鋼渣作為細骨料制備配重混凝土的試驗研究

孫琳，王松亮，李丹丹

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

海底油氣管道表面需涂敷配重混凝土，增加管道自重以克服水對管道的浮力，同時起到對管道的保護作用；高層建筑物的電梯需使用配重混凝土，以調整系統重心，保持系統穩定。結構配重所用的是表觀密度大于2600kg/m3的配重混凝土，較大的表觀密度需要選用表觀密度大的骨料來實現。常用于配制混凝土的重骨料有礦石砂、鋼渣、重晶石、鐵精粉等[1]。

鋼渣作為重混凝土常用的骨料，在我國存量巨大。我國是世界第一產鋼大國，鋼產量居世界首位；由此產生了大量的廢棄鋼渣，不僅占用大量的土地資源，且嚴重污染環境[2]。研究鋼渣作為配重混凝土骨料的應用效果，對廢棄鋼渣的回收再利用有重要意義。

1 原材料

（1）水泥：淮海中聯 P·O42.5 水泥，標準稠度需水量為 28.5%，28d 抗壓強度 53.3MPa。

（2）粉煤灰：國華Ⅰ級灰，45μm 方孔篩篩余6.4%，28d 活性指數 76%。

（3）礦粉：徐鋼 S95 級礦粉，流動度比 95%，28d活性指數 96%。

（4）天然河砂：Ⅱ區中砂，含泥量 1.8%，細度模數 2.5。

（5）碎石：公稱粒徑 5～31.5mm 碎石，含泥量0.5%。

（6）水：市政自來水。

（7）外加劑：蘇博特 PCA-1 高效減水劑，減水率18.8%。

（8）引氣劑：蘇博特 GYO-Ⅲ 引氣劑。

（9）鋼渣：馬鋼轉爐鋼渣。

2 試驗方法

將鋼渣粉進行粉磨、篩分，取粒度范圍 0.08～5mm的細鋼渣為試驗樣品，樣品性能檢測結果見表 1。細鋼渣取代天然砂作為細骨料，配制混凝土并檢測混凝土性能。

表1 細鋼渣性能檢測結果

以強度等級 C30 的普通混凝土配合比為試驗用理論配合比，具體配比見表 2。混凝土的工作性能、力學性能及耐久性能檢測分別按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081—2016《普通混凝土力學性能試驗方法標準》和 GB/T 50082—2016《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的相關規定執行。

水泥 粉煤灰 礦粉 河砂 碎石 水 外加劑265 35 55 755 1100 180 5.3

3 結果與討論

3.1 細鋼渣用量對混凝土工作性能、力學性能的影響

以試驗用 C30 理論配合比為基準配合比，采用細鋼渣等體積取代天然砂，配制混凝土并檢測混凝土相關性能，檢測結果見表 3。

結果表明：隨著細鋼渣用量的增加，混凝土拌合物工作性能下降，硬化混凝土的力學性能呈現先上升后下降趨勢。由于細鋼渣表觀密度大于天然砂，等體積細鋼渣的質量大于天然砂，細骨料總量隨細鋼渣的體積分數上升；過量細骨料破壞了骨料總體的顆粒級配，骨料空隙率增大，用于填充骨料空隙的漿體數量增多，混凝土拌合物工作性能下降。適量細鋼渣取代天然砂，混凝土力學性能提高；當細骨料數量過多時，粗骨料的支撐作用下降，混凝土力學性能降低[3]。

表3 細鋼渣用量對混凝土性能的影響

3.2 細鋼渣用量對混凝土耐久性能的影響

混凝土的體積穩定性直接影響混凝土的耐久性能，進而影響混凝土的使用壽命。圖 1 顯示了細鋼渣用量對混凝土收縮率的影響。

圖1 細鋼渣用量對混凝土收縮率的影響

由圖 1 可知，隨著細鋼渣用量的增加，混凝土的收縮率明顯下降，體積穩定性提高。礦粉作為礦物摻合料，通常導致混凝土收縮率增大，體積穩定性下降；鋼渣中存在少量 f-CaO 和 f-MgO，具有水化膨脹特性，混凝土硬化后，CaO 和 MgO 的緩慢水化可以補償混凝土的收縮，提高混凝土的體積穩定性[4]。

3.3 引氣劑摻量對混凝土性能的影響

在混凝土中摻入適量引氣劑可以改善混凝土的工作性能，以細鋼渣完全取代天然砂作為基準配合比，檢測引氣劑摻量對混凝土性能的影響，檢測結果如表 4 所示。

試驗結果表明：混凝土的工作性能隨著引氣劑摻量的增加而得到改善；摻入適量引氣劑，混凝土力學性能提高，引氣劑摻量過大時，混凝土力學性能降低。細鋼渣完全取代天然砂時，細骨料用量的增多破壞了骨料級配，造成混凝土工作性能和力學性能下降；摻入引氣劑后，引入的氣泡改善了骨料的顆粒級配，提高了混凝土的性能，引氣劑摻量過大時，過量的氣泡造成混凝土力學性能的下降。

表4 引氣劑摻量對混凝土性能的影響

4 結論

（1）細鋼渣可以取代天然砂作為細骨料制備配重混凝土，當細鋼渣完全取代天然砂時，會造成混凝土工作性能和力學性能下降。

（2）鋼渣中存在少量 f-CaO 和 f-MgO，具有水化膨脹特性，緩慢水化可以補償混凝土的收縮，提高混凝土體積穩定性。

（3）摻入適量引氣劑可以改善混凝土工作性能和力學性能，引氣劑摻量過大將降低混凝土力學性能。