機械粉磨對混凝土用固廢復(fù)合摻和料性能的影響研究

饒蔚蘭，向守信

（1.武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北武漢 430083；2.中韓（武漢）石油化工有限公司，湖北武漢 430083）

隨著我國生產(chǎn)力大幅度提高，工業(yè)固廢的產(chǎn)量也在快速上升，截至2014 年的數(shù)據(jù)調(diào)查時，工業(yè)固廢的產(chǎn)量已經(jīng)達到了32.9 億噸。傳統(tǒng)的工業(yè)固廢處理方式較為粗放，例如將工業(yè)固廢當(dāng)作道路的填充材料、煉鋼單位的再造渣材料，部分特殊固廢能夠作為農(nóng)業(yè)的肥料，有些也能夠用于水泥的生產(chǎn)。以鋼渣、礦粉為例，可以將其和脫硫石膏、粉煤灰、尾礦等材料進行復(fù)合配比，進而能夠得到一種礦物復(fù)合摻合料，可以應(yīng)用在混凝土之中，能夠有效提高工業(yè)固廢的利用率，增加附加值，讓工業(yè)固廢能夠得到妥善的利用處理，另一方面也能夠加強混凝土的各項性能。通過對機械粉磨對混凝土用固廢復(fù)合摻和料性能進行研究，符合現(xiàn)代綠色、環(huán)保的理念，將多種工業(yè)固廢進行復(fù)合撇比形成摻合料，然后應(yīng)用到混凝土之中，判斷使用鋼渣、礦粉摻合，對混凝土性能等多方面造成的影響。

1 固廢復(fù)合摻和料試驗

1.1 試驗原料

礦渣粉：其密度為 2.88g/m3，7d 活性系數(shù)為 95%，28d 活性系數(shù)為107%，小磨粉磨比的表面積為450m2/kg，礦渣粉的化學(xué)成分如表1 所示。

鋼渣粉：其密度為3.18g/m3，小磨粉磨比的表面積為450m2/kg，28d 活性系數(shù)為90%，f-CaO 為3.0～5.0，鋼渣粉的化學(xué)成分如表1 所示。

實驗使用的是自磨細粉煤灰，其細度為1.0%，燒失量為3%；脫硫石膏：其小磨粉磨比為450m2/kg，SO3的含量為41.38%；鐵尾礦礦粉：其小磨粉磨比為450m2/kg；水泥為金隅永寧水泥P.O 42.5；粗集料為自產(chǎn)石灰石，其表觀的密度為2650kg/m3，堆積的密度為1470kg/m3；機制砂其中的石粉含量小于10%，細度模數(shù)為2.5～2.8，其表觀密度為2710kg/m3，堆積的密度為1550kg/m3。

1.2 復(fù)合摻和料制作試驗方法分析

通過把鋼渣粉、礦渣粉、粉煤灰、脫硫石膏、尾礦等，根據(jù)相應(yīng)的比例來進行復(fù)合調(diào)配，利用膠砂對不同復(fù)合配比情況下其活性指數(shù)的變化規(guī)律進行檢測，根據(jù)（GB/T 18046—2008）檢測復(fù)合摻合料。

通過鋼渣、礦粉等復(fù)合摻合料C30 混凝土的性能進行試驗，方法根據(jù)（GB/T 50080—2016）《混凝土拌合物性能試驗法》、用鋼渣-礦粉復(fù)合摻和料制備C30 混凝土力學(xué)性能及工作性能試驗，實驗方法參照（GB/T 50080—2016）《混凝土拌合物性能試驗法》、（GB/T 50081—2016）《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》、（GB/T 50082—2009）《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》來對復(fù)合摻和料混凝土開展試驗。

2 試驗的結(jié)果與分析

2.1 鋼渣、礦粉復(fù)合摻和料的制作

通過把鋼渣分、礦渣粉以及其他工業(yè)固廢根據(jù)相應(yīng)的比來來進行復(fù)合配比得到礦物復(fù)合摻合料。通過對表2 分析可知，由于鋼渣粉的摻量上升，該符合摻合料的活性會隨之上升，造成這樣的原因為在鋼渣粉中含有C3S、C2S，其經(jīng)過水化會釋放出Ca（OH）2，會加快礦粉的水化反應(yīng)，進而確保整個的堿度系數(shù)；在礦渣粉進行水化的時候，會從鋼渣粉中吸收游離氧化鈣以及游離氧化鎂，與此同時也會降低混凝土由于不均勻膨脹而造成開裂的概率，進而做到鋼渣粉、礦渣粉之間的相輔相成，優(yōu)勢互補[1]。

表2 鋼渣、礦渣復(fù)合摻和料配比例分析以及活性結(jié)果對比

表3 C30 混凝土性能試驗分析

表5 混凝土抗凍性試驗結(jié)果對比

2.2 鋼渣、礦粉復(fù)合摻和料對混凝土性能的影響

表3 為混凝土的工作性能以及力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)結(jié)果。通過利用復(fù)合摻合料能夠制作28d 抗壓強度38MPa 以上，超出初始坍落度200mm 的C30 混凝土，和基礎(chǔ)標準混凝土進行對比，通過添加符合摻合料的混凝土均超出初始的坍落度5～15mm[2]。

通過對表3 的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入復(fù)合摻合料之后，混凝土發(fā)生的塌落效果較為良好，普遍在210mm 之上，要比添加礦粉的效果稍微好一些，在1h 的時候基本和基礎(chǔ)標準相同，但凝結(jié)的時間相對較長，整體的工作性能和添加礦粉的數(shù)據(jù)基本相同，其中加入的復(fù)合摻合料構(gòu)成為潛在水硬性膠凝材料、火山灰活性材料，其中早強礦物相對較少，水化速度較慢，伴有緩凝的效果，有效的降低了塌損，同時復(fù)合摻合料中加入了少量的粉煤灰，因而要比單獨加入礦粉效果更佳顯著[3]。當(dāng)添加復(fù)合摻合料值周，7d 的強度平均數(shù)值與基準數(shù)值基本相同，水化速度較慢，主要憑借水泥、鋼渣水化反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧化鈣來激活反應(yīng)進而形成水化礦物，但鋼渣粉之中的硅酸鈣含量相對較少，而且大部分都是C25，早強礦物相對較少，會導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時間稍微超出基準水泥的凝結(jié)時間[4]。

2.3 鋼渣、礦粉復(fù)合摻和料對混凝土耐久性能的影響

對混凝土耐久性進行的試驗，其試驗結(jié)果如表4 所示。

表4 混凝土耐久性試驗分析

對表4 分析可知，當(dāng)添加鋼渣粉、礦渣粉復(fù)合摻合料之后，混凝土在早期進行收縮的效果要小于基準，由于復(fù)合摻合料中的主要成分為鋼渣粉以及礦粉，鋼渣粉之中含有大量的游離氧化鈣和游離氧化鎂，能夠有效的降低混凝土膨脹收縮率，進而保障早期混凝土的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)開裂的情況[5]。

通過對表5 分析能夠發(fā)現(xiàn)，添加復(fù)合摻合料的混凝土數(shù)值與基準數(shù)值都能夠符合國家相關(guān)的標準要求，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，添加復(fù)合摻合料的混凝土質(zhì)量損失比例、強度損失比例都要小于基礎(chǔ)混凝土，而抗凍性能卻要超出基準混凝土，造成這樣的情況主要與混凝土的結(jié)構(gòu)有著直接的聯(lián)系[6]。

3 總結(jié)

綜上所述，通過對機械粉磨對混凝土用固廢復(fù)合摻和料性能的影響進行試驗，以鋼渣、礦粉以及其他工業(yè)固廢為例，發(fā)現(xiàn)通過合理的配比工業(yè)固廢摻合料，具有早強礦山較少，水化速度緩慢、伴有緩凝效果，利用鋼渣粉能夠極大的提高混凝土的穩(wěn)定性，進而降低開裂的概率，而且能夠擁有更高抗凍性能。另一方面，這些材料均為工業(yè)固廢，其價格要遠遠低于礦粉，能夠有效的降低混凝土成本費用。