鋼渣粉對全固廢混凝土強度的影響

賀眾宜 蔣蔚蔚

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1 鋼渣粉制備混凝土概述

以鋼渣粉代替部分膠凝材料制備全固廢混凝土，鋼渣粉的含量和養護溫度會對混凝土的強度產生一定影響。全固廢混凝土產品普遍存在抗壓強度較低的缺點，在混凝土中摻入鋼渣粉，當鋼渣粉摻入量低于20%時砌塊的強度高于純水泥混凝土的強度，同時提高了廢棄鋼渣資源的利用率。作為工業廢渣，鋼渣本身具有較好的水硬性，化學成分和硅酸鹽水泥相似且產量大，將鋼渣粉應用在水泥生產中已經十分普遍，能極大地激發鋼渣的活性，其主要礦物質和水泥熟料成分相似，能發生水化熱反應，可作為膠凝材料使用。隨著粉磨技術的不斷發展，用鋼渣粉代替水泥的含量日益增大，鋼渣的摻入量可高達30%。

但是鋼渣的物理化學性質也決定了其在混凝土制備應用時也存在一些缺陷，比如因為鋼渣是難以被粉磨的物料，其硬度較大、韌性較差、易磨性差，在生產時難以被磨碎。但隨著粉磨技術的進步該問題將得到改善。其次，在鋼渣在應用制備混凝土時其體積安定性較差，這是因為其中含有氧化鈣等物質，很容易發生體積膨脹。此外，鋼渣中硅酸鹽、鋁酸鹽等物質的存在使得鋼渣具有較好的膠凝作用，但是在高溫或冷卻時會產生大量玻璃體，導致鋼渣活性下降，在水泥砼制作時受到一定限制[1]。

2 鋼渣比表面積與摻量對混凝土強度的影響

2.1 試驗原材料

試驗原材料包括比表面積分別是430、450、470、500m2/kg的鋼渣，石膏和水泥熟料，以及標準砂和水。

2.2 試驗方案

制作不同鋼渣比表面積與摻入量的混凝土試件，并進行適當養護后分別測試每一個試件的抗壓強度、抗折強度和抗拉強度，分析鋼渣粉的摻入量與比表面積對混凝土強度的影響，確定最終最合適的混凝土配制方案。

2.3 試驗結果分析

（1）抗折強度。對每組不同齡期的5個試件進行抗折強度測試，測試前需擦去試件表面水分和雜物，將試件放在抗折夾具中使試件的側面和夾具接觸。5個試件為一組用每組的平均值作為抗折強度的測試值，若5個強度值中有超出或低于平均值的10%的則將其刪除再去平均值為最終測試結果。

（2）抗壓強度。測試抗壓強度前同樣要清除試件表面的砂粒和雜物，然后用抗壓夾具測試試件的抗壓強度，受壓面為試件側面。以10個棱柱體為一組取平均值作為抗壓強度測試值，若10個測試值中有1個超出或小于10個平均值10%的則將其刪除重新計算其余幾個的平均值并作為最終試驗結果。

（3）抗拉強度。測試不同鋼渣粉摻入量和比表面積混凝土試件抗拉強度時。

2.4 實驗數據處理和分析

（1）3d強度。檢測試件的3d強度，得到不同鋼渣比面積與摻入量時混凝土試件的3d強度，在統計后計算平均值，去除不合格的數據。分析發現，鋼渣粉摻入量的增加使得混凝土3d抗折強度下降，鋼渣比面積增大強度則也跟著增大。當鋼渣比表面積為500m2/kg，摻入量為30%時，抗折強度下降速度很快，而從30%增加到50%時抗折強度下降速度下降。當比表面積為470m2/kg，摻入量為20%-30%時，試件抗折強度沒有明顯的變化，當摻入量為30%-50%時變化很大。當鋼渣比表面積為450m2/kg，摻入量從30%增加到40%時，抗折強度下降快速，其他摻入量時抗折強度變化不大。當比表面積為430m2/kg，在任何摻入量時抗折強度的變化都比較均勻[2]。

隨著鋼渣摻入量的增加，混凝土試件的3d抗壓強度有所減小，而隨著比表面積的增加抗壓強度則也逐漸增大。當比表面積為500m2/kg，摻入量在30%-40%時，抗壓強度下降很快，在其他摻入量時抗壓強度下降放慢。當比表面積為470m2/kg，摻入量在30%-40%時，抗壓強度下降很快，在其他摻入量時抗壓強度下降放緩。當比表面積為450m2/kg，摻入量在20%-30%時，抗壓強度無明顯變化，其他摻入量時則變化較大。

（2）28d強度。對混凝土試件進行28d強度測試，對統計計算的結果進行分析可知，隨著鋼渣摻入量的增加，試件28d抗折強度不斷下降，而比表面積的增加抗折強度也會跟著增強。當比表面積為500m2/kg時抗折強度的變化比較均勻，當比表面積為470m2/kg，摻入量為20%-30%時抗折強度變化不大，而在40%-50%時變化較大。當比表面積為450m2/kg，摻入量為20%-30%時變化較小，摻入量為30%-50%時變化較大。當比表面積為430m2/kg，在摻入量為30%-40%時抗折強度變化最為平緩，其他摻入量時變化也不大[3]。

3 結語

綜上所述，將鋼渣粉用在混凝土制備中可以提高鋼渣廢料的利用率，同時能有效改善水泥性能，減少對膠凝材料的需求，合適的摻入量和比表面積可有效提高混凝土的強度。試驗證明，低于30%的鋼渣粉代替水泥量不會降低鋼渣混凝土的抗壓強度，一旦超出該摻入量且鋼渣比面積較小的情況下抗壓強度下降就比較明顯。用鋼渣代替部分膠凝材料制備混凝土時也會對抗折強度產生影響，在鋼渣粉替代率較小時基本沒有顯著影響。為此，選擇在鋼渣比面積為450m2/kg，摻入量為20%時混凝土性能最好。