鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結(jié)構(gòu)的影響

文/周仁道 益瑞石（上海）投資管理有限公司 上海 200050

馬治平、武海龍、齊懌 凱諾斯（中國）鋁酸鹽技術(shù)有限公司 天津 300450

鋼渣屬于工業(yè)固體廢棄物，實現(xiàn)鋼渣資源化應(yīng)用的方式是將其作為水泥基材料，但是由于鋼渣的膠凝活性較強，因此會對水泥水化進程及水泥性能造成一定影響。水泥砂漿干燥收縮現(xiàn)象則會導(dǎo)致混凝土開裂，盡管這一過程較長，但是早期干燥收縮是混凝土開裂的關(guān)鍵因素，并且還會對混凝土的強度造成影響。

1、鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結(jié)構(gòu)的影響實驗

1.1 原材料選擇

本次實驗選擇的水泥為海螺P·Ⅱ52.5R。鋼渣粉、鋼渣砂來自于本市一家建材公司，其安定性均合格。水泥和鋼渣粉化學(xué)成分統(tǒng)計見圖1。

1.2 水泥砂漿配置比例

水泥砂漿配置的水膠質(zhì)量比為1:2，砂膠質(zhì)量比為1:3，基準砂漿為未摻加鋼渣粉、鋼渣砂的水泥膠砂。分別按照水泥質(zhì)量的10%、30%、50%添加鋼渣粉，設(shè)置為1 號水泥、2 號水泥、3 號水泥。分別按照基準砂漿質(zhì)量的20%、30%、40%添加粒徑為0-1.5mm 的鋼渣砂，設(shè)置為A1 號砂漿、A2 號砂漿、A3 號砂漿；按照基準砂漿質(zhì)量的20%、30%、40%添加粒徑為1.5-2.5mm 的鋼渣砂，設(shè)置為B1 號砂漿、B2 號砂漿、B3 號砂漿；按照基準砂漿質(zhì)量的20%、30%、40%添加粒徑為2.5-5.0mm的鋼渣砂，設(shè)置為C1 號砂漿、C2 號砂漿、C3號砂漿。

1.3 實驗方式

鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮的影響實驗方式：將一套實驗樣本放置在室溫20℃、濕度90%的環(huán)境中，養(yǎng)護一天后拆模；將一套樣本放置在室溫20℃、濕度65%的環(huán)境中，養(yǎng)護一天后拆模。計算實驗樣本各齡期的長度，并計算各齡期的干燥收縮率[1]。

鋼渣對水泥砂漿早期孔結(jié)構(gòu)的影響實驗方式：實驗環(huán)境和養(yǎng)護方式與上述實驗相同，隨后將其碾碎成3-5mm 的顆粒，用無水乙醇終止水化，放置在溫度為40℃的真空干燥箱中，孔結(jié)構(gòu)測定應(yīng)用壓汞儀。

2、鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結(jié)構(gòu)的影響實驗結(jié)果

2.1 鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響

2.1.1 鋼渣粉的影響

鋼渣粉添加量對水泥砂漿早期干燥收縮性能有著十分明顯的影響，尤其是對14 天以后齡期的水泥砂漿而言。在14 天以前齡期中，添加量為30%的鋼渣粉對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響最小；添加量為50%的鋼渣粉的鋼渣粉對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響稍大，但是仍然低于基準砂漿。

2.1.2 鋼渣砂的影響

不同粒徑范圍的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能不同。其中，對于粒徑為0-1.5mm的鋼渣砂而言，添加量為30%的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響最小，添加量為20%和40%的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響大于基準砂漿。對于粒徑為1.5-2.5mm 的鋼渣砂而言，添加量為30%的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響最小，添加量為20%和40%的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響與基準砂漿較為接近。對于粒徑為2.5-5.0mm 的鋼渣砂而言，添加量為20%和30%的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響較小，添加量為40%的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能的影響大于基準砂漿[2]。

2.1.3 鋼渣粉和鋼渣砂混合的影響

添加鋼渣粉和鋼渣砂的水泥砂漿早期干燥收縮性能小于基準砂漿，時間范圍為1-3 天，3 天后，便會大于基準砂漿。在鋼渣砂添加量和粒徑范圍固定的基礎(chǔ)上，鋼渣粉添加量從30%改變?yōu)?0%后，水泥砂漿早期干燥收縮性能明顯下降。但如果應(yīng)用的是粒徑為2.5-5.0mm 的鋼渣砂，鋼渣粉添加量從30%改變?yōu)?0%后，水泥砂漿早期干燥收縮性能會略微增加。

2.2 鋼渣對水泥砂漿早期孔結(jié)構(gòu)的影響

如果只是在水泥砂漿中添加鋼渣粉，水泥砂漿的孔隙率會明顯降低，這表示其孔徑分布得到了明顯改善。添加量為30%的鋼渣粉的水泥砂漿的孔隙率為10.84%，基準砂漿的水泥砂漿的孔隙率為11.74%。具體表現(xiàn)如下，添加量為30%的鋼渣粉的水泥砂漿中孔徑超過50mm 的孔隙的數(shù)量會增加，孔徑為10-50mm 的孔隙的數(shù)量會減少，孔徑為10mm 的孔隙的數(shù)量變化不明顯。

2.3 實驗結(jié)果分析

通常情況下，活性較低的礦物添加物質(zhì)不會出現(xiàn)收縮變形現(xiàn)象，這表示水泥泥漿產(chǎn)生的干燥收縮現(xiàn)象是由于水泥泥漿自身的收縮變形。如果濕度超過50%，水泥砂漿早期干燥收縮因素主要為水蒸氣導(dǎo)致的張力；由于不同孔徑孔隙產(chǎn)生的張力不同，因此孔徑分布會影響水泥砂漿早期干燥收縮性能；在相同的環(huán)境下，孔徑越小，表示水泥泥漿的失水效率越低，早期干燥收縮性能越大。

結(jié)語：

在一定添加范圍，添加鋼渣砂或鋼渣粉，均會降低28 天內(nèi)水泥砂漿早期干燥收縮性能，如果添加量超過30%，鋼渣砂或鋼渣粉對水泥砂漿早期干燥收縮性能的改善較?。辉谔砑恿肯嗤那闆r下，粒徑小于2.5mm 的鋼渣砂對水泥砂漿早期干燥收縮性能的改善較大。