一种自制掺合料在混凝土中的应用

2015-12-19曹洁华邬海涛

商品混凝土 2015年8期

关键词：矿粉钢渣矿渣

曹洁华，邬海涛

（镇江四方建设工程质检有限公司，江苏镇江 212000）

一种自制掺合料在混凝土中的应用

曹洁华，邬海涛

（镇江四方建设工程质检有限公司，江苏镇江 212000）

利用循环流化床粉煤灰和钢渣中的石膏和 CaO 与矿粉中的活性组分反应，相互激发使得该种掺合料的早期和后期活性效果良好，将循环流化床粉煤灰、钢渣和水淬粒化高炉矿渣粉磨成不同细度，实现了各组分之间的梯次反应和颗粒的紧密堆积。此种掺合料应用于混凝土中时，效果优于矿粉和粉煤灰。

掺合料；CFBC 粉煤灰；钢渣

0 前言

随着环境保护要求的进一步提升，各种工业废弃物的综合利用得到了广泛的关注。优质粉煤灰和矿粉已经在水泥混凝土行业广泛应用并成为稀缺资源，但循环流化床（circulating fluidized bed combustion，CFBC）粉煤灰和钢渣利用率一直很低，且对环境造成沉重的负担[1-2]。

循环流化床粉煤灰在化学组成、矿物组成和性能表现上都与普通粉煤灰不同，大部分都不符合现有的技术标准和使用规范，因而难以直接应用在水泥混凝土中。CFBC 粉煤灰具有颗粒较粗、形貌不规则、f-CaO 和 SO3含量高，以及以硬石膏和石灰作为主要矿物组成等特点。因此，循环流化床粉煤灰需水量大、活性低，且容易导致水泥混凝土凝结时间异常。

而另一种工业废渣——钢渣，虽已应用多年，但由于钢渣存在着安定性不良、易磨性很差、早期活性很低等技术瓶颈，因而也一直未能大规模应用于水泥混凝土中，钢渣的排放依然对环境造成巨大的压力。

鉴于上述原因，笔者尝试将 CFBC 粉煤灰与钢渣应用于混凝土中，取代普通矿粉，并对其性能进行检测，以期找到合理利用这两种工业副产品的方法。

1 原材料

（1）水泥：鹤林 P·O42.5 水泥，28d 水泥强度为48.7MPa。（2）矿粉：常州友邦矿粉，流动度比 101%，比表面积 415m2/kg，28d 活性指数 103%。（3）粉煤灰：镇江谏壁 Ⅱ 级灰，45μm 方孔筛筛余 15%，烧失量 1.8%，需水量比 99%。（4）CFBC 粉煤灰：扬州某厂提供。（5）水淬粒化高炉矿渣：南钢嘉华提供，玻璃体含量 98%。（6）转炉钢渣：南钢嘉华提供，碱度为 3.2。（7）粗骨料：5～20mm 碎石，含泥量 0.5%。（8）细骨料：江砂，细度模数 2.6，含泥量 1.5%。（9）水：市政自来水。（10）减水剂：镇江特密斯 PCA，减水率 25%。

2 试验方法

采用立磨方式将循环流化床粉煤灰比表面积粉磨至550m2/kg 左右，将钢渣粉磨至比表面积为 250m2/kg 左右，水淬粒化高炉矿渣比表面积粉磨至 400m2/kg 左右，然后将三者的质量百分比按照循环流化床粉煤灰 15%、钢渣 15%、矿粉70% 混合制成混凝土掺合料。随后测试此混凝土掺合料在混凝土中应用取代粉煤灰和矿粉时的各项性能指标对比。

测试方法参照 GB /T 18046-2008《用于水泥和混凝土中粒化高炉矿渣粉》、GB /T 50080-2002《普通混凝土的拌合物性能试验方法标准》、GB /T 50081-2002《普通混凝土力学性试验方法标准》和有关规定进行，测试的项目包括掺合料的活性指数及流动度比、混凝土的坍落度及 3d、7d、28d抗压强度。试验采用商品混凝土中最常用的 C30 配比作为基准配合比，见表 1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3 试验结果与讨论

3.1 混凝土掺合料的活性指数及流动度比

参照 GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》测试此种混凝土掺合料的活性指数及流动度比，结果如表 2 所示。

表2 混凝土掺合料的活性指数及流动度比

由试验结果可知，此种掺合料的流动度比和活性指数都明显优于矿粉，在混凝土中有很好的应用潜力。CFBC 粉煤灰、钢渣、矿粉分别粉磨处理至几种不同的粒径范围，有助于实现这种高品质混合材的颗粒体系的紧密堆积，降低了掺合料的孔隙率，使掺合料的流动度比相对于粒径分布较窄的矿粉有着明显的提高。

此外，CFBC 粉煤灰中的硬石膏和石灰含量较高，钢渣中的 CaO 含量居高不下，很多钢渣中的石膏含量也不低，而这些石膏与 CaO 易于和矿粉中的活性组分（如 SiO2和Al2O3），这些组分之间的相互激发使得混合后的产品早期活性和后期活性都比较理想，反应后生成 C-S-H 凝胶。

3.2 自制混凝土掺合料在混凝土中的应用

为了验证此种掺合料在混凝土中的应用效果，在试验中用此种掺合料分别取代矿粉、粉煤灰和完全取代矿粉及粉煤灰，考察混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的力学性能。具体结果如表 3 所示。

表3 自制该掺合料对混凝土性能的影响

将此种掺合料应用于 C30 商品混凝土中，无论是分别取代矿粉、粉煤灰还是完全取代矿粉和粉煤灰，混凝土的工作性能和力学性能都有明显的改善。

此外，此种混凝土掺合料的制备成本较低。CFBC 粉煤灰和钢渣都是目前较难处理的工业固体废弃物，CFBC 由于自身化学及矿物组成的影响，应用受到诸多限制，钢渣由于其粉磨成本高，推广应用一直裹足不前。在此种掺合料的制备过程中，将钢渣粉磨至较粗的颗粒，大幅度降低了钢渣的粉磨成本，钢渣颗粒的本征强度很高，颗粒较粗时，仅表面参与相互激发反应，而自身充当胶凝材料和细骨料的过渡颗粒，有助于提高胶凝体系的力学性能和体积稳定性；CFBC粉煤灰相对易磨，将 CFBC 粉煤灰处理成粒度最小的颗粒，有助于 CFBC 粉煤灰中的硬石膏和石灰与矿粉在水化早期相互激发，保证了掺合料的早期活性；粗颗粒钢渣可在后期持续提供钙源激发水淬粒化高炉矿渣水化，保证了掺合料的后期活性。