钢渣无粗骨料混凝土的试验研究

钢渣无粗骨料混凝土的试验研究

朱会荣  房会昕  于超

吉林建筑大学，吉林 长春130000

摘要：本文主要对钢渣进行了性能测试，并利用钢渣制备了不同强度等级的无粗骨料混凝土，并对混凝土的工作性能和力学性能进行了试验研究。由试验数据分析可知：依据JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，热闷法处理后的钢渣作为机制砂，其表观密度、堆积密度、空隙率等指标均符合标准要求，且不具有碱活性。用其配制的钢渣无粗骨料混凝土，28d立方体抗压强度可高达101.2MPa，远大于普通混凝土，且从经济角度分析，同标号混凝土每立方米生产成本可节省48元。

关键词：钢渣；混凝土；立方体抗压强度；经济

1 前言

钢渣作为钢铁工业的废物，每年排放量都超过2000万吨，资源浪费的同时还占据着宝贵的土地资源，给周围环境带来了严重的污染，我国正投入大量人力、物力和财力来研究钢铁废渣的利用方法[1]。日本和美国的钢铁废渣利用率已经接近100%。而欧洲为65%。相比之下，中国的钢渣利用率很低，只有10%左右[2]。差距令人震惊。钢渣作为粗骨料或将其与钢渣粉混合，能够显著提升混凝土的机械性能、耐磨性能和耐久性能[3]。这不仅实现了废物资源化，保护了环境，更使它们变废为宝，实现“变害为利”的目的。

2 原材料性能测试

本试验中所用钢渣均来自通化钢铁厂热闷法处理的钢渣，再由通化市豪泰再生资源利用有限公司提铁后剩余部分小颗粒钢渣。

（1）化学组成

使用X荧光光谱仪测得钢渣的主要化学组成如下：CaO、Fe2O3、SiO2、CO2、MgO、Al2O3、MnO、P2O5、SO3、TiO2、V2O5、Na2O、K2O等，不含有害物质，不会对人造成伤害，可以用于水泥混凝土中。

（2）钢渣表观密度、堆积密度、筛分析及含泥量测试

依据JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》测得钢渣堆积密度为1690Kg/m3，钢渣表观密度为3480Kg/m3，通过筛分析试验测得钢渣细度模数为2.75，因此该钢渣按粗细程度分属中砂，颗粒级配区属于2区 ，钢渣含泥量为1.6%，经计算得出钢渣空隙率为43%，其各项指标均符要求，所以可以将其作为机制砂拌制混凝土。

（3）钢渣膨胀性检测

采用快速膨胀性检测方法进行测试，取42.5MPa的普通硅酸盐水泥（1350+5）g、钢渣粉（150±1）g、水（675+1）g，充分搅拌后注入到600ml玻璃瓶中，盖上瓶口，观察玻璃瓶是否胀裂。通过56天的观察，玻璃瓶未出现裂纹，由此可得出，该钢渣不具有膨胀性。

（4）碱-骨料反应测试

依据GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中快速砂浆棒法对钢渣进行了碱-骨料反应测试。以42.5MPa的普通硅酸盐水泥与钢渣质量比为1:2.25的比例，水/灰比为0.47，制得样品，带模养护（24±2）小时，脱模，测量样品的初始长度，然后将试件浸入养护筒中，并保持水温在（80±2）℃范围内养护（24±2）小时。取出试件用毛巾擦干表面，并立即读出试件的初始长度。再将所有试件分别浸入1 mol/L NaOH 溶液的养护池中，并保持溶液温度在（80±2）℃范围内。长度测量周期从确定参考长度的时间开始计算，在测量参考长度后每隔3天、7天和14天分别进行一次测量。试件14天的膨胀率分别为0.035%、0.046%和0.045%，均小于0.1％，这说明钢渣不具有碱-骨料反应活性。

通过上述试验可知：本实验中所用钢渣可以作为人工细骨料替代普通砂来制备无粗骨料混凝土。

3钢渣无粗骨料混凝土的试验研究

本试验中，混凝土的配合比是按体积填充法，即根据钢渣的空隙率使用不同填充系数的胶浆进行填充，从而得到混凝土配合比，具体配合比及强度见表1。

表1 混凝土试验配合比及立方体抗压强度

通过测试12组100mm×100mm×100mm混凝土立方体抗压强度，分别得到6种不同填充系数的混凝土28d立方体抗压强度。由表中数据可知，与对照组相比，使用钢渣配制的无粗骨料混凝土立方体抗压强度远远高于普通砂的混凝土。这是因为钢渣和水泥的化学成分相似，它们在水化反应中生成了C-S-H凝胶，减小了混凝土的界面过渡带，使得混凝土没有了明显的界面过渡区，混凝土更为密实，从而提高了混凝土的强度。随着胶材填充系数的增大，钢渣制备的无粗骨料混凝土的强度逐渐增大，同时，需水量也不断增加。从以上数据可知，试件强度均偏高，所以我们又考虑使用粉煤灰与磨细钢渣粉替代部分水泥，一方面降低成本，一方面调整强度。固定钢渣用量，使用1.0、1.1、1.2的填充系数，继续探讨不同强度等级的混凝土立方体抗压强度。通过实验数据可知，使用钢渣拌制的无粗骨料混凝土的56天强度较28天强度还能增长10%-15%。根据数据对比可知随着填充系数K的增大，混凝土28天强度也不断增大，当填充系数K为1.2时，其28天混凝土强度能达到52.7MPa，所以在此基础上，再探究在一下填充系数K=1.20~1.24时混凝土立方体抗压强度。通过试验可知，当填充系数K大于1.2后，随着填充系数的增大，混凝土的抗压强度又逐渐变低。当填充系数K为1.2时，混凝土强度等级可达到C45，当填充系数K为1.21时，混凝土强度等级可达到C40，当填充系数K为1.22时，混凝土强度等级可达到C35。

4 钢渣无粗骨料混凝土经济效益分析

按当前时下各种试验用原材料价格来计算混凝土生产成本，水泥按350元/吨，矿粉按170元/吨，钢渣按50元/吨，砂子按100元/吨，碎石按110元/吨，粉煤灰按70元/吨，以C40混凝土为例，制备1立方米普通混凝土需要280元，而使用钢渣配制的1立方米混凝土仅需要232元，相比之下每立方米混凝土节约成本了48元。

5 结语

（1）依据JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，通过热闷法处理后的钢渣作为机制砂，表观密度、堆积密度、空隙率等指标均符合标准要求，且不具有碱活性。

（2）钢渣作为骨料配制混凝土，混凝土28d立方体抗压强度可高达101.2Mpa，远大于普通砂配制的混凝土强度。

（3）从经济效益分析，钢渣属于工业废弃物，其价格远低于普通砂。以同强度C40混凝土为例，用普通砂石配制的混凝土每立方米造价为280元，而用钢渣配制的混凝土每立方米造价仅为232元，能降低造价48元。

参考文献

[1]李光强,彭其春,章奉山.日本钢铁厂的少渣冶炼工艺和钢渣再利用.2003年冶金能源环保生产技术会议论文集.2003:252-257.

[2]朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展.2002年中国国际钢铁大会2002:189-197.

[3]白敏,尚建丽,张松榆.钢渣替代粗集料配制混凝土的试验研究.混凝土,2005,7：63-64.

[4]JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》.

作者简介：朱会荣（1977-），女，汉族，吉林长春，硕士，吉林建筑大学，实验师

吉林省教育厅科研项目：本文是吉林省教育厅2023年产业对接项目（JJKH20230332CY）