硅铬渣混凝土的耐久性能研究.pdf

铬渣是一种常见的有毒废渣，铬渣的处理是铬铁工业发展的难点。将硅铬渣当作细集料，设计不同的硅铬渣含量，采用试验研究的方法，研究硅铬渣混凝土的耐久性能。结果表明：硅铬渣当作细集料，提高了混凝土的耐久性，其抗氯离子渗透、抗碳化和抗冻融的性能均有提高。适量河砂的掺入，可以继续改善其耐久性能。在本试验条件下，硅铬渣含量为 时，抗氯离子的渗透性能最好，硅铬渣含量为 时，抗冻融和抗碳化的性能最好。因此，硅铬渣当作细集料制备混凝土，具有一定的可行性。关键词：混凝土；硅铬渣；耐久性能；综合利用中图分类号：犜 犝 文献标识码：犃 引言近年来我国铬铁工业发展迅速，带来了巨大的社会经济利益，但同时产生了很多负面问题，最严重的就是工业废渣的产生、排放和处理问题铬渣是铬铁工业产生的废渣，其中含有重金属六价铬，是一种致癌重金属，严重危害人类生活与环境铬渣污染是铬铁工业发展的难点，对工业发展国家来说，铬渣的处理是一个严峻的挑战，是急需解决的问题另一方面，我国城市建设不断推进，混凝土用量急剧增加，其天然砂石等材料资源面临紧缺的问题如能将工业废渣进行资源化利用，不仅可以减少混凝土材料的使用，还能消耗废渣，变废为宝，对工业废渣的综合利用具有重要意义 世纪中期起，国内外学者就对铬渣处理的问题展开了研究杨飞等将高碳铬渣作为集料，来配置混凝土，对其性能进行了相关研究，表明高碳铬渣当作集料的可行性杨峰等对铬铁渣粉的物理性能进行了检测，并对铬铁渣粉混凝土进行了研究结果表明，铬铁渣粉的掺入，可以改善混凝土自身的力学性能朱效宏等在碱矿渣水泥中，用铬渣替换矿渣部分，进行试验研究结果表明，碱矿渣水泥对铬渣的固化效率更高，且可大量消耗铬渣废料张韶华等将高碳铬铁渣作为主原料，掺入适量添加剂，制备轻骨料，研究其性能结果表明，高碳铬铁渣制出的轻骨料，能满足规范要求，且性能良好；铬渣掺量的增加，导致集料堆积密度减小，孔隙率增加 等研究了铬铁灰和铬铁渣代替水泥与骨料的可行性，结果表明，其混凝土力学性能良好 等将铬渣作为集料，制备混凝土，结果表明，铬渣集料制备混凝土具有可行性，其混凝土强度要高于普通混凝土目前，国内外学者在铬渣处理方面取得了很多成果，主要集中在铬渣当作集料、混合料的使用，但其研究深度不够，对其力学性能、耐久性能等研究较少本文主要是以硅铬渣当作细集料，制备混凝土，研究硅铬渣混凝土的耐久性能，为硅铬渣的综合利用提供一定的借鉴 试验材料本试验选用的主要原材料有硅铬渣、集料（河砂、碎石）、水泥（）、水和减水剂（高效，减水率）硅铬渣选自某工业园，是其生产硅铬合金时产生的废渣，呈深灰色主要化学成分见表第 卷 第期 年月河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报犑 犗 犝 犚 犖 犃 犔犗 犉犎 犈 犅 犈 犐犐 犖 犛 犜 犐 犜 犝 犜 犈犗 犉犃 犚 犆 犎 犐 犜 犈 犆 犜 犝 犚 犈犃 犖 犇犆 犐 犞 犐 犔犈 犖 犌 犐 犖 犈 犈 犚 犐 犖 犌犞 狅 犾 犖 狅 犑 狌 狀 表硅铬渣的主要化学成分化合物 含量 试验方案按照 规程 要求，以硅铬渣作为细集料，设计本试验配合比，见表试样 为对照组，即普通硅酸盐水泥制备的混凝土，试样 硅铬渣的含量为，试样 硅铬渣的含量为，试样 硅铬渣的含量为 根据配合比，配制 混凝土，通过抗氯离子渗透、抗碳化和抗冻融测试，对硅铬渣混凝土的耐久性能进行研究表配合比设计表编号水泥 用水量 减水剂 河砂 硅铬渣 碎石 测试方法 抗氯离子的渗透性能测试本试验采用 方法，测试试件抗氯离子的渗透性能根据 标准 要求，制备圆柱型试件并试验标准养护 ，测定并计算氯离子的扩散系数，其计算公式可见式（）、式（）犇犚 犆犕，犜 犺（狓犱 狓槡犱）狋（）槡犜 犺（）式中：氯离子的扩散系数（）；扩散深度（）；溶液温度的平均值（）；试件厚度（）；试验持续的时间（）；辅助变量 抗冻融性能测试参照 标准 中的方法，制备标准试件标准养护 ，取出放入水中（）浸泡，之后进行相应的冻融试验每组个试件，试验开始前，需要测试试件的初始弹性模量和质量每 次循环，测量一次试件的弹性模量以及质量试验完成后，计算弹性模量以及质量的损失率，从而反映冻融循环的损伤影响 抗碳化性能测试参照 标准 中的方法，制备试件标准养护 ，取出后 烘干 ，除去两个相对面，其他面石蜡密封，后放入碳化箱进行抗碳化试验经过相对应的龄期，把试件一端劈裂，喷洒指示剂（酚酞溶液，浓度），测定碳化深度平均值 试验结果与分析按照试验方案，配置 的混凝土，分别设置不同的硅铬渣含量，制备相应的试件，进行相应的试验 抗氯离子的渗透性能分析本试验采用 方法，测试试件抗氯离子的渗透性能，试验结果见图河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷图各组试件的氯离子扩散速率由图可知，为对照组，其扩散速率是 ，将河砂全部替换为硅铬渣，扩散速率是 ，与 相比，降低了 可见硅铬渣当作细集料，降低了扩散速率，提高其抗氯离子的性能 是硅铬渣含量 的试验组，扩散速率是 ，硅铬渣含量为，扩散速率最小，是 ，由此可见，硅铬渣含量增加，扩散速率降低，但含量继续增加，扩散速率反而提高硅铬渣当作细集料，能够提高抗氯离子的渗透性能，是因为硅铬渣是活性集料，可以改善浆体结构，提高混凝土密实度，提高抗渗透性能而适量河砂的掺配，能够改善集料颗粒级配，减少内部连通孔，进一步提高硅铬渣混凝土抗氯离子的渗透性能 抗碳化性能分析碳化是一个复杂的过程，涉及物理和化学等学科在这个过程中，混凝土的成分、结构等方面产生变化碳化深度是一种评价指标，可以最直接的说明碳化程度本试验采用指示剂法，测定不同龄期的碳化深度试验结果见表表不同龄期碳化深度编号碳化深度（）由表可知，随时间增加，碳化深度不断增大，且 作为对照组，碳化最严重，其 碳化深度达到 与对照组 相比，试验组碳化程度均有降低 时，碳化深度为 ，碳化深度为 ，碳化深度为 ，各组碳化深度为 由以上分析可知，硅铬渣当作细集料，能够较大幅度的改善其抗碳化性能，且适量河砂的掺配，进一步的提高硅铬渣混凝土的抗碳化性能这是因为硅铬渣具有活性作用，可以改善界面结构，降低孔隙率，降低 扩散速率而河砂掺入，能提高混凝土密实性，进而降低碳化速度，提高抗碳化性能 抗冻融性能分析抗冻融性能，是耐久性的一个重要指标本试验采用快速冻融试验，测定弹性模量和质量，来分析冻融循环的损伤影响试验结果见图、图第期李小苹硅铬渣混凝土的耐久性能研究图各组试件质量损失率图各组试件弹性模量损失率由图可知，冻融循环过程中，随次数增加，质量损失率增大，且试验组的质量损失率均小于 对照组冻融循环初期，各组质量损失率均较小，数值相差不大 次之后，各组均加速上升，且 组质量损失率上升最快 次循环后，损失率最大，为 ，是硅铬渣含量 的试验组，损失率最小，为 ，与 相比，降低了 、是硅铬渣含量 、的试验组，其损失率达到 、，与 相比，损失率分别减小了 和 各组质量损失率为 由图可知，冻融循环次数不断增加，弹性模量损失率也逐渐增大，且试验组的质量损失率均小于 对照组 次冻融循环后，损失率最小，为 ，与 相比，降低了 、分别为 、各组损失率为 由以上分析可知，硅铬渣当作细集料，会提高抗冻融性能而适量河砂的掺入，可以继续提高硅铬渣制备的混凝土抗冻融性能这是因为硅铬渣的活性改善了界面结构，而河砂的掺入，能够改善集料颗粒级配，提高密实性，从而提高抗冻融性能 结论本文主要是以硅铬渣当作细集料，制备混凝土，通过抗氯离子渗透、抗碳化和抗冻融试验，研究硅铬渣混凝土的耐久性能由此得到以下结论：（）硅铬渣当作细集料，提高了混凝土的耐久性，其抗氯离子渗透、抗碳化和抗冻融的性能均有不同程度的提高（）硅铬渣当作细集料，制备混凝土时，适量河砂的掺入，可以继续提高耐久性能（）在本试验条件下，硅铬渣含量为 时，抗氯离子的渗透性能最好，硅铬渣含量为 时，抗冻融和抗碳化的性能最好参考文献 刘柏杨，杨玉飞，岳波，等铬铁渣资源化利用技术研究现状及发展趋势环境工程，（）：孟凡生中国铬渣污染场地土壤污染特征环境污染与防治，（）：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材料导报，（）：杨飞，孙晓敏高碳铬铁合金渣用于 混凝土试验研究钢铁钒钛，（）：杨峰，贾陆军，蒋勇铬铁渣在混凝土中的应用研究硅酸盐通报，（）：朱效宏，郑雨佳，周欢，等碱矿渣水泥固结铬渣废弃物效果初探混凝土与水泥制品，（）：张韶华，刘来宝，谭克锋，等利用高碳铬铁合金渣制备轻骨料的实验研究武汉理工大学学报，（）：，（），：普通混凝土配合比设计规程 ：普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷犛 狋 狌 犱 狔狅 狀狋 犺 犲犱 狌 狉 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔狅 犳 狊 犻 犾 犻 犮 狅 狀 犮 犺 狉 狅 犿 犻 狌 犿狊 犾 犪 犵犮 狅 狀 犮 狉 犲 狋 犲犔 犐犡 犻 犪 狅 狆 犻 狀 犵（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴 （上接第 页）犛 狋 狌 犱 狔狅 狀狋 犺 犲犞 犪 狉 犻 犪 狋 犻 狅 狀犔 犪 狑狅 犳犛 犻 犾 狋 狔犆 犾 犪 狔犇 狌 狀 犮 犪 狀 犣 犺 犪 狀 犵犕 狅 犱 犲 犾犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊犫 狔犇 狉 狔犇 犲 狀 狊 犻 狋 狔犌 犝 犗犑 犻 犪 狀 犵 犳 犲 狀 犵，犎 犝犑 犻 犪 狀 犾 犻 狀，犡 犝 犈犑 犻 狀 犺 犪 狅，犉 犃 犖 犌犢 狌 犺 犪 狅，犣 犎 犈 犖 犌犚 狌 犻 犺 犪 犻（，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；第期李小苹硅铬渣混凝土的耐久性能研究