c e s l a gi si n v e s t i g a t e db yp r o p e r t i e s ．m e a s u r e m e n to fc e m e n ti n c o r p o r a t i n gg r o u n de l e c t r i c f u r n a c es l a g ，m c l u d m g w a t e rd e m a n df b rn o m a lc o n s i s t e n c y ，s e t t i n gt i m e ， f l u i d i t yo fc e m e n tp a s t ea n dn o n 。e v a p o r a b l ew a t e r 上h e r e s u l t ss h o wt h a tt os o m ee x t e n tg r o u n ds t e e ls l a gc a nr e t a r dt h ec e m e n th y d r a t i o na n d I te a Rr a l s et h eI o n g e 。 s e t t i n gt i m eo ft h ec e m e n t ．I th a sa ne x c e l l e n tw a t e rr e d u c i n ga n dt h eb e t t e ra d a p t a b i l i t yw i t hw a t e rr e d u c e r ’ a n di n c o r p o r a t i n gs u i t a b l ea m o u n to fg r o u n de l e c t r i cf u r n a c es l a g c a ni m p r o v et h ec o m p r e s s l V eS t r e n g t ha n d d u r a b i l i t y ．W h e ng r o u n de l e c t r i cf u r n a c es l a gw i t hg r o u n df l ya s ho rb l a s tf u r n a c es l a g a r ea d d e di n t oc o n c r e t e t o g e t h e r ．t h ep e r f o r m a n c eo fc o n c r e t ec a nb ei m p r o v e df u r t h e rd u et ot h es y n e r 9 1 s t l c e i t e C t 。 K e y w o r d s g r o u n de l e c t r i cf u r n a c es l a g ；m i n e r a lp o w e r ；c o n c r e t e ；p r o p e r t y ⋯ ‘．．⋯一～一⋯ M M ～、，”～v ～v n ～ ，” V ” ～n ，u ～～ 上接第1 2 4 页，C o n t i n u e df r o mP ．1 2 4 I n f l u e n c i n gF a c t o rR e g r e s s i o nA n a l y s i so nM e c h a n i c a lP r o p e r t i e so fB a c k f i l lM a t e r i a l D E N G 肪芦和馏1 ，G A OY o n g - 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