钢铁渣复合粉在混凝土中的运用

2020-11-02郝迎军

中国建材科技 2020年1期

关键词：矿渣水化钢铁

郝迎军

（中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

1 试验材料及方法

1.1 原材料

水泥：亚东P·0425普硅水泥；

砂：细度模数为26的中砂；

石子：粒径在5～25mm的碎石；

矿渣粉：亚东S95级。

1.2 试验方法

使用钢铁渣复合粉取代矿渣粉，实施不同强度等级的商品混凝土试验。通过复合粉代替矿粉后，混凝土的工作性能、力学性能变化，探讨复合粉在商品混凝土中的应用成效。

本次试验使用的钢渣矿渣复合粉，其一是武汉鑫源绿色冶金渣技术开发有限公司生产的复合粉，也就是复合粉1；其二是实验室按照3：7钢渣粉与亚东S95矿渣粉的比例配合制成的，即为复合粉2。

蒸养强度：根据《混凝土强度检验评定标准》（GB/T 50107-2010）[1]中的80°C热水法，进行试块拆模后，实施养护，将其冷却至室温，按照相关标准实施抗压强度测试。

2 实验结果与分析

据试验结果表明，复合粉取代矿粉后，在某种意义上增强了混凝土的体积，对于改善混凝土的力学性能、工作性能具有重要意义。见表1、表2。

3 钢铁渣复合粉在混凝土中的作用

除了原材料的质量以外，混凝土结构中有两个环节最为薄弱，一是骨料与水泥的过渡，二是水泥化合物之间的空隙。改善混凝土结构薄弱环节的措施，对于提升混凝土的性能具有重要意义。钢铁渣复合粉在混凝土中的应用，可以改善混凝土结构中的薄弱环节，提升混凝土的各种性能，如拌合物性能、力学性能和长期耐久性能等。Mehta整体论模型指出，不透水存在微裂缝且多孔的混凝土，实施侵蚀冷热循环、干湿循环，会增加混凝土结构微裂缝，产生相应的有害物质，造成钢筋锈蚀、混凝土膨胀、硫酸盐侵蚀降低混凝土的强度与刚度，使整体性丧失。据模型显示，混凝土的不透水性对于预防化学破坏过程具有重要意义，可以减少混凝土原材料，对于提升混凝土的结构耐久性具有重要意义[2]。

表1 不同强度等级混凝土配比

表2 不同强度等级混凝土工作性能、力学性能

3.1 降低混凝土的拌合用水量

水泥的完全水化需要很少的水量，其中大部分水是为了满足其工作性能，被称为游离态有害水。在混凝土施工、硬化过程中，小部分游离态有害水会经过空气蒸发渗出，但是大部分游离态有害水硬化，产生比较大的空隙，严重影响混凝土的性能。随着混凝土结构空隙不断减少，游离态有害水的含量会逐渐降低[3]。钢铁渣复合粉在混凝土中的应用，可以缓解混凝土细微颗粒的级配，改善混凝土中的粒度分布，引起密实堆积填充效应，对混凝土中的孔结构进行不断优化，大孔数量会逐渐减少，小孔数量逐渐增多，降低其平均孔径，让其分布更加科学，特别是水泥化合物之间的空隙，使其结构更加严密。

3.2 改善混凝土拌合物的和易性

因为钢铁渣复合粉是细微球状体，表面比较光滑，具有稳定性能，在混凝土搅拌过程中会形成润滑作用，有效减少摩擦阻力，提升混凝土拌合物的保水性、流动性、黏聚性，使混凝土具有良好的和易性。

3.3 提高混凝土的强度

钢铁渣复合粉在混凝土中的应用，可以缓解混凝土的微结构，强化其密实度，提升混凝土的强度。钢铁渣复合粉含有丰富的活性SiO2等，可以与水泥化合物中的Ca（OH）2进行二次水化反应，以此产生密实度更强的硅酸凝胶。钢铁渣复合粉最佳掺量的确定，要符合具体施工要求，提升混凝土的和易性、强度，缩短其凝结时间。根据上述要求，按照水泥品种、大气温度、标号、钢铁渣粉的质量，科学确定掺量的多少，减少混凝土的水泥用量，减少相关的水化热现象。据国家相关标准表明，混凝土中心温度与表面温度应≤25℃。在混凝土中掺加钢铁渣复合粉，可以有效减少水泥的使用量，也可以延迟相应的热峰时间。

3.4 提高混凝土的抗冻性

通过研究实践结果证实，混凝土的胶凝材料用量、水胶比、引气性能等，会对混凝土的抗凝性造成严重的威胁。若其水胶比过大，会产生大量的游离态有害水，硬化后的内部孔结构会加大，遭受冻融循环破坏的几率就比较大。在混凝土中掺入大量的微气泡，具有重要的缓冲作用，可以避免与其他物理、化学反应导致的损害。在混凝土中加入钢铁渣复合粉，其具有显著的抗冻性。在混凝土硬化过程中，因为化学冷缩、减缩和干缩等，会造成体积收缩，严重影响混凝土的体积稳定性，而掺入适当的钢铁渣复合粉，可以形成混凝土的微膨胀现象。在钢筋的限制下，会产生相应预压力，消除混凝土在硬化过程中产生的拉应力，对部分水化热产生的温度应力进行补偿，减少相关混凝土裂缝现象的出现。

4 钢铁渣复合粉在混凝土中的运用范围

混凝土是复合材料，具有多孔性、高脆性的特点，会加重裂缝、冲击损坏、渗透等问题出现的几率。从早期的钢筋混凝土到如今的高性能混凝土，其主要目的是深化混凝土的耐久性、强度，这从侧面证明混凝土技术是为了提升混凝土的核心，并在持续发展变化的过程中。目前，要想提升混凝土中的抗冲击韧性，主要是使用高强度钢材以及各种高性能纤维，但是在降低脆性方面效果并不理想，严重影响其韧性的提升，导致高性能混凝土的高成本和资源的高消耗。在配置高强度等级混凝土过程中，必须加入适当的钢铁渣复合粉，才可以增加高性能外加剂。对于大体积混凝土来讲，此举可以有效减少水泥用量以及水化热的现象，推迟热峰的出现时间，避免出现裂缝等问题。