鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結構的影響

周仁道 益瑞石 馬治平 武海龍 齊懌

【摘要】鋼渣粉、鋼渣砂的應用會降低水泥砂漿的孔隙率，優化孔結構，進而提高水泥砂漿的密實程度。為此，本文首先設計了鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結構的影響實驗，其次分析了鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結構的影響實驗結果，旨在為鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結構的影響研究提供參考意見。

【關鍵詞】鋼渣;水泥砂漿;干燥收縮;孔結構

鋼渣屬于工業固體廢棄物，實現鋼渣資源化應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象則會導致混凝土開裂，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構的影響實驗

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。水泥和鋼渣粉化學成分統計見圖1。

1.2水泥砂漿配置比例

水泥砂漿配置的水膠質量比為1：2，砂膠質量比為1：3，基準砂漿為未摻加鋼渣粉、鋼渣砂的水泥膠砂。分別按照水泥質量的10%、30%、50%添加鋼渣粉，設置為1號水泥、2號水泥、3號水泥。分別按照基準砂漿質量的20%、30%、40%添加粒徑為0-1.5mm的鋼渣砂，設置為A1號砂漿、A2號砂漿、A3號砂漿;按照基準砂漿質量的20%、30%、40%添加粒徑為1.5-2.5mm的鋼渣砂，設置為B1號砂漿、B2號砂漿、B3號砂漿;按照基準砂漿質量的20%、30%、40%添加粒徑為2.5-5.0mm的鋼渣砂，設置為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%的環境中，養護一天后拆模;將一套樣本放置在室溫20℃、濕度65%的環境中，養護一天后拆模。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構的影響實驗方式：實驗環境和養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，孔結構測定應用壓汞儀。

2、鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結構的影響實驗結果

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上，鋼渣粉添加量從30%改變為10%后，水泥砂漿早期干燥收縮性能明顯下降。但如果應用的是粒徑為2.5-5.0mm的鋼渣砂，鋼渣粉添加量從30%改變為10%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構的影響

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的孔隙的數量會增加，孔徑為10-50mm的孔隙的數量會減少，孔徑為10mm的孔隙的數量變化不明顯。

2.3實驗結果分析

通常情況下，活性較低的礦物添加物質不會出現收縮變形現象，這表示水泥泥漿產生的干燥收縮現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致的張力;由于不同孔徑孔隙產生的張力不同，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。

結語：

在一定添加范圍，添加鋼渣砂或鋼渣粉，均會降低28天內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小;在添加量相同的情況下，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。

參考文獻：

[1]謝遷，陳小平，溫麗媛.用于水泥砂漿礦物摻合料的發展現狀及展望[J].混凝土，2016，03：89-93.

[2]李楠，張國防，王培銘，等.鋼渣對水泥砂漿早期干燥收縮和孔結構的影響[J].建筑材料學報，2016，1904：712-718.

[3]顧萬，肖鵬，楊宇軒，等.再生水泥穩定碎石基層材料收縮及疲勞性能試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2018，12：95-100.