磨细钢渣粉和矿粉复掺制备C50高性能混凝土的研究

磨细钢渣粉和矿粉复掺制备C50高性能混凝土的研究

张磊

中铁四局 安徽中铁工程材料科技有限公司  安徽合肥  230001

摘要：本文利用磨细钢渣粉和矿粉复掺制备C50高性能混凝土，研究磨细钢渣粉和矿粉两者复掺或单掺对C50高性能混凝土工作性能和力学性能等的影响。研究表明：与单掺磨细钢渣粉或单掺矿粉相比，磨细钢渣粉和矿粉两者复掺时，对C50高性能混凝土性能改善更明显，即工作性能更优异，力学性能更高。

关键词：钢渣粉；矿粉；高性能混凝土；工作性能；力学性能

中图分类号：TU528.041文献标识码：A

Research on the preparation of C50 high-performance concrete

by grinding fine steel slag powder and mineral powder

Zhang Lei

(Anhui China Railway Engineering Material Technology Co., LTD., Ltd., Hefei, Anhui 230001)

Abstract: In this paper, C50 high-performance concrete was prepared by compounding grinding steel slag powder and mineral powder, and the effects of compound or single doping of grinding steel slag powder and mineral powder on the working properties and mechanical properties of C50 high-performance concrete were studied. The results show that compared with single-doped fine steel slag powder or single-doped ore powder, when the grinding fine steel slag powder and ore powder are mixed together, the performance of C50 high-performance concrete is better, that is, the working performance is better and the mechanical properties are higher.

Key words:Steel slag powder; Mineral powder; High-performance concrete; Working performance; Mechanical properties

1、引 言

钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，,在我国排放量巨大，但利用率很低，大量钢渣被集中堆积，不仅占用了土地，而且造成了环境污染与资源浪费[1-2]。近年来将钢渣作为水泥混合料、混凝土掺合料或者粗细集料用于建筑材料中使其得到一定程度的利用。近些年，许多国内外钢铁企业或研究院的研究者和专家通过优化冶炼技术，不断更新钢渣预处理方法，形成了多种钢渣处理工艺技术，提高了钢渣的综合利用率,但不同处理工艺得到的钢渣的安定性、均匀性、粒度和活性存在较大差异[3-4]。在钢渣粉混凝土的使用性能方面，大量学者和专家开展了大量的研究工作。很多学者和专家对高性能混凝土中的外部材料复合掺加方面也达到了共识，支持在高性能混凝土制备过程中，加入更多的工业化固体废弃物[5-7]。现价段，选择钢渣粉-粉煤灰作为，并积极掺加脱硫石膏、尾矿渣、矿粉等材料，复合配比组成新的高性能混凝土，能够提高高性能混凝土的综合性能，同时还能够更高效地利用工业化固体废弃物，提升固体废弃材料的综合利用价值[8-10]。

本文针对磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺制备C50高性能混凝土，笔者研究磨细钢渣粉和矿粉的不同复掺比例下对高性能混凝土抗压强度和抗渗性能的影响。

2、原材料与试验仪器、试验设计方案

2.1原材料

水泥：海螺PⅡ42.5，来源于安徽省芜湖市海螺集团有限公司；细度2.4%（200目筛）；比表面积365kg/m3；初凝时间和终凝时间分别为105min和210min；安定性合格；游离氧化钙和游离氧化镁合格；3d和28d抗折强度分别为5.2MPa和7.6MPa；3d和28d抗压强度分别为28.6MPa和49.3MPa。

磨细钢渣粉：来源于安徽省马鞍山市马钢集团总部生产的磨细钢渣粉；细度1.2%；比表面积415 kg/m3；烧失量1.43%；氯离子0.0004%；碱含量1.8%。

矿粉：S95级；来源于安徽省马鞍山市马钢集团总部生产的矿粉；

比表面积396 kg/m3；流动度比104%；活性指数92%；烧失量3.25%；碱含量0.45%；SO3含量1.17%。

砂：天然河砂，Ⅱ区中砂；来原于安徽省合肥市长丰县某砂场；比表面积2680 kg/m3；含泥量1.2%；泥块含量0.2%；细度模数为2.80；颗粒级配良好；坚固性4.2%。

石：碎石，来源于安徽省合肥市巢湖区某石料场；5mm-10mm和10mm-20mm两级配搭配（2:8）；比表面积2640 kg/m3；含泥量0.4%；泥块含量0%；颗粒级配良好；针片状颗粒含量6.5%；压碎值7.2%；

外加剂：标准型聚羧酸系高性能减水剂，减水率>25%，含气量<3.0%，中铁四局安徽中铁工程材料科技有限公司产；

水：为引用自来水。

其PO425水泥和粉煤灰、钢渣粉的化学成分见表1所示。

表1 PO425水泥、粉煤灰、钢渣粉粉的化学成分分析

2.2 试验仪器

S60单卧轴强制式混凝土试验搅拌机：河北沧州财汇试验仪器有限公司产；WT05分析电子天平：上海赛多利斯试验仪器有限公司产；HQ1直读式混凝土含气量测定仪：河北晟兴试验仪器有限公司产；SY-3000型万能试验压力机：山东济南中路昌试验机有限公司产；混凝土坍落度桶、抗压强度试模、钢板和直尺，等等。

2.3 试验设计方案

本文以C50高性能混凝土为基准，就磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺对高性能混凝土性能（工作性能和抗压强度）影响进行相关研究，其C50高性能混凝土配合比如表2所示。

表2磨细钢渣粉和矿粉复掺的C50高性能混凝土配合比设计

3、试验结果与数据分析

3.1 磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺对C50高性能混凝土工作性能的影响

磨细钢渣粉和矿粉作为活性矿物掺合料加入高性能混凝土中，对高性能混凝土的工作性能有较大改变。表3为磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺对C50高性能混凝土工作性能的影响。

表3 钢渣粉掺量对高性能混凝土工作性能的影响

首先通过调整外加剂（聚羧酸系高性能减水剂）用量或适当加3kg/m3—5kg/m3水，把C50高性能混凝土初始坍落度都控制在180mm~200mm范围之内。从表3中可以看出：当磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺制备C50高性能混凝土时，与单掺磨细钢渣粉或单掺矿粉相比，磨细钢渣粉和矿粉两者复掺时，其C50高性能的工作性能（和易性、流动性、粘聚性和柔和性）、扩展度改善效果最好，单掺磨细钢渣粉（9#试样）的C50高性能混凝土的工作性能最差；从表3中还可以看出：随着矿物掺合料中磨细钢渣粉所占比例的增加，其C50高性能混凝土的工作性能先逐渐变好而后变差；比如：随着磨细钢渣粉掺量的增加，其C50高性能混凝土扩展度先逐渐增加而后逐渐减小；其C50高性能混凝土和易性、流动性、粘聚性和柔和性都是先变好后变差，且钢渣粉掺量越高其高性能混凝土和易性、流动性、粘聚性和柔和性越差；其C50高性能混凝土含气量变化不大，都在2.0%—3.0%之间波动。综上所述：根据磨细钢渣粉和矿粉不同复掺比例对

C50高性能混凝土工作性能（扩展度、和易性、流动性、粘聚性、柔和性等）和含气量的影响，磨细钢渣粉和矿粉的最佳复掺比例为5:5。

3.2磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺对C50高性能混凝土力学性能的影响

表4为磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺对C50高性能混凝土抗压强度的影响。

表4 磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺对C50高性能混凝土抗压强度的影响

从表3中试验结果可以看出：当磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺制备C50高性能混凝土时，与单掺磨细钢渣粉、或单掺矿粉相比，磨细钢渣粉和矿粉两者复掺时，其C50高性能的（早期和后期）抗压强度最高，单掺矿粉（1#试样）的C50高性能的（早期和后期）抗压强度次之，单掺磨细钢渣粉（9#试样）的C50高性能的（早期和后期）抗压强度最低；从表3中试验结果还可以看出：当磨细钢渣粉和矿粉两者复掺时，随着磨细钢渣粉掺量的不断增加，其C50高性能混凝土（早期和后期）抗压强度先逐渐增加而后逐渐下降，当磨细钢渣粉和矿粉复掺比例为5:5时，其C50高性能混凝土（早期和后期）抗压强度达到最大值，如5#试样的1d、3d、7d和28d抗压强度分别为27.6MPa、37.5MPa、55.3MPa和65.2MPa。综上所述：根据磨细钢渣粉和矿粉不同复掺比例对C50高性能混凝土早期和后期抗压强度的影响规律，磨细钢渣粉和矿粉的最佳复掺比例为5:5。

4、结论

（1）两种矿物掺合料磨细钢渣粉和矿粉复掺制备C50高性能混凝土是可行的。

（2）针对工作性能而言，磨细钢渣粉和矿粉复掺时的效果最好，单掺矿粉的效果次之，单掺磨细钢渣粉的效果最差。

（3）针对抗压强度而言，磨细钢渣粉和矿粉复掺时的抗压强度最高，单掺矿粉的抗压强度次之，单掺磨细钢渣粉的抗压强度最低。

（4）根据磨细钢渣粉和矿粉不同复掺比例对C50高性能混凝土工作性能和抗压强度的影响规律，磨细钢渣粉和矿粉的最佳复掺比例为5:5。

参考文献：

[1] 张孜孜. 安定性良好的高活性钢渣制备及其性能研究[D]. 华北理工大学, 2018.

[2] 高志扬, 王圣文, 吕兴栋, 李响, 蒋科. 钢渣粉-水泥复合体系水化热及动力学研究[J]. 长江科学院院报, 2018, 35（12）: 138-142.

[3] 朱训国, 王利芬, 赵双, 王兆毅, 何传琪, 刘星池. 钢渣混凝抗冻与抗渗性能研究[J]. 四川建筑科学研究, 2019, 45（3）: 106-109.

[4] 宋凯强, 刘福田. 钢渣微粉与矿渣粉对混凝土性能及水化机理的影响研究[J]. 水泥工程, 2015, （4）: 76-80.

[5] 黄志斌. 钢渣粉与矿渣粉在混凝土中的应用[J]. 福建建筑, 2009, （12）: 47-48.

[6] 周白露, 丁华柱, 陈乔, 刘围. 磨细钢渣粉对混凝土力学性能的影响[J]. 粉煤灰, 2016, (06): 13-15.

[7] 王戎. 钢渣粉对混凝土性能的影响[J]. 山东农业大学学报, 2019, 6（2）: 221-224.

[8] 蔡琪瑛. 磨细钢渣粉对水泥混凝土性能影响的研究[J]. 混凝土与水泥制品, 2012, (05): 5-8.

[9] 程岚. 双掺秸秆灰钢渣绿色混凝土配合比设计及性能研究[D]. 河北建筑工程学院, 2019.

[10] 李志军, 侍克斌, 努尔开力.依孜特罗甫. 锂渣、钢渣高性能混凝土早期抗裂性能试验研究[J]. 混凝土, 2013, (02): 25-27.

作者简介：张磊，1990年，男，安徽黄山人，助工；研究方向：混凝土和混凝土外加剂。