钢渣和粉煤灰对混凝土力学性能的影响.pdf

文章编号：1 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 5 ) 0 5 - 0 0 1 卜0 3 祷 薮 钢渣和粉煤灰对混凝土力学性能的影响 E f f e c t o f S t e e l S l a g a n d F l y As h o n Me c h a n i c a l P e r f o r ma n c e o f C o n c r e t e 丁华柱1都增延2刘围3郑传宝4 ( 1 ． 重庆筑能建材有限公司，重庆4 0 0 7 1 3 ；2 ． 重庆建工新型建材有限公司，重庆 4 0 0 0 1 2 ； 3 ． 重庆市东毅新型建材有限公司，重庆 4 0 1 3 3 4 ；4 ． 重庆东土实业有限公司，重庆4 0 0 0 5 4 ) 摘 要 ：研 究了混凝土中掺入低品位粉煤灰和钢渣粉后其强度变化规律。结果表明：低品位粉煤灰的细度越大对混 凝土后期强度的增长更有利 ，但是高细度粉煤灰会使混凝土早期强度减低。相比只掺入低品位粉煤灰 ，同 时掺入钢渣粉和低品位粉煤灰的混凝土强度可以明显提高，并且随着粉煤灰细度的增加，混凝土强度提 高 效果越 明显。但是钢渣粉掺量对混凝土强度影响不大。 关键 词 ： 混凝 土 ；抗压 强度 ；低 品位粉 煤灰 ；钢 渣粉 中图分类号 ：X7 7 ． X7 7 3 文献标志码 ：A 0 前 言 根据原料和生产方式的不同，钢渣中的化学成分有 很大不同，包括 C a O 、S i O 、A 1 0 、F 2 0 、M g O 、F e O和 P 2 0 I l J 。钢渣的矿物组成包括橄榄石、默硅钙镁石、C ， S 、 C S 、C A F 、C 2 F 、C a 0 一 F e O — M n O — M g O 固溶体 和游 离 C a O 。C ， s 、C ， S 、C 4 A F 、C ， F的存在使钢渣具有了胶凝性， 但是其活性要低于波特兰水泥熟料中的活性 【2 ] 。孙世国等 【3 1 的研究表明掺入钢渣粉后，与纯水泥混凝土对比，混凝 土强度略有降低，但是掺入钢渣粉能改善混凝土的和易 性，并延长凝结时间且坍落度增大。粉煤灰是燃煤电厂 排出的主要固体废弃物，随着我国工业的飞速发展，其 排放量逐年增加 [4 ] 。目 前粉煤灰作为混凝土的矿物掺合料 在我国已有了广泛应用。根据国家标准，普通混凝土中 所用的粉煤灰分为三级，但能够作为掺合料在混凝土中 大量使用的粉煤灰仅占较少部分，大部分粉煤灰因电厂 的排放工艺 ( 湿排灰、干排灰) 、生产工艺、原煤品质等 原因未能达到国家标准要求 [5 ] 。 如何提高低品位粉煤灰和钢渣在建材产品中的应用 就成为目前所面临的问题。与低品位粉煤灰相比，钢渣 的活性更高，但是早期水化速度却较慢，因此希望将二 者复合使用，研究其对水泥基材料性能的影响，以便扩 大粉煤灰和钢渣在水泥基材料中的应用范围。本文将热 闷钢渣粉与低品位粉煤灰结合起来，利用钢渣改善低品 位粉煤灰的性能，对提高低品位粉煤灰和热闷钢渣的利 用率都将有一定的意义。 1 试验工作 1 ． 1 试验原材料 试验所用水泥为重庆拉法基水泥有限公司普通硅酸 盐 4 2 ． 5 R级水泥，化学成分如表 1所示；粉煤灰为重庆 润江环保建材股份有限公司磨细粉煤灰，一共有三个细 鹿 4 2 0 m 2 ／ k g 、 5 1 0 m 2 ／ k g 、 5 7 0 m 2 l k g ， 化学成分如表2 所示； 钢渣采用重庆润江环保建材股份有限公司钢渣颗粒磨细 而成，细度为 4 3 0 m 2 ／ k g ，化学成分如表 3所示；砂为普 通中砂，表观密度 2 7 0 0 k g ／ m ， ，细度模数 2 ． 6 ，含泥量 0 ． 5 ％；粗 集 料 采 用 二 级 配，分 别 选 用 5 ～ 1 0 m m 和 1 0 2 0 ra m碎石。外加剂采用缓凝型聚羧酸系高性能减水 剂( P C A — R) ， 掺量约 1 ． 5 ％， 减水率fl = 2 9 ． 5 ％， 含固量2 3 ％。 表 1 水泥化学成分表 ％ 水泥品种 S i 0 2 F e 2 0 3 A1 2 0 3 C a O Mg O S 0 3总碱量 烧失量 5 ／ 2 o 1 5 粉煤灰 1 1 表 3 钢渣粉化学成分表 ％ S i O 2 F e 2 0 3 A1 2 0 3 C a O Mg O Mn O Na 2 0 烧失量 l 4 ． 2 8 2 3 ． 8 2 2 ．4 2 4 3 ． 5 3 6 ． 5 5 2 ． 6 9 2 ． 7 5 1 ．5 0 1 ．2 钢渣粉对粉煤灰化学成分的改善作用 在粉煤灰中掺人 1 0 ％、2 0 ％ 的钢渣粉后，其氧化物 组成见表 4和 5 。 表 4 掺入1 0 ％钢渣粉的粉煤灰氧化物组成 ％ S i O 2 F e 2 O 3 A 1 2 O 3 C a O K 2 0 T i O 2 Mg O Na 2 0 Mn O S O 3 Na 2 0烧失量 4R 4 6 7 0， n R 2 6 n7 2，1 1 46 1 4 4 n R5 n 27 n RR 0 R5 1 0 S 表 5 掺入2 0 ％钢渣粉的粉煤灰氧化物组成 ％ S i O2 F e 2 0 3 A 1 2 03 C a O K 2 0 T i O 2 Mg O Na 2 0 Mn O S O 3 N a 2 0 烧失量 4 4 ． 6 6 8 ．8 8 1 8 ．7 7 1 0 ．2 3 1 ． 9 9 1 ． 4 7 2 ．0 1 1 ． 0 6 0．5 4 o l 8 7 1．0 6 9 ．5 由表 4和 表 5对比来看，随着钢渣粉掺量的提高， S i O ， 、A 1 ， O 、K O含量都有所降低；F e ， O 、C a O 、M g O 、 N a ， O 、M n O含量均有增加；T i O ， 、S O 的含量几乎没有什 么变化；烧失量随着钢渣粉含量增加而有所降低。由于 掺入钢渣粉越多，粉煤灰中 C a O、M g O含量增加，造成 游离 C a O 、Mg O含量也会随之增加，游离 C a O 、M g O的 增加会对水泥体积安定性造成不良影响，可能会直接导 致水泥的膨胀、开裂和弯曲等。虽然 S i O ，和 A 1 ， O 是胶 凝成分，且随着钢渣掺量提高，其含量均有所降低，但 由于在混凝土中起主要凝胶作用的还是水泥，所以应首 先考虑水泥的安定性，粉煤灰中钢渣粉的掺量不宜过多。 1 _ 3 试验设计 水胶 比为 0 ． 4 ，m( 水泥)： m( 砂)： m( 石 ) = 3 1 4 k g ： 7 0 1 k g ： 1 2 9 3 k g 。抗 压 强 度 试 件 为 1 0 0 m m X 1 0 0 m m1 0 0 m m的立方体试件，按照试验配合比成型的试 件带模养护 1 d后拆模，在标准养护条件下养护至试验龄 期进行抗压强度测试。 2 结果与讨论 2 ． 1 粉煤灰细度及掺量对混凝土强度的影响 本试验研究了粉煤灰细度及掺量对混凝土强度的影 响；测试了不同细度对 3 d 、7 d 、2 8 d 龄期的混凝土抗压 强度的影响，以及不同细度下不同掺量对 2 8 d龄期的混 凝土抗压强度的影响。 1 2 CD 月r 5 ／ 20 1 5 图 1为不同龄期时不同粉煤灰细度对混凝土强度的 影响，其中粉煤灰细度分别为 4 2 0 m ／ k g 、5 1 0 i n ／ k g和 5 7 0 r fl ／ k g ， 掺量均为 3 0 ％。 7 2 8 龄期 FA 4 20 F A 5 1 0 F A ， 5 7 0 图 1 粉煤灰不同细度对混凝土抗压强度的影响 从图 ( 1 ) 可以看出，混凝土强度随着龄期的增长强度 逐渐增加， 但在不同龄期时其强度增加随着细度的变化 出现不同的发展规律。在 3 d时，混凝土强度随着粉煤灰 细度的增加而减低，但是 7 d时掺入细度为 5 7 0 i n ／ k g粉 煤灰的混凝土强度增加很快，已经超过了粉煤灰细度为 5 1 0 i n z ／ k g的混凝土强度，而到了 2 8 d时，混凝土强度随 粉煤灰细度的变化趋势已经与 3 d时完全相反了，其强度 随着粉煤灰细度的增加而增高。所以粉煤灰的细度越大 对混凝土后期强度的增长更有利，但是高细度粉煤灰会 使得混凝土早期强度较低，在生产中要根据不同需求选 择合适细度的粉煤灰。 图 2为粉煤灰在不同细度时其掺量对混凝土强度的 影响。 1 0 ％ 2 0 ~／0 3 0 ％ 4 2 0 51 0 5 7 0 比表面 积 比表面 积， m ．k g 图 2 粉煤灰不同掺量对混凝土抗压强度的影响 由图 2可知，不管在何种粉煤灰细度下，当粉煤灰 掺量达到3 0 ％时，混凝土 2 8 d 强度明显要比掺量为 1 0 ％ 和 2 0 ％ 时的强度高。粉煤灰细度为 4 2 0 m E ／ k g和 5 1 0 i n ／ k g时，1 0 ％ 掺量的混凝土比 2 0 ％ 掺量的混凝土强度 略微大一些，但是粉煤灰细度为 5 7 0 m 2 ／ k g时，其掺量为 2 0 ％时混凝土强度比掺量为 1 0 ％时的强度略微大一些。 ∞ 自 苣 隈 日 d l 《 黑 总的来说，粉煤灰掺量为 1 0 ％和2 0 ％时，混凝土强度几 乎没有什么变化。所以粉煤灰掺量达到 3 0 ％ 时才会对混 凝土强度有明显改善，可能是因为粉煤灰后期反应较多， 有火山灰效应，导致粉煤灰混凝土后期强度高，所以粉 煤灰掺量越大，后期强度增长越明显。 2 ．2 钢渣粉对粉煤灰混凝土强度影响 图 3为钢渣粉掺量对粉煤灰混凝土强度的影响，其 中粉煤灰细度为 5 7 0 m ／ k g ，掺量为 1 0 ％，钢渣粉在粉煤 灰中的掺量为 0 、1 0 ％和2 0 ％。 5 0 4 0 謇 3 0 营 2 0 辖 1 0 0 0 1 0 2 0 钢 渗量／ ％ 图 3 混凝土强度随钢渣粉掺量的变化 从图 3可知，掺入粉煤灰和钢渣粉的混凝土要比只 使用粉煤灰的混凝土强度大，但是钢渣粉的掺量对粉煤 灰混凝土强度的影响并不明显，在钢渣粉掺量为 1 0 ％ 和 2 0 ％时，混凝土强度相差很小。 图 4为掺入不同细度粉煤灰的混凝土中掺人或不掺 钢渣粉时 2 8 d抗压强度，其中粉煤灰掺量均为 1 0 ％，钢 渣粉掺量为粉煤灰的 1 0 ％。 4 2 0 5 1 0 5 7 0 比表面积／ m ．k 图 4 混凝土中掺入或不掺钢渣粉时强度变化 从图 4可以清楚看到，粉煤灰细度为 4 2 0 m z ／ k g 、 5 1 0 m 2 ／ k g和 5 7 0 m 2 ／ k g时，掺入 1 0 ％ 钢渣粉的混凝土强 度要比只掺人粉煤灰的混凝土强度高，而且随着粉煤灰 细度的增加，这种变化趋势更加明显 ． 这就说明钢渣粉对 粉煤灰在混凝土中的性能可以起到一定的改善作用，而 且这种改善作用随着粉煤灰细度的增加而逐渐增强。 3 结 论 ( 1 ) 粉煤灰的细度越大对混凝土后期强度的增长更 有利，但是高细度粉煤灰会使混凝土早期强度减低。 ( 2 ) 从试验结果来看，粉煤灰掺量为 3 0 ％ 时混凝土 强度明显改善。 ( 3 ) 相比只掺入粉煤灰，同时掺入钢渣粉和粉煤灰 的混凝土强度可以明显提高，并且随着粉煤灰细度的增 加，混凝土强度提高效果越明显。但是钢渣粉掺量对混 凝土强度影响不大，试验中钢渣粉掺量为 1 0 ％和 2 0 ％情 况下，混凝土强度并没有大的变化。 参考文献 【 1 】耿磊． 钢渣的处理与综合应用研究[ D 】 ． 南京： 南京理工大学， 2 0 1 0 ． [ 2 ]黄辉． 钢渣的活性激发及其应用现状[ J ] l 粉煤灰综合利用， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 51 ． 5 4 ． [ 3 】孙世国，王保民． 钢渣粉和粉煤灰对钢渣混凝土力学性能的影响特 点[ J ] l 粉煤灰综合利用， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 2 6 — 2 8 ． [ 4 ]陈春． 粉煤灰综合利用研究进展[ J 】 ． 建材发展导向， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 5 6 ． 6 0 ． [ 5 ]王石喜． 低品位粉煤灰加工工艺及有关问题的探讨[ J ] ． 重庆环境保 护．1 9 8 7 ( 3 ) ： 3 2 ． 3 7 ． 作者简介：丁华柱( 1 9 8 2 一 ) ， 工学学士，工程师 ，技术负责人，一级建 造师 ，从事预拌混凝土技术质量管理。通信地址 ：重庆市北碚区复兴 镇思源村四社 ( 4 0 0 7 1 3 )， 电子邮箱 ：d h z 6 5 1 2 5 2 4 4 @s i n a ．c o m． 收稿 日期： 2 0 1 5年 1 月 1 9日 5 ／ 2 0 1 5 粉煤 灰 l 3 O O 0 O 0 0 簧