高炉水渣用作混凝土细骨料的可行性研究.pdf
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1、 宝 钢 技 术2010年第3期 高炉水渣用作混凝土细骨料的可行性研究 刘建生,赵玉静,谢苑华 (宝钢发展有限公司上海新型材料分公司,上海 201900) 摘要:研究了高炉水渣和天然黄砂的区别,水渣代砂配制混凝土的新拌混凝土性能,混凝 土强度及抗渗、 抗碳化和抗氯离子渗透等耐久性能。研究发现水渣符合2级配区砂,水渣具有 一定的胶凝活性,但不会对混凝土结构产生危害。随着水渣代砂率的增大,水泥砂浆干缩性减 小,混凝土坍落度逐渐降低;混凝土达到相同坍落度所需减水剂掺量逐渐增大;混凝土抗压强 度和抗折强度均缓慢增大;混凝土的抗渗性能、 抗氯离子渗透性能、 抗碳化性能均得到了改善。 关键词:水渣代砂;胶
2、凝活性;混凝土强度;干缩;耐久性 中图分类号: X757 文献标志码:B 文章编号: 1008 - 0716(2010)03 - 0010 - 05 do i: 10. 3969 / j . issn . 1008 - 0716. 2010. 03 . 003 Fea sib ility Study on the Quen ched Granu la te Blast Furnace Slag a s Fine Aggregate of Concrete L I U J iansheng,ZHAO Yujing and XIE Yuanhua ( Shangha i NewM ater ial
3、s Branch, Baosteel Develop ing Co. , Ltd. , Shangha i201900, Ch i na) Abstract: The differences between the quenched granulate blast furnace slag and sand, and the properties, strength and durabilities of fresh concretemade of quenched granulate blast furnace slag were studied,together withits endur
4、ance performance,suchas resistance of per meability, carbonation and chloride penetration.It is found that the slag can meet the demands of the sand in Grade II area.It has some cementitious activity, but it does not destroy the structure of concrete . When more blast furnace slag is used,the concre
5、te will have less shrinkage,smaller slump and more water2reducing agent if the same slump is needed .The comp ress and flexural strength will increase gradually and the concretes resistance of per meability, carbonization and chloride ion penetration will be i mp roved with the increase of slag that
6、 replaces sand. Key word s: slag replacing sand; cementitious activity; concrete strength; shrinkage; durability 刘建生 高级工程师53年生 6年毕业于东北工业大学 现从事冶金固体废弃物综合利用 电话 565 0 前言 随着建筑业的发展和对建筑工程质量的日益 重视,作为混凝土和砂浆基本组成材料之一的建筑 用砂的质量和数量对建筑业的影响日益明显。一 方面市场对砂的质量要求越来越高,数量越来越 大;另一方面符合质量要求的天然砂资源越来越 少,由此引发的工程问题时有发生。随着天然砂资 源的
7、逐渐匮乏,以及国家对天然砂开采的限制,作 为混凝土配制的必备组分之一,天然砂的来源必将 受到限制,其行情也将必然看涨。在上海地区,每 年大量的市政工程建设,需要使用大量的商品混凝 土,而上海地区自身缺乏天然砂资源,因此为了上 海地区混凝土的可持续发展的需要,利用现有废弃 资源开发符合混凝土设计要求,同时能够替代现有 天然砂的新品种细骨料,市场前景将十分广阔。 宝钢现有4座高炉,每年产生高炉水渣300 万t左右,目前除了宝田公司每年生产矿粉消耗 万左右高炉水渣,其余的主要销售给水泥厂 作为水泥混合材。随着国家对建材行业的调控及 本地区矿物掺合料市场的逐渐饱和,高炉水渣在 01 19197 12
8、101 120t 刘建生等 高炉水渣用作混凝土细骨料的可行性研究 原有销售市场发展的空间将极为有限,开辟新的 高炉水渣应用市场势在必行。 高炉水渣与混凝土用细骨料天然砂相比,在 物理性能上有许多相似之处,若能采用高炉水渣 部分或全部替代天然砂用作混凝土细骨料,将为 高炉水渣的应用提供一条较好的途径,也将是突 破上海地区混凝土可持续发展存在的原材料瓶颈 之一。 1 原材料及试验方法 1. 1 原材料及配合比 水泥:上海宝山水泥厂生产的42 . 5普通硅酸 盐水泥。 掺合料:宝田新型建材有限公司生产的S95 矿粉,其比表面积为415 m 2 /kg;以及上海吴泾电 厂磨细 级粉煤灰,其比表面积为6
9、80 m 2 /kg。 细骨料:宝钢原状水渣,以及细度模数Mx= 2. 65的天然中砂。 粗骨料:粒径525 mm的碎石。 减水剂:花王萘系高效减水剂。 混凝土配合比:研究了水灰比强度等级为 C30时水渣代砂混凝土性能,混凝土的配合比如 表1所示。混凝土拌合物坍落度通过减水剂调整 在1416 cm范围内。 表1 混凝土配合比 Table 1Concrete p r oportion 编号 水泥/ (kgm - 3) 砂子/ ( kgm - 3 ) 水渣/ (kgm - 3) 石子/ ( kgm - 3) 水/ ( kgm - 3 ) 减水剂/ ( kgm - 3 ) 水灰比 W /C 代砂率/
10、 % C - 13806771 1051900. 800. 50 C - 2380338. 5338. 51 1051901. 290. 550 C - 3380169. 2507. 81 1051901. 510. 575 C - 43806771 1051901. 800. 5100 1. 2 试验方法 砂浆干缩试验:按GB 7511981水泥胶砂干 缩试验方法进行。试件尺寸为30 mm30 mm 280 mm。 砂浆界面形貌观察:利用Quanta. 200FEG型 场发射环境扫描电子显微镜观察。 混凝土强度测定:按常规方法进行。抗压强 度试件尺寸为100 mm100 mm100 mm;抗
11、折 强度试件尺寸为100 mm100 mm400 mm。 混凝土碳化试验:混凝土试件经标准养护 28 d后,利用CCB70型 混凝 土 碳 化 仪,按 GBJ 821985方法测试其不同碳化时间下的碳化 深度。 试件尺寸为100 mm100 mm400 mm。 混凝土抗水渗透性试验:按G BJ 821985方 法测试其抗渗标号DL /T 51502001 水工混凝 土试验教程 中混凝土相对抗渗性试验方法,测 量水在混凝土中的渗透高度。 混凝土抗氯离子渗透性: Cl - 渗透深度采用 色差显示法测定 1 , Cl - 扩散系数利用NEL型混 凝土渗透性电测仪。 2 试验结果与讨论 水渣与天然砂物
12、化特性的差异 筛分析 水渣和砂子的筛分析试验结果如表所示。 由表2可见,尽管试验所用的水渣和砂子均符合 2级配区砂,但相比于砂子,水渣粗颗粒较少,细 颗粒含量明显较多;水渣的颗粒分布明显偏窄,其 颗粒尺寸主要集中在0. 3151 . 250 mm范围内, 粒径在1. 25mm以上的仅占颗粒总量的8. 96%, 而砂子则达到24 . 32%。由筛分析试验结果可以 计算出水渣的细度模数Mx=2. 42,砂子的细度模 数Mx= 2 . 65,它们均属于中砂。 表2 水渣和砂子的筛分析试验结果 Table 2Screen separation test results of slag and sand
13、 筛孔尺 寸/mm 分计筛余/% 水渣砂子 累计筛余/% 水渣砂子 2级配区 筛余范围 5. 00004. 0604. 06100 2. 5000. 829. 390. 8213. 45250 1. 2508. 1410. 878. 9624. 325010 0. 63040. 9625. 6249. 9249. 947041 0. 31540. 6038. 8190. 5288. 759270 0. 1605. 768. 7396. 2897. 4810090 2. 1. 2 化学活性 水渣的化学成分与硅酸盐水泥熟料相近,主要 是SiO2,CaO,Al2O3,Mg O等氧化物,经水淬急冷后
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