大比例熱燜鋼渣水泥混凝土基本力學性能研究

楊琴琴 苑淑雅

（新疆工程學院， 新疆 烏魯木齊 830023）

0 引言

中國是鋼鐵大國，每年的鋼渣產量達到億噸級，但是鋼渣的綜合利用率不足30%。研究發現傳統處理后的鋼渣含有f-CaO、f-MgO易帶來安定性不良等問題[1]，但是經過熱燜工藝后f-CaO、f-MgO的總體含量小于2%，同時也可研磨成比表面積大于400m2/kg的微粉，熱燜工藝徹底解決了鋼渣的安定性和耐磨性問題[2]。文獻[3]采用化學全分析、物理力學性能檢測等對鋼渣水泥相關性能進行測定和分析研究，得出能使鋼渣活性充分發揮的最佳粉磨細度及其在水泥中的最優摻量，最終實現冶金廢渣資源的充分利用，改善水泥性能，降低水泥生產成本。熱燜后鋼渣具有良好的路用性能，提高鋼渣的利用率不僅可以緩解建筑材料短缺的現狀，同時減少由于鋼渣堆棄對其周圍環境產生的不利影響。規模化利用廢棄鋼渣已經成為我國鋼鐵行業可持續發展的目標之一。

1 試驗原材料

水泥：試驗采用42.5#普通硅酸鹽水泥。

鋼渣：該試驗采用的鋼渣為采用熱燜工藝處理的廢棄鋼渣，粒徑均勻，呈灰褐色，表面粗糙，氣孔較多，是4.75～26.5mm的連續級配，鋼渣砂表觀密度為3610kg/m3，細度模數為2.70，屬于II區中砂。鋼渣存放期為半年。

砂石：試驗采用的機制砂表觀密度為2730kg/m3，細度模數為2.60，屬于II區中砂；試驗用到的粗集料為連續級配石灰石碎石，試驗使用砂、石料均符合標準中技術規范要求[4]。

試驗方案：采用如表1所示的鋼渣、鋼渣砂等體積替代普通混凝土粗骨料、細集料進行對比試驗（每組9個試件）；水泥混凝土按照C30標準制定，水灰比為0.65，其力學性能試驗參照GB/T50081-2002。先將集料與水泥均勻拌合3min后加水，再均勻拌合3min后立即進行坍落度試驗，坍落度范圍控制在18～20cm，并將拌合物置于150mm×150mm×150mm及150mm×150mm×550mm試模內震動成型，在室內靜置24h后脫模，然后于標準養護條件下養護3d、7d、28d、60d，達到齡期后進行抗壓、抗折強度試驗（見表1）。

表1 各組鋼渣替代率

2 試驗結果分析

2.1 抗壓強度（見表2）

表2 抗壓強度試驗結果 MPa

由表2和圖1可知，鋼渣、鋼渣砂等體積替代普通混凝土中粗集料、細集料時，強度等級為C30鋼渣混凝土與普通混凝土相比，7d抗壓強度并不明顯，近似相等；28d以后鋼渣混凝土的抗壓強度明顯高于普通混凝土。第2～5組鋼渣混凝凝土抗壓強度隨著鋼渣替換比例的增加而增大，在7d～28d齡期內，鋼渣混凝土抗壓強度呈現快速增長趨勢，28d后增長趨勢減緩。第6～9組鋼渣混凝土的抗壓強度隨著鋼渣砂替換比例的增大呈現先增大后減小的趨勢，當鋼渣砂的替換比例為50%的時候，鋼渣混凝土的抗壓強度達到最大值，鋼渣砂替換普通混凝土中細集料的比例存在最佳替換，鋼渣砂等體積替代普通混凝土中細集料的比例應控制在50%以內。在7d～60d齡期內，鋼渣砂替代普通混凝土中細料的鋼渣混凝土抗壓強度呈現快速增長趨勢，60d后鋼渣混凝土抗壓強度增長趨勢減緩[5]。

圖1 1～9組抗壓強度變化曲線

由圖2可知，全鋼渣混凝土的抗壓強度明顯高于鋼渣、鋼渣砂100%替換普通混凝土中粗集料、細集料的鋼渣混凝土，說明全鋼渣制作的混凝土具有明顯的強度優勢。單獨對比第5組和第9組，在齡期28d前，鋼渣替代普通混凝土中粗集料的鋼渣混凝土強度高于鋼渣砂替代普通混凝土中細集料的鋼渣混凝土；在28d齡期后，鋼渣砂替代普通混凝土中細集料的鋼渣混凝土較鋼渣替代普通混凝土中粗集料的鋼渣混凝土更有強度優勢。單獨對比第1組和第10組，鋼渣替代普混凝土中集料的鋼渣混凝土具有很大的強度優勢。

圖2 第1、5、9、10組抗壓強度變化曲線

2.2 抗折強度（見表3）

表3 抗折強度試驗結果 MPa

由表3可知，鋼渣混凝土的抗折強度高于普通混凝土抗折強度，鋼渣混凝土的抗折強度隨著鋼渣、鋼渣砂替換比例的增加而增大，鋼渣作為混凝土集料有助于提高混凝土的抗折強度。主要因為鋼渣成分中含有低活性物質，鋼渣中的強度有效成分經過養護之后形成膠凝體，增強了集料粘結的過度區間強度，進而提高鋼渣混凝土的整體性，表現為鋼渣混凝土抗折強度的提高。單獨對比第5組、第9組發現鋼渣砂替代普通混凝土中細集料的鋼渣混凝土比鋼渣替代普通混凝土中粗集料的鋼渣混凝土的抗折強度高。這是因為加入鋼渣后,改變了混凝土的內部結構，主要是強化了界面過渡區，而鋼渣砂的強化效果高于鋼渣，改善了抗折性能。混凝土構件的抗折強度一般都和試件底面受拉能力有關，界面粘結力越大，材料的抗折強度越高。

3 結束語

鋼渣作為混凝土粗集料會增強混凝土的抗壓強度和抗折強度，且隨著鋼渣替代比例的增加而增大。鋼渣砂作為混凝土細集料時會增加混凝土的抗壓強度，抗壓強度隨著鋼渣砂替代比例的增加呈現出先增加后降低的趨勢，鋼渣砂替代普通混凝土中細集料的比例應控制在50%以內。鋼渣砂替代混凝土中細集料可以增強混凝土的抗折強度，抗折強度隨著鋼渣砂替代比例的增加而增大。鋼渣100%替代混凝土集料時可以得到強度最高的鋼渣混凝土，鋼渣具有良好的路用基本力學性能。