鋼渣粉取代粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用研究

趙長江，陳琴

（1. 江蘇名和集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2. 徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

長期以來，粉煤灰作為一種綜合利用率相對較低的工業(yè)固廢，其市場價格一直處在低位。因其具有火山灰活性且對混凝土的和易性具有明顯的改善作用，綜合利用率不斷提升。近兩年，由于國家環(huán)保政策和能源政策的調(diào)整，粉煤灰的市場供應(yīng)日趨緊張，市場價格也不斷攀升。其作為輔助性膠凝材料降低混凝土配料成本的功能已不再凸顯，各種替代粉煤灰的輔助性膠凝材料紛紛登場。諸多替代材料中，石灰石粉和鋼渣粉由于價格優(yōu)勢和性能優(yōu)勢，成為替代粉煤灰參與混凝土配料的主流材料。

由于具有易磨性差、安定性不良、早期活性低等缺點，鋼渣一直是綜合利用率最低的工業(yè)固廢之一[1-3]。隨著粉磨技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展，鋼渣制備的粉體已成為水泥基材料的一種常規(guī)輔助性膠凝材料[2-4]，由于市場價格的此消彼長，鋼渣價格已遠(yuǎn)低于粉煤灰，在許多混凝土企業(yè)，已普遍采用鋼渣粉作為粉煤灰的替代材料降低混凝土的配料成本。

1 原材料

（1）水泥：鶴林 P·O42.5，3d 強度 27.5MPa，28d強度 51.1MPa。

（2）礦粉：友邦建材 S95，比表面積 425m2/kg，28d 活性 99%。

（3）鋼渣粉：南鋼嘉華，堿度 3.3，比表面積440m2/kg。

（4）粉煤灰：諫壁粉煤灰 F 類Ⅰ級，45μm 篩余9.5%，需水量比 97%。

（5）減水劑：蘇博特 PCA-1，摻量 1.5%，減水率21%。

（6）細(xì)骨料：Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.5，含泥量1.4%。

（7）粗骨料：5～25mm 碎石，含泥量 0.2%。

2 試驗方法

在 C20、C30、C40 和 C50 四個強度等級的混凝土中采用鋼渣粉取代粉煤灰，依據(jù) GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》分別檢測混凝土拌合物的工作性能、硬化混凝土的力學(xué)性能及抗碳化性能。各強度等級商品混凝土的配合比見表 1。

表 1 商品混凝土配合比 kg/m3

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 鋼渣粉對混凝土工作性能的影響

在 C20、C30、C40 和 C50 四個強度等級的混凝土中采用鋼渣粉取代粉煤灰，測試混凝土拌合物的坍落度和 1h 坍落度經(jīng)時損失，對比取代前后混凝土拌合物的狀態(tài)，研究鋼渣粉取代粉煤灰的可行性。試驗結(jié)果如表2 所示。

試驗結(jié)果表明，在強度等級為 C20 和 C30 的混凝土中，鋼渣粉取代粉煤灰后，混凝土的坍落度減小，經(jīng)時損失增大，漿體包裹性變差，混凝土的工作性能變差；在強度等級為 C40 和 C50 的混凝土中，鋼渣粉取代粉煤灰后，混凝土的坍落度增大，經(jīng)時損失減小，漿體流動性良好。其原因可能是與粉煤灰相比，鋼渣粉的表觀密度較大，鋼渣粉取代粉煤灰后，漿體的體積變小，在膠凝材料相對較少的低等級混凝土中，漿體包裹性變差，保水性變差，坍落度降低；在膠凝材料相對較多的高等級混凝土中，漿體粘度改善，拌合物流動性增加，坍落度增高。因此，采用鋼渣粉取代粉煤灰配制低強度等級混凝土?xí)r，需適當(dāng)提高砂率，以保證拌合物的和易性。

表 2 鋼渣粉對混凝土工作性能的影響

3.2 鋼渣粉對混凝土力學(xué)性能的影響

在 C20、C30、C40 和 C50 四個強度等級的混凝土中采用鋼渣粉取代粉煤灰，測試硬化混凝土的 7d 和28d 抗壓強度，研究鋼渣粉取代粉煤灰的可行性。試驗結(jié)果如表 3 所示。

表 3 鋼渣粉對混凝土力學(xué)性能的影響

試驗結(jié)果表明，鋼渣粉取代粉煤灰后，各強度等級的混凝土 7d 和 28d 強度都有小幅度的增長，這是由于鋼渣粉中含有 C3S 和 C2S 等類熟料礦物，水化活性要略高于粉煤灰。

3.3 鋼渣粉對混凝土抗碳化性能的影響

在 C20、C30、C40 和 C50 四個強度等級的混凝土中采用鋼渣粉取代粉煤灰，依據(jù) GB/T 50082—2009 測試硬化混凝土的 28d 碳化深度。試驗結(jié)果如表 4 所示。

試驗結(jié)果表明，鋼渣粉取代粉煤灰后，各強度等級的混凝土 28d 碳化深度都有一定程度的降低，這是由于鋼渣屬于高鈣的輔助性膠凝材料，其氧化鈣含量遠(yuǎn)高于粉煤灰，鋼渣粉的堿度較高，有效地減緩了混凝土的碳化進(jìn)程，對混凝土的耐久性提升起到了一定的促進(jìn)作用。

表 4 鋼渣粉對混凝土抗碳化性能的影響

4 結(jié)論

（1）采用鋼渣粉取代粉煤灰配制低強度等級混凝土?xí)r，需適當(dāng)提高砂率，以保證拌合物的和易性；采用鋼渣粉取代粉煤灰配制高強度等級混凝土?xí)r，漿體粘度降低，流動性增加，工作性能改善。

（2）由于鋼渣粉中含有 C3S 和 C2S 等類熟料礦物，水化活性略高于粉煤灰。鋼渣粉取代粉煤灰后，各強度等級的混凝土 7d 和 28d 強度都有小幅度的增長，

（3）鋼渣粉的堿度較高，有效地減緩了混凝土的碳化進(jìn)程，鋼渣粉取代粉煤灰后，各強度等級的混凝土28d 碳化深度都有一定程度的降低。