钢渣矿渣复合粉在商品混凝土中的应用研究

2011-12-02胡亮徐智勇张文武

商品混凝土 2011年8期

胡亮，徐智勇，张文武

（武汉源锦商品混凝土有限公司，武汉 430070）

随着我国商品混凝土行业的快速发展，矿渣粉作为商品混凝土中重要的掺合料已得到普遍应用。目前，由于矿渣资源紧缺和供不应求，矿渣粉的价格连续上调，已接近400 元/t 的关口，而且还继续呈上涨趋势，从而给商品混凝土生产企业的成本控制带来了不利影响。因此，开发价格低廉的能取代矿粉的掺合料显得很有必要。

钢渣是炼钢工业中用石灰石作为熔剂提取生铁中的SiO2、Al2O3等杂质而生成的废渣，如不进行再生利用处理，会对环境造成严重污染[1]。由于钢渣中含有C2S、C3S 等水硬性矿物以及铝硅玻璃体，因而可以磨细作为混凝土矿物掺合料。磨细钢渣粉作为一种新开发的矿物掺合料，它具有早期活性高，明显降低水泥水化热并改善混凝土长龄期抗氯离子渗透性能等优点，可以用来部分取代矿粉[2]。目前钢渣的价格明显低于矿渣，采用钢渣粉部分取代矿粉配制钢渣矿渣复合粉作为混凝土掺合料，一方面可以解决矿渣资源短缺、供不应求的局面，另一方面可以降低使用矿渣粉商品混凝土的生产成本，从而有利于商品混凝土生产企业的成本控制[3]。

本实验采用武汉鑫缘绿色冶金渣技术开发有限公司生产的钢渣矿渣复合粉（简称复合粉）以及本研发中心实验室自行配制的钢渣矿渣复合粉作为混凝土掺合料来取代矿渣粉，研究了复合粉在不同强度的商品混凝土中的应用情况。

1 试验材料及试验方法

1.1 原材料

水泥：亚东P·O42.5 普硅水泥；

砂：细度模数为2.6 的中砂；

石子：粒径在5～25mm 的碎石；

减水剂：BASF 的高性能减水剂818R，固含量10%，减水率20%；

矿渣粉：亚东S95 级；

复合粉：武汉鑫缘绿色冶金渣技术开发有限公司生产，主要技术指标见表1；

钢渣粉：武汉鑫缘绿色冶金渣技术开发有限公司生产，主要技术指标见表2；

水：符合JGJ 63 要求的自来水。

表1 复合粉主要性能指标

表2 钢渣粉主要性能指标

1.2 试验方法

采用钢渣矿渣复合粉来取代矿渣粉，并进行不同强度等级的商品混凝土试验。通过复合粉取代矿粉后混凝土的工作性、力学性能变化来研究复合粉在商品混凝土中的应用效果。

本实验中采用的钢渣矿渣复合粉有两种，一种是武汉鑫缘绿色冶金渣技术开发有限公司生产复合矿粉，记为复合粉1；另一种是实验室采用武汉鑫缘绿色冶金渣技术开发有限公司提供钢渣粉和亚东S95 矿渣粉以3：7 比例复配的，记为复合粉2。

混凝土的配制和养护按GB/T50081-2002 的规定进行，采用150mm×150mm×150mm 的试模成型。

蒸养强度：参照JGJ/T 15-2008《早期推定混凝土强度试验方法标准》中的80℃热水法，试块拆模后，进入混凝土快速养护箱80±2℃热水中养护8h。养护完成后，取出试块，使其冷却至室温，按GB/T50081 标准进行抗压强度测试。

7d、28d 抗压强度：参照GB/T50081 标准，混凝土试块拆模后立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95%以上的标准养护室养护至7d、28d，进行抗压强度测试。

表3 不同强度等级混凝土配合比 kg/m3

表4 不同强度等级混凝土工作性能及力学性能

2 试验结果与分析

本实验中按C25 混凝土掺合料取代水泥40%，C30、C35掺合料取代水泥35%，C45 掺合料取代水泥30%进行配合比设计，不同强度等级混凝土配合比见表3。由表3 可见，混凝土掺合料主要是亚东矿粉、复合粉1、复合粉2 进行对比，所有混凝土容重均在2390kg/m3左右。

在混凝土中使用复合粉取代矿粉后对混凝土工作性能和力学性能的影响结果如表4 所示，主要研究了复合粉对混凝土坍落度、扩展度以及抗压强度的影响。

从表4 可以看出：采用复合粉取代矿粉后，对混凝土的工作性能没有不利的影响，以C25 为例，在取代量40%的情况下，采用复合粉取代矿粉后，混凝土的初始坍落度和扩展度稍有下降，但1h 坍落度损失基本保持一致；C30 情况与C25 类似；C35、C40 结果表明，复合粉取代矿粉后，混凝土的初始坍落度与基准保持一致甚至稍有增加，混凝土的坍损以及扩展度与基准变化不大。由此可见，采用复合粉取代矿粉对混凝土的工作性能没有不利的影响。可以归因于钢渣粉密度明显大于矿渣粉，钢渣矿渣复合粉取代水泥时胶凝材料粉体体积要低于单掺矿渣的混凝土，即在一定程度上增加了水与胶凝材料的体积比，从而在一定程度上改善混凝土工作性能[3]。

采用复合粉取代矿粉的混凝土的7d、28d 强度见图1、图2。从图1、图2 以及表4 可以看出：C25 混凝土中，采用复合粉取代矿粉的混凝土7d 强度比基准混凝土要低，28d 强度与基准相近，使用复合粉1 的混凝土7d 强度为基准的95%，28d 强度为基准的100%，使用复合粉2 的混凝土7d 强度为基准的93%，28d 强度为基准的96%； C30、C35、C45 混凝土中，采用复合粉取代矿粉的混凝土7d 强度比基准混凝土要高，28d强度与基准相近。这说明使用复合粉取代矿粉，无论是武汉鑫缘绿色冶金渣技术开发有限公司生产复合矿粉1，还是实验室自配的钢渣矿渣复合粉2，均不会对混凝土的28d 强度产生不利影响，实验室采用钢渣粉与矿渣粉3：7 复掺成复合粉是可行的。这可以归因于钢渣除自身具有活性外，其水化生成的氢氧化钙可以激活矿渣，可以在一定程度上弥补水泥水化产物氢氧化钙的不足，加强对矿渣的激发作用，亦即钢渣与矿渣复掺时有一定的复合超叠加效益[3]。

3 效益分析

钢渣是炼钢工业产生的废渣，如不进行再生利用处理，会对环境造成严重污染。因此，采用钢渣矿渣复合粉作为混凝土掺合料是一种钢渣再生利用的新途径，具有良好的社会环境效益。

随着我国商品混凝土的快速发展，对混凝土掺合料的需求越来越大，采用钢渣矿渣复合粉作为混凝土掺合料将能消耗大量的钢渣粉，创造可观的经济效益。而且，目前矿渣粉资源短缺，价格日益上涨，采用钢渣粉部分取代矿粉配制钢渣矿渣复合粉来取代矿粉，可以降低商品混凝土生产成本，以钢渣粉、矿渣粉以3：7 复掺配制复合粉为例，每吨复合粉较矿粉便宜60元左右，从而可为商品混凝土生产企业带来明显的经济效益。