鋼渣作為細(xì)骨料制備配重混凝土的試驗(yàn)研究

孫琳，王松亮，李丹丹

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

海底油氣管道表面需涂敷配重混凝土，增加管道自重以克服水對(duì)管道的浮力，同時(shí)起到對(duì)管道的保護(hù)作用；高層建筑物的電梯需使用配重混凝土，以調(diào)整系統(tǒng)重心，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)配重所用的是表觀密度大于2600kg/m3的配重混凝土，較大的表觀密度需要選用表觀密度大的骨料來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用于配制混凝土的重骨料有礦石砂、鋼渣、重晶石、鐵精粉等[1]。

鋼渣作為重混凝土常用的骨料，在我國(guó)存量巨大。我國(guó)是世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，鋼產(chǎn)量居世界首位；由此產(chǎn)生了大量的廢棄鋼渣，不僅占用大量的土地資源，且嚴(yán)重污染環(huán)境[2]。研究鋼渣作為配重混凝土骨料的應(yīng)用效果，對(duì)廢棄鋼渣的回收再利用有重要意義。

1 原材料

（1）水泥：淮海中聯(lián) P·O42.5 水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量為 28.5%，28d 抗壓強(qiáng)度 53.3MPa。

（2）粉煤灰：國(guó)華Ⅰ級(jí)灰，45μm 方孔篩篩余6.4%，28d 活性指數(shù) 76%。

（3）礦粉：徐鋼 S95 級(jí)礦粉，流動(dòng)度比 95%，28d活性指數(shù) 96%。

（4）天然河砂：Ⅱ區(qū)中砂，含泥量 1.8%，細(xì)度模數(shù) 2.5。

（5）碎石：公稱粒徑 5～31.5mm 碎石，含泥量0.5%。

（6）水：市政自來(lái)水。

（7）外加劑：蘇博特 PCA-1 高效減水劑，減水率18.8%。

（8）引氣劑：蘇博特 GYO-Ⅲ 引氣劑。

（9）鋼渣：馬鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣。

2 試驗(yàn)方法

將鋼渣粉進(jìn)行粉磨、篩分，取粒度范圍 0.08～5mm的細(xì)鋼渣為試驗(yàn)樣品，樣品性能檢測(cè)結(jié)果見表 1。細(xì)鋼渣取代天然砂作為細(xì)骨料，配制混凝土并檢測(cè)混凝土性能。

表1 細(xì)鋼渣性能檢測(cè)結(jié)果

以強(qiáng)度等級(jí) C30 的普通混凝土配合比為試驗(yàn)用理論配合比，具體配比見表 2?；炷恋墓ぷ餍阅堋⒘W(xué)性能及耐久性能檢測(cè)分別按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB/T 50082—2016《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

水泥 粉煤灰 礦粉 河砂 碎石 水 外加劑265 35 55 755 1100 180 5.3

3 結(jié)果與討論

3.1 細(xì)鋼渣用量對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能的影響

以試驗(yàn)用 C30 理論配合比為基準(zhǔn)配合比，采用細(xì)鋼渣等體積取代天然砂，配制混凝土并檢測(cè)混凝土相關(guān)性能，檢測(cè)結(jié)果見表 3。

結(jié)果表明：隨著細(xì)鋼渣用量的增加，混凝土拌合物工作性能下降，硬化混凝土的力學(xué)性能呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。由于細(xì)鋼渣表觀密度大于天然砂，等體積細(xì)鋼渣的質(zhì)量大于天然砂，細(xì)骨料總量隨細(xì)鋼渣的體積分?jǐn)?shù)上升；過(guò)量細(xì)骨料破壞了骨料總體的顆粒級(jí)配，骨料空隙率增大，用于填充骨料空隙的漿體數(shù)量增多，混凝土拌合物工作性能下降。適量細(xì)鋼渣取代天然砂，混凝土力學(xué)性能提高；當(dāng)細(xì)骨料數(shù)量過(guò)多時(shí)，粗骨料的支撐作用下降，混凝土力學(xué)性能降低[3]。

表3 細(xì)鋼渣用量對(duì)混凝土性能的影響

3.2 細(xì)鋼渣用量對(duì)混凝土耐久性能的影響

混凝土的體積穩(wěn)定性直接影響混凝土的耐久性能，進(jìn)而影響混凝土的使用壽命。圖 1 顯示了細(xì)鋼渣用量對(duì)混凝土收縮率的影響。

圖1 細(xì)鋼渣用量對(duì)混凝土收縮率的影響

由圖 1 可知，隨著細(xì)鋼渣用量的增加，混凝土的收縮率明顯下降，體積穩(wěn)定性提高。礦粉作為礦物摻合料，通常導(dǎo)致混凝土收縮率增大，體積穩(wěn)定性下降；鋼渣中存在少量 f-CaO 和 f-MgO，具有水化膨脹特性，混凝土硬化后，CaO 和 MgO 的緩慢水化可以補(bǔ)償混凝土的收縮，提高混凝土的體積穩(wěn)定性[4]。

3.3 引氣劑摻量對(duì)混凝土性能的影響

在混凝土中摻入適量引氣劑可以改善混凝土的工作性能，以細(xì)鋼渣完全取代天然砂作為基準(zhǔn)配合比，檢測(cè)引氣劑摻量對(duì)混凝土性能的影響，檢測(cè)結(jié)果如表 4 所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土的工作性能隨著引氣劑摻量的增加而得到改善；摻入適量引氣劑，混凝土力學(xué)性能提高，引氣劑摻量過(guò)大時(shí)，混凝土力學(xué)性能降低。細(xì)鋼渣完全取代天然砂時(shí)，細(xì)骨料用量的增多破壞了骨料級(jí)配，造成混凝土工作性能和力學(xué)性能下降；摻入引氣劑后，引入的氣泡改善了骨料的顆粒級(jí)配，提高了混凝土的性能，引氣劑摻量過(guò)大時(shí)，過(guò)量的氣泡造成混凝土力學(xué)性能的下降。

表4 引氣劑摻量對(duì)混凝土性能的影響

4 結(jié)論

（1）細(xì)鋼渣可以取代天然砂作為細(xì)骨料制備配重混凝土，當(dāng)細(xì)鋼渣完全取代天然砂時(shí)，會(huì)造成混凝土工作性能和力學(xué)性能下降。

（2）鋼渣中存在少量 f-CaO 和 f-MgO，具有水化膨脹特性，緩慢水化可以補(bǔ)償混凝土的收縮，提高混凝土體積穩(wěn)定性。

（3）摻入適量引氣劑可以改善混凝土工作性能和力學(xué)性能，引氣劑摻量過(guò)大將降低混凝土力學(xué)性能。