鋼渣石混凝土工作性能研究

馬兵輝， 劉金玉， 王成剛， 劉自民

(1.安徽同濟(jì)建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,安徽 合肥，230000；2.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；3.馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心綜合利用研究所，安徽 馬鞍山 243000)

我國(guó)是產(chǎn)鋼第一大國(guó)，近年來(lái)，隨著我國(guó)粗鋼產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，鋼渣堆存量越來(lái)越多，存在占用良田，污染環(huán)境的現(xiàn)象。我國(guó)對(duì)于鋼渣的回收利用一直處于較低水平，綜合利用率在10%左右。環(huán)境和資源問(wèn)題正成為制約鋼鐵企業(yè)發(fā)展的瓶頸，鋼渣的再利用是可持續(xù)發(fā)展的核心議題之一[1]。加之,近年來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施和城市化建設(shè)對(duì)混凝土的需求也日益增多，傳統(tǒng)混凝土多以砂石為骨料，大規(guī)模開(kāi)采砂石也對(duì)環(huán)境有著不利影響。若將鋼渣用作混凝土骨料，不僅可以解決因鋼渣大量堆積造成的巨大的環(huán)境污染難題，節(jié)約自然資源，還將增加煉鋼企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2-4]。研究表明[5-9]：用鋼渣集料替代混凝土中的粗細(xì)集料后，在一定程度上提高了鋼渣混凝土的力學(xué)性能，但是工作性能有所降低。

本文采用馬鋼四鋼軋總廠300 t轉(zhuǎn)爐渣熱悶工藝產(chǎn)生的鋼渣石取代天然石子，制備C30鋼渣石混凝土，研究鋼渣石對(duì)混凝土工作性能的影響。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的水泥是安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的海螺42.5普通硅酸鹽水泥，水泥基本性能見(jiàn)表1。

表1 水泥的基本性能

試驗(yàn)所用河沙，為普通中沙，屬于Ⅱ區(qū)中沙，細(xì)度模數(shù)為2.87，具體特性見(jiàn)表2。

表2 河沙的基本特性

石子為5～20 mm連續(xù)級(jí)配的石灰石，依據(jù)相關(guān)規(guī)范檢測(cè)了石灰石相關(guān)性能，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 石灰?guī)r碎石的基本特性

試驗(yàn)所采用的鋼渣是馬鞍山鋼鐵股份有限公司產(chǎn)的鋼渣，并采用了XRF分析方法對(duì)其化學(xué)組成進(jìn)行了分析，其主要組分結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 鋼渣石的主要化學(xué)組成

試驗(yàn)所用鋼渣為塊狀鋼渣，顏色呈灰黑色，粒徑在20mm以下，為5～20mm連續(xù)級(jí)配，依據(jù)混凝土碎石的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)了鋼渣石的相關(guān)物理特性，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 鋼渣石的基本特性

2 試驗(yàn)配合比

由于鋼渣混凝土還沒(méi)有一個(gè)成熟的配制方法，該試驗(yàn)是參照普通C30混凝土進(jìn)行配制。試驗(yàn)采用絕對(duì)質(zhì)量法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，將C30基準(zhǔn)混凝土坍落度控制在(110±20)mm范圍內(nèi)。鋼渣石等質(zhì)量取代天然石子，取代率分別為0、25%、50%、75%、100%，鋼渣石混凝土配合比見(jiàn)表6。

表6 各組試塊配合比

3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用半自動(dòng)混凝土攪拌機(jī)，配合比采用表6中所設(shè)計(jì)的方案。先將水、水泥和河沙置于攪拌機(jī)中，開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī)攪拌30s后停止，再依次加入鋼渣石和石子，使其攪拌3～5 min后測(cè)其坍落度。

分批次將拌合物鏟入坍落度測(cè)試筒中，每次的鏟入量約為筒體高度的1/3，每次裝料后，利用鋼棍對(duì)內(nèi)部進(jìn)行均勻插搗。第三次插搗后，將筒口溢出邊緣的拌和物除去。然后快速提起筒體，測(cè)量和記錄拌和物高度的降低。并在第一次坍落度測(cè)試后，分別在30 min和60 min時(shí)再次進(jìn)行坍落度試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

依據(jù)試驗(yàn)，記錄普通混凝土拌和物和不同取代率鋼渣石混凝土拌和物的坍落度數(shù)據(jù)，其試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表7。根據(jù)表7中數(shù)據(jù)，繪制出不同鋼渣石取代率混凝土拌和物坍落度隨時(shí)間變化曲線，如圖1所示；并計(jì)算得到了坍落度經(jīng)時(shí)損失率，見(jiàn)表8。

表7 各組混凝土坍落度值(單位：mm)

表8 坍落度經(jīng)時(shí)損失率

從表7和圖1可以看出,各組混凝土的坍落度隨著時(shí)間增加而降低；在同一時(shí)刻，坍落度從大到小依次為P0>P1>P2>P3>P4，各組混凝土的坍落度隨著鋼渣石的取代率的增大而減小，鋼渣石混凝土的坍落度均小于普通混凝土，因此添加鋼渣石對(duì)混凝土的工作性能有不利的影響。由表7數(shù)值計(jì)算可知：當(dāng)P1組鋼渣砂混凝土在放置0min、30min和60min時(shí)，其坍落度與普通混凝土相差分別為4.5%、8.1%和10.3%，可見(jiàn)鋼渣石取代率為25%的鋼渣石混凝土的工作性能與普通混凝土最為接近。

圖1 坍落度與時(shí)間的關(guān)系

由表8可以看出：經(jīng)過(guò)30 min和60 min放置后，混凝土坍落度損失率從大到小依次為P4、P3、P2、P1、P0，由此看出，坍落度經(jīng)時(shí)損失率與鋼渣石的取代率成正相關(guān)，即混凝土坍落度損失率隨鋼渣石的取代率升高而越大。

5 結(jié) 論

(1)鋼渣石作為粗骨料對(duì)混凝土的工作性能有一定的不利影響。

(2)隨著鋼渣石取代率的增加，坍落度損失就越大；時(shí)間越長(zhǎng)，坍落度的損失越大；并且隨著鋼渣石取代率的升高，混凝土坍落度損失越快。

(3)當(dāng)鋼渣石的取代率為25%時(shí)，鋼渣石混凝土工作性能與普通混凝土最為接近，故最佳取代率為25%。