鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中的運用

郝迎軍

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100018）

1 試驗材料及方法

1.1 原材料

水泥：亞東P·0425普硅水泥；

砂：細(xì)度模數(shù)為26的中砂；

石子：粒徑在5～25mm的碎石；

礦渣粉：亞東S95級。

1.2 試驗方法

使用鋼鐵渣復(fù)合粉取代礦渣粉，實施不同強度等級的商品混凝土試驗。通過復(fù)合粉代替礦粉后，混凝土的工作性能、力學(xué)性能變化，探討復(fù)合粉在商品混凝土中的應(yīng)用成效。

本次試驗使用的鋼渣礦渣復(fù)合粉，其一是武漢鑫源綠色冶金渣技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的復(fù)合粉，也就是復(fù)合粉1；其二是實驗室按照3：7鋼渣粉與亞東S95礦渣粉的比例配合制成的，即為復(fù)合粉2。

蒸養(yǎng)強度：根據(jù)《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50107-2010）[1]中的80°C熱水法，進(jìn)行試塊拆模后，實施養(yǎng)護(hù)，將其冷卻至室溫，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實施抗壓強度測試。

2 實驗結(jié)果與分析

據(jù)試驗結(jié)果表明，復(fù)合粉取代礦粉后，在某種意義上增強了混凝土的體積，對于改善混凝土的力學(xué)性能、工作性能具有重要意義。見表1、表2。

3 鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中的作用

除了原材料的質(zhì)量以外，混凝土結(jié)構(gòu)中有兩個環(huán)節(jié)最為薄弱，一是骨料與水泥的過渡，二是水泥化合物之間的空隙。改善混凝土結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的措施，對于提升混凝土的性能具有重要意義。鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中的應(yīng)用，可以改善混凝土結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，提升混凝土的各種性能，如拌合物性能、力學(xué)性能和長期耐久性能等。Mehta整體論模型指出，不透水存在微裂縫且多孔的混凝土，實施侵蝕冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)，會增加混凝土結(jié)構(gòu)微裂縫，產(chǎn)生相應(yīng)的有害物質(zhì)，造成鋼筋銹蝕、混凝土膨脹、硫酸鹽侵蝕降低混凝土的強度與剛度，使整體性喪失。據(jù)模型顯示，混凝土的不透水性對于預(yù)防化學(xué)破壞過程具有重要意義，可以減少混凝土原材料，對于提升混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性具有重要意義[2]。

表1 不同強度等級混凝土配比

表2 不同強度等級混凝土工作性能、力學(xué)性能

3.1 降低混凝土的拌合用水量

水泥的完全水化需要很少的水量，其中大部分水是為了滿足其工作性能，被稱為游離態(tài)有害水。在混凝土施工、硬化過程中，小部分游離態(tài)有害水會經(jīng)過空氣蒸發(fā)滲出，但是大部分游離態(tài)有害水硬化，產(chǎn)生比較大的空隙，嚴(yán)重影響混凝土的性能。隨著混凝土結(jié)構(gòu)空隙不斷減少，游離態(tài)有害水的含量會逐漸降低[3]。鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中的應(yīng)用，可以緩解混凝土細(xì)微顆粒的級配，改善混凝土中的粒度分布，引起密實堆積填充效應(yīng)，對混凝土中的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化，大孔數(shù)量會逐漸減少，小孔數(shù)量逐漸增多，降低其平均孔徑，讓其分布更加科學(xué)，特別是水泥化合物之間的空隙，使其結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)密。

3.2 改善混凝土拌合物的和易性

因為鋼鐵渣復(fù)合粉是細(xì)微球狀體，表面比較光滑，具有穩(wěn)定性能，在混凝土攪拌過程中會形成潤滑作用，有效減少摩擦阻力，提升混凝土拌合物的保水性、流動性、黏聚性，使混凝土具有良好的和易性。

3.3 提高混凝土的強度

鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中的應(yīng)用，可以緩解混凝土的微結(jié)構(gòu)，強化其密實度，提升混凝土的強度。鋼鐵渣復(fù)合粉含有豐富的活性SiO2等，可以與水泥化合物中的Ca（OH）2進(jìn)行二次水化反應(yīng)，以此產(chǎn)生密實度更強的硅酸凝膠。鋼鐵渣復(fù)合粉最佳摻量的確定，要符合具體施工要求，提升混凝土的和易性、強度，縮短其凝結(jié)時間。根據(jù)上述要求，按照水泥品種、大氣溫度、標(biāo)號、鋼鐵渣粉的質(zhì)量，科學(xué)確定摻量的多少，減少混凝土的水泥用量，減少相關(guān)的水化熱現(xiàn)象。據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表明，混凝土中心溫度與表面溫度應(yīng)≤25℃。在混凝土中摻加鋼鐵渣復(fù)合粉，可以有效減少水泥的使用量，也可以延遲相應(yīng)的熱峰時間。

3.4 提高混凝土的抗凍性

通過研究實踐結(jié)果證實，混凝土的膠凝材料用量、水膠比、引氣性能等，會對混凝土的抗凝性造成嚴(yán)重的威脅。若其水膠比過大，會產(chǎn)生大量的游離態(tài)有害水，硬化后的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)會加大，遭受凍融循環(huán)破壞的幾率就比較大。在混凝土中摻入大量的微氣泡，具有重要的緩沖作用，可以避免與其他物理、化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的損害。在混凝土中加入鋼鐵渣復(fù)合粉，其具有顯著的抗凍性。在混凝土硬化過程中，因為化學(xué)冷縮、減縮和干縮等，會造成體積收縮，嚴(yán)重影響混凝土的體積穩(wěn)定性，而摻入適當(dāng)?shù)匿撹F渣復(fù)合粉，可以形成混凝土的微膨脹現(xiàn)象。在鋼筋的限制下，會產(chǎn)生相應(yīng)預(yù)壓力，消除混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，對部分水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力進(jìn)行補償，減少相關(guān)混凝土裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中的運用范圍

混凝土是復(fù)合材料，具有多孔性、高脆性的特點，會加重裂縫、沖擊損壞、滲透等問題出現(xiàn)的幾率。從早期的鋼筋混凝土到如今的高性能混凝土，其主要目的是深化混凝土的耐久性、強度，這從側(cè)面證明混凝土技術(shù)是為了提升混凝土的核心，并在持續(xù)發(fā)展變化的過程中。目前，要想提升混凝土中的抗沖擊韌性，主要是使用高強度鋼材以及各種高性能纖維，但是在降低脆性方面效果并不理想，嚴(yán)重影響其韌性的提升，導(dǎo)致高性能混凝土的高成本和資源的高消耗。在配置高強度等級混凝土過程中，必須加入適當(dāng)?shù)匿撹F渣復(fù)合粉，才可以增加高性能外加劑。對于大體積混凝土來講，此舉可以有效減少水泥用量以及水化熱的現(xiàn)象，推遲熱峰的出現(xiàn)時間，避免出現(xiàn)裂縫等問題。

5 結(jié)語

綜上所述，鋼鐵渣復(fù)合粉可以實施推廣應(yīng)用，其在滿足各項施工要求的過程中，可以減少混凝土的使用成本，有效解決鋼鐵企業(yè)工體廢棄物的排放問題，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，有效促進(jìn)節(jié)能減排工作的進(jìn)行，對于低碳環(huán)保具有重要意義。