钢渣石混凝土工作性能研究

2020-06-07马兵辉刘金玉王成刚刘自民

工程与建设 2020年6期

马兵辉，刘金玉，王成刚，刘自民

(1.安徽同济建设集团有限责任公司,安徽合肥，230000；2.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥 230009；3.马鞍山钢铁股份有限公司技术中心综合利用研究所，安徽马鞍山 243000)

我国是产钢第一大国，近年来，随着我国粗钢产量的快速增长，钢渣堆存量越来越多，存在占用良田，污染环境的现象。我国对于钢渣的回收利用一直处于较低水平，综合利用率在10%左右。环境和资源问题正成为制约钢铁企业发展的瓶颈，钢渣的再利用是可持续发展的核心议题之一[1]。加之,近年来基础设施和城市化建设对混凝土的需求也日益增多，传统混凝土多以砂石为骨料，大规模开采砂石也对环境有着不利影响。若将钢渣用作混凝土骨料，不仅可以解决因钢渣大量堆积造成的巨大的环境污染难题，节约自然资源，还将增加炼钢企业的经济效益[2-4]。研究表明[5-9]：用钢渣集料替代混凝土中的粗细集料后，在一定程度上提高了钢渣混凝土的力学性能，但是工作性能有所降低。

本文采用马钢四钢轧总厂300 t转炉渣热闷工艺产生的钢渣石取代天然石子，制备C30钢渣石混凝土，研究钢渣石对混凝土工作性能的影响。

1 试验材料

试验所用的水泥是安徽海螺水泥股份有限公司生产的海螺42.5普通硅酸盐水泥，水泥基本性能见表1。

表1 水泥的基本性能

试验所用河沙，为普通中沙，属于Ⅱ区中沙，细度模数为2.87，具体特性见表2。

表2 河沙的基本特性

石子为5～20 mm连续级配的石灰石，依据相关规范检测了石灰石相关性能，结果见表3。

表3 石灰岩碎石的基本特性

试验所采用的钢渣是马鞍山钢铁股份有限公司产的钢渣，并采用了XRF分析方法对其化学组成进行了分析，其主要组分结果见表4。

表4 钢渣石的主要化学组成

试验所用钢渣为块状钢渣，颜色呈灰黑色，粒径在20mm以下，为5～20mm连续级配，依据混凝土碎石的检测标准检测了钢渣石的相关物理特性，结果见表5。

表5 钢渣石的基本特性

2 试验配合比

由于钢渣混凝土还没有一个成熟的配制方法，该试验是参照普通C30混凝土进行配制。试验采用绝对质量法进行配合比设计，将C30基准混凝土坍落度控制在(110±20)mm范围内。钢渣石等质量取代天然石子，取代率分别为0、25%、50%、75%、100%，钢渣石混凝土配合比见表6。

表6 各组试块配合比

3 试验方法

本试验采用半自动混凝土搅拌机，配合比采用表6中所设计的方案。先将水、水泥和河沙置于搅拌机中，开动搅拌机搅拌30s后停止，再依次加入钢渣石和石子，使其搅拌3～5 min后测其坍落度。

分批次将拌合物铲入坍落度测试筒中，每次的铲入量约为筒体高度的1/3，每次装料后，利用钢棍对内部进行均匀插捣。第三次插捣后，将筒口溢出边缘的拌和物除去。然后快速提起筒体，测量和记录拌和物高度的降低。并在第一次坍落度测试后，分别在30 min和60 min时再次进行坍落度试验并记录数据。

4 试验结果与分析

依据试验，记录普通混凝土拌和物和不同取代率钢渣石混凝土拌和物的坍落度数据，其试验的结果见表7。根据表7中数据，绘制出不同钢渣石取代率混凝土拌和物坍落度随时间变化曲线，如图1所示；并计算得到了坍落度经时损失率，见表8。

表7 各组混凝土坍落度值(单位：mm)

表8 坍落度经时损失率

从表7和图1可以看出,各组混凝土的坍落度随着时间增加而降低；在同一时刻，坍落度从大到小依次为P0>P1>P2>P3>P4，各组混凝土的坍落度随着钢渣石的取代率的增大而减小，钢渣石混凝土的坍落度均小于普通混凝土，因此添加钢渣石对混凝土的工作性能有不利的影响。由表7数值计算可知：当P1组钢渣砂混凝土在放置0min、30min和60min时，其坍落度与普通混凝土相差分别为4.5%、8.1%和10.3%，可见钢渣石取代率为25%的钢渣石混凝土的工作性能与普通混凝土最为接近。