摻粉煤灰、鋼渣粉水泥膠砂及混凝土性能試驗研究

摘要 粉煤灰、鋼渣均為工業廢渣，主要成分均為硅酸鹽，且都具有較高的礦物活性。該文介紹了粉煤灰、鋼渣粉的生產及主要成分，通過系列試驗研究二者礦物活性，以及作為摻和料在混凝土中的應用，對混凝土和易性及力學性能影響的規律，該文研究成果旨在合理利用廢棄資源、降低對環境污染、提高混凝土質量，以期取得較好的環境效益及經濟效應。

關鍵詞 粉煤灰；鋼渣粉；活性指數；強度；和易性

中圖分類號 TU528 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0161-03

0 引言

粉煤灰為電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，由結晶體、玻璃體以及少量未燃盡的碳粒所組成，主要成分有：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO等，按燃煤品種分為F類粉煤灰及C類粉煤灰[1]。

轉爐煉鋼和電爐煉鋼時所得的含硅酸鹽、鐵鋁酸鹽為主要礦物組成，經穩定化處理并且安定性合格的鋼渣。鋼渣的主要成分為硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，組成接近普通硅酸鹽水泥熟料，鋼渣經磁選除鐵處理后粉磨達到一定細度的產品為鋼渣粉。

粉煤灰、鋼渣作為工業廢渣，是一種固體廢棄物，但其主要成分均為硅酸鹽和鋁酸鹽玻璃體，因此具有較高的礦物活性[2]，工程中合理利用粉煤灰和鋼渣，有利于改善生態環境、控制混凝土質量及工程成本。

1 試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥

該試驗使用四川省會東縣利森水泥有限公司生產的普通硅酸鹽水泥，代號P.O42.5，水泥檢測結果如表1所示。

（2）粉煤灰

該實驗使用攀枝花市天盟建材有限責任公司生產的F類Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰檢測結果如表2所示。

（3）鋼渣粉

該試驗采用涼山世宏建材有限公司生產的一級鋼渣粉，鋼渣粉檢測結果如表3所示。

（4）機制砂、碎石

該試驗采用寧南縣大水溝料場生產的0～4.75 mm機制砂、5～26.5 mm碎石，機制砂、碎石檢測結果如表4、表5所示。

（5）減水劑

該試驗使用攀枝花市吉源科技有限責任公司生產的JY-PC-02型緩凝型高性能減水劑，緩凝型高性能減水劑檢測結果如表6所示。

（6）水

該試驗用水為飲用水，水檢測結果如表7所示。

1.2 粉煤灰、鋼渣粉活性指數試驗

粉煤灰、鋼渣粉活性試驗水泥膠砂配合比摻合料摻量由10%、20%、30%、40%、50%直至60%，活性指數試驗采用水泥膠砂28 d抗壓強度作對比，具體配合比如表8、表9所示。

1.3 摻粉煤灰、鋼渣粉混凝土配合比試拌試驗

該試驗摻粉煤灰、鋼渣粉混凝土配合比試拌試驗采用C30普通配合比進行對比，摻合料摻量均為20%[3-5]，對摻粉煤灰、鋼渣粉及純水泥配合比試拌情況進行對比。C30普通混凝土配合比設計依據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55—2011）進行，設計坍落度180±20 mm，計算得到配合比如下：

（1）純水泥C30普通混凝土配合比

水膠比0.43，砂率44%，外加劑摻量1%，水∶水泥∶砂∶碎石∶減水劑=155 kg/m3∶360 kg/m3∶865 kg/m3∶110 kg/m3∶3.6 kg/m3，碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=110 kg/m3∶440 kg/m3∶550 kg/m3；

（2）摻粉煤灰C30普通混凝土配合比

水膠比0.43，砂率44%，粉煤灰摻量20%，外加劑摻量1%，水：水泥：粉煤灰∶砂∶碎石∶減水劑=155 kg/m3∶288 kg/m3∶72 kg/m3：865 kg/m3∶1100 kg/m3∶3.6 kg/m3，碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=110 kg/m3∶440 kg/m3∶550 kg/m3。

（3）摻鋼渣粉C30普通混凝土配合比

水膠比0.43，砂率44%，鋼渣粉摻量20%，外加劑摻量1%，水∶水泥∶鋼渣粉∶砂∶碎石∶減水劑=155 kg/m3∶288 kg/m3∶72 kg/m3：865 kg/m3∶1100 kg/m3∶3.6 kg/m3，碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=110 kg/m3∶440 kg/m3∶550 kg/m3。

2 試驗結果與討論

2.1 粉煤灰、鋼渣粉活性指數試驗

試驗結果匯總表如表10所示。

2.2 C30普通混凝土配合比試拌試驗

試驗結果匯總如表11所示。

純水泥配合比，混凝土拌和物初始坍落度為180 mm，擴展度為460 mm，容重2 485 kg/m3，含氣量3.2%，和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中）、2 h坍落度、擴展度無損失，初凝時間7 h07 min，終凝時間10 h11 min。

摻粉煤灰配合比，混凝土拌和物初始坍落度為170 mm，擴展度為480 mm，容重2 468 kg/m3，含氣量3.5%，和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴展度無損失，初凝時間8 h46 min，終凝時間12 h08 min。

摻鋼渣粉配合比，混凝土拌和物初始坍落度為175 mm，擴展度為485 mm，容重2 520 kg/m3，含氣量3.3%，和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中）、2 h坍落度、擴展度無損失，初凝時間9 h38 min，終凝時間12 h57 min。

粉煤灰、鋼渣粉都具有較好活性，通過實驗數據的統計分析，在水泥膠砂實驗中，隨著粉煤灰、鋼渣粉摻量增加水泥膠砂強度逐漸下降，超過30%時下降的幅度變大，但粉煤灰活性指數下降幅度比鋼渣粉更大；同一摻量下鋼渣粉比粉煤灰活性指數更高，但粉煤灰比磷渣粉保水性更好[6]。

通過混凝土配合比試拌結果表明：純水泥混凝土配合比相對摻粉煤灰、鋼渣粉混凝土配合比7 d強度最高，7 d至90 d強度增長幅度較摻粉煤灰、鋼渣粉小，其中鋼渣粉強度增長最高，90 d混凝土抗壓強度摻鋼渣粉水泥混凝土配合比強度最高，摻粉煤灰水泥混凝土配合比其次，純水泥混凝土配合比最低；摻鋼渣粉水泥混凝土拌和物初、終凝時間較其他兩者更長，對現場施工提出了更高要求，但對泵送、水下、大體積混凝土施工控制更有利；但應注意：摻鋼渣粉混凝土拌和物表觀密度相對于純水泥及粉煤灰混凝土有較大提高，在施工中應注意密度的增加對結構物安全帶來的風險，應加強計算控制，將風險及時化解。

3 結語

粉煤灰、鋼渣粉均為工程施工過程中混凝土施工常用摻和料，通過試驗發現摻入粉煤灰、鋼渣粉過后混凝土和易性、強度等各項指標相較于純水泥配合比得到了增強，因此加入適當的粉煤灰、鋼渣粉對混凝土的質量控制更加有利，同時節約了施工成本，減少了環境污染，為工程帶來了較好的經濟效益、環境效應、社會效應。

參考文獻

[1]曾慶玲.鋼渣粉、粉煤灰及礦粉單摻或復摻對混凝土耐久性的影響研究[J].江西建材，2023（5）：11-13.

[2]孫世國，王保民.鋼渣粉和粉煤灰對鋼渣混凝土力學性能的影響特點[J].粉煤灰綜合利用，2004（1）：26-28.

[3]劉宇澤.鋼渣粉與粉煤灰復合混凝土的性能研究[J].山西建筑，2012（12）：130-131.

[4]茍鴻翔，朱敏濤.不同比例復摻粉煤灰和鋼渣粉的混凝土性能研究[J].上海建材，2021（6）：26-29.

[5]趙長江，陳琴.鋼渣粉取代粉煤灰在混凝土中的應用研究[J].商品混凝土，2020（8）：46-47.

[6]孫世國，白會人，林國棋，等.鋼渣、粉煤灰混凝土強度特性的實驗研究[J].北方工業大學學報，2005（1）：85-88.

收稿日期：2024-02-28

作者簡介：張昌軍（1989—），男，本科，工程師，主要從事高速公路建設工作。