復摻鋼渣和粉煤灰對透水混凝土性能的影響

虞傳海, 張治國

(1.北京鐵城建設監(jiān)理有限責任公司,北京 100855;2.中鐵五局集團 第一工程有限責任公司,湖南 長沙 410117 )

復摻鋼渣和粉煤灰對透水混凝土性能的影響

虞傳海1, 張治國2

(1.北京鐵城建設監(jiān)理有限責任公司,北京 100855;2.中鐵五局集團 第一工程有限責任公司,湖南 長沙 410117 )

研究了復合引入煉鋼廢渣和粉煤灰對透水混凝土性能的影響，并對透水混凝土的透水系數(shù)和強度進行了分析。結果表明：粉煤灰、鋼渣和水泥作為膠結料復合使用，對各物料的水化反應起到促進作用。當粉煤灰摻量為15%、鋼渣摻量為10%時，透水混凝土28 d抗壓強度和透水系數(shù)均較高。粉煤灰和鋼渣復合加入，使膠結料連接橋更致密，強度更高。

透水混凝土；煉鋼廢渣；粉煤灰

0 引言

隨著人們生活水平的提高，環(huán)境質量越來越受到重視。目前，城市路面大多是普通混凝土，普通混凝土路面不透水、不透氣，路面與大氣很難進行熱量交換，容易帶來“熱島效應”，并且普通混凝土路面容易積水，使道路行駛的舒適性和安全性降低[1]。透水混凝土路面與普通混凝土相比，具有良好的透水、透氣性，同時具有良好的生態(tài)效應和經(jīng)濟效益[2]。鋼渣是煉鋼轉爐或電爐產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，有數(shù)據(jù)表明，我國每年鋼渣排放量達7 000余萬 t，因此對于鋼渣的高效利用具有重要意義。近幾年也有關于鋼渣透水混凝土的報道[3-4]，但主要是把鋼渣作為集料引入，研究各組成材料配比對透水混凝土的影響。煉鋼廢渣含有一定數(shù)量的C2S、C3S等水硬性的礦物組成，具有一定的水化活性[5-7]，鑒于此,本文擬將煉鋼廢渣和粉煤灰作為膠結料引入透水混凝土，系統(tǒng)研究煉鋼廢渣和粉煤灰的雙摻對透水混凝土的性能影響。

1 實驗原材料與方法

1.1 原材料

選用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，比表面積為355 m2/kg；集料為G2(5.0～10.0 mm)、G3(10～15 mm)兩種粒級碎石；粉煤灰采用電廠排放的Ⅰ級粉煤灰，比表面積為591 m2/kg；煉鐵廢渣為轉爐鋼渣，比表面積為465 m2/kg；減水劑采用聚羧酸高性能減水劑；拌合用水是飲用自來水。由前期研究結果確定工藝參數(shù)：集料級配為5G2～5G3，集灰比為3.3，水灰比為0.34，減水劑摻量1.0%，鋼渣和粉煤灰按表1所示進行等質量替代水泥。

表1 鋼渣和粉煤灰摻入量試樣編號粉煤灰添加量/%鋼渣添加量/%試樣編號粉煤灰添加量/%鋼渣添加量/%A100C1150A205C2155A3010C31510A4015C41515B1100D1200B2105D2205B31010D32010B41015D42015

1.2 成型工藝及性能測試

圖1 透水系數(shù)測定裝置示意圖

透水混凝土采用多次投料水泥漿包裹工藝，攪拌機進行機械拌合。再用壓力試驗機進行壓制成型，成型壓力為2.5 MPa，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，脫模后在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28 d齡期進行性能測試?？箟簭姸鹊臏y定在壓力試驗機(SYE(2000，北京三宇偉業(yè)有限公司)上進行，加載速度0.4～0.6 MPa/s，抗壓強度取3個試件的平均值。

透水系數(shù)采用簡易透水系數(shù)測定裝置進行測定，如圖1所示。測量時先將透水儀放置于試件上方，然后將試件與透水儀連接處用石蠟密封。向透水儀中加水至超過200 mm刻度，水不斷地從試件滲出，水面逐漸下降，記錄水面從200 mm下降至0 mm刻度的時間。透水系數(shù)按下式計算式中,V為透水系數(shù)，mm/s；H為水位下降高度，200 mm；Δt為水位從200 mm高度降至0 mm刻度的時間，s。

(1)

2 結果與討論

2.1 透水混凝土透水系數(shù)的分析

圖2 復摻鋼渣和粉煤灰對透水系數(shù)的影響

在透水混凝土中摻入煉鋼廢渣和粉煤灰部分取代水泥作膠結料，試樣的透水系數(shù)結果如圖2所示。當不摻粉煤灰或粉煤灰的摻入量為10%、15%、20%時，透水系數(shù)總體的變化趨勢是隨著煉鋼廢渣摻入量的增多而增大，但變化幅度不大，在4.1～5.6 mm/s范圍波動。由于鋼渣及粉煤灰顆粒粒徑很小，拌合水會包裹在其的周圍，提高透水混凝土的粘聚性和保水性，成型時結構均勻，不宜偏析，使得孔道結構均勻。

2.2 透水混凝土強度的分析

在透水混凝土中摻入煉鋼廢渣和粉煤灰部分取代水泥作膠結料，試樣的抗壓強度結果如圖3、圖4所示。圖3示出了煉鋼廢渣和粉煤灰的雙摻對透水混凝土的7 d抗壓強度的影響，可以看出，當不摻粉煤灰和粉煤灰的摻入量為10%、15%、20%時，7 d抗壓強度隨著鋼渣摻入量的增加而降低。并且隨著鋼渣和粉煤灰二者摻量同時增加，7 d強度降低更明顯。主要原因是粉煤灰和鋼渣與水泥相比水化活性較低，水化速率較慢，所以標準養(yǎng)護至7 d時摻合料的水化過程還沒充分發(fā)揮出來。

圖3 復摻鋼渣和粉煤灰對7 d抗壓強度的影響 圖4 鋼渣和粉煤灰的雙摻對28 d抗壓強度的影響

圖4示出了煉鋼廢渣和粉煤灰的雙摻對透水混凝土的28 d抗壓強度的影響，可以看出，當不摻粉煤灰和粉煤灰的摻入量為10%、15%、20%時，28 d抗壓強度隨著鋼渣摻入量的增加先升高后又稍有降低。試驗結果表明，當粉煤灰摻量為15%，鋼渣摻量為10%時，透水混凝土的28 d抗壓強度最高，接近28 MPa。粉煤灰和鋼渣的雙摻能夠提高混凝土的強度主要原因是膠結料各組分的水化活性差異和物料的物理化學性質差別。水泥遇水后， Ca2+和OH-迅速從顆粒的表面釋放出來，pH 值迅速上升至大于12.0；隨著水化的進行，水化產(chǎn)物Ca(OH)2不斷結晶出來，此時鋼渣的水化受到水泥水化產(chǎn)生的堿性環(huán)境激發(fā)，這有利于鋼渣活性的發(fā)揮，生成大量的水化硅酸鈣、鈣礬石及Ca(OH)2。這些具有大比表面積的水化產(chǎn)物聚集在粉煤灰顆粒周圍，起著晶核的作用，從而加速粉煤灰的水化反應。同時，粉煤灰的水化反應需要Ca(OH)2的參與，大量Ca(OH)2的生成進一步促進了粉煤灰的水化進程。粉煤灰、鋼渣和水泥作為膠結料復合使用，對各物料的水化反應起到互相促進作用，從而提高了透水混凝土的強度。同時粉煤灰和鋼渣等質量替代水泥摻加時，由于粉煤灰和鋼渣表觀密度低于水泥表觀密度，客觀上增大了漿體體積，使得骨料間結合點處漿體增多，混凝土強度提高。盡管鋼渣和粉煤灰的水化性能對膠結料的水化性能有一定的影響，但水泥是膠結料的主要成分，粉煤灰和鋼渣的摻量都有一定的范圍。

3 結論

(1) 在透水混凝土中摻入煉鋼廢渣和粉煤灰部分取代水泥作膠結料，試樣的透水系數(shù)隨著煉鋼廢渣摻入量的增多而增大，但總體變化幅度不大。

(2) 粉煤灰、鋼渣和水泥作為膠結料復合使用，對各物料的水化反應起到互相促進作用，從而提高了透水混凝土的強度。當粉煤灰摻量為15%，鋼渣摻量為10%時，透水混凝土的28 d抗壓強度較高。

(3) 粉煤灰和鋼渣起微集料填充效應，不僅可以提高混凝土的透水性，還使膠結料連接橋更致密，強度更高。

[1]楊靜, 蔣國梁. 透水性混凝土路面材料強度的研究[J].混凝土, 2000, 132(10): 27-30.

[2]劉肖凡, 白曉輝, 王展展,等. 粉煤灰改性透水混凝土試驗研究[J].混凝土與水泥制品, 2014, (1): 20-23.

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[4]馮敏, 郭鵬, 王瑞燕. 鋼渣透水混凝土影響因素研究[J]. 重慶交通大學學報:自然科學版, 2011, 30(2):246-249.

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(責任編輯 劉憲福)

Effect of Co-doped Steel Slag and Fly Ash onPerformance of Permeable Concrete

Yu Chuanhai1, Zhang Zhiguo2

(1. Beijing Tiecheng Construction Supervision Co., Ltd., Beijing 100855, China;2. The 1st Engineering Company of the 5th China Railway Engineering Group Co.,Ltd., Changsha 410117, China)

The effect of steel slag and fly ash additive on permeability and mechanical properties of permeable concrete is investigated. The results show that the multi-binder with fly ash, steel slag and cement has a significant impact on the permeability and compressive strength of permeable concrete specimen. When the co-doped admixture is added with fly ash ( wt.15% ) and steel slag (wt. 10%), good mechanical properties and high permeability coefficient are obtained. Fly ash and steel slag has a micro-aggregate filling effect on the concrete interface.

permeable concrete; steel slag; fly ash

10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2014.03.10

2014-06-03

虞傳海 男 1960年出生 高級工程師

TU528

A

2095-0373(2014)03-0047-04