钢渣混凝土强度特性的试验研究

1、钢渣混凝土强度特性的试验研究3王保民1胡斌2蔺怀义3(11国贸工程设计院北京100037;21北京华清技科工程建设咨询有限公司北京100084;31中国建筑设计研究院北京100044(11G uoMao Engineering Design Institute ,Beijing 100037;21HTTS C onstruction Engineering C onsulting C o.,Ltd.Beijing 100084;31China Architecture Design And Research G roup ,Beijing 100044摘要本文通过试验着重研究和分析钢渣粒径级配

2、分布对钢渣混凝土力学性质的影响特点,以及最佳级配关系;同时探索钢渣粉、粉煤灰、水泥三者之间不同组成比例时,钢渣混凝土的力学属性和强度变化规律,以便求出最佳配比,从而为钢渣、粉煤灰的综合利用提供基础资料和科学依据。关键词钢渣粉煤灰钢渣混凝土强度ABSTRACT This paper studies and analyses distribution o f steel slag radius influences behavior to mechanics property o f steel slag concrete ,as well as the best relation o f gra

3、dation by test.Meanwhile consti 2tuting steel slag powder ,fly ash 、cement 、force property and changing law o f strength is provided.So the best composition is calculated and basic data 、scientific basis is provided for synthetic use about steel slagand fly ash.KE YWOR DS Steel slag Fly ash Concrete

4、 o f steel slag Strength3北京市教委科研项目资助(km200310009036概述钢渣是炼钢工业中用石灰提取渣杂质而大量生成的废渣,平均每生产1t 的钢材就会产生012t 左右的钢渣,我国钢渣年总排放量1000多万t ,综合利用率达60%左右,其中除了部分回收外,大部分应用到建筑工程或建材业。鉴于钢渣与矿渣在化学成分上的相似性,钢渣可以代替部分矿渣制造钢渣水泥。例如某些单位就采用了少量强碱激发剂代替部分熟料,研制成功节能型钢渣矿渣水泥。还有将0210mm 钢渣用于生产空心砖及其它混凝土制品,其效果显著。使用不同的方法将钢渣灌入地基成桩,用以提高地基承载力和减少沉降,称之

5、为钢渣地基加固法。在我国使用钢渣桩有记载的工程是1982年12月21983年2月上海市南汇县咸塘港桥台地基加固工程。在日本,从1975年起多次使用钢渣挤密桩加固地基,其主要是为了防止砂性地基土的振动液化。1在上述应用的同时,如能将钢渣作为粉煤灰的骨料,形成钢渣混凝土,其力学强度将提高几倍,相当于加筋桩,提高抗剪或抗震作用。一般情况下,在混凝土中掺入一定量的粉煤灰后,除了粉煤灰本身的火山灰活性作用,生成硅酸钙凝胶,作为胶凝材料一部分起增强作用外,在混凝土用水量不变的条件下,可以较好地改善混凝土的和易性,同时还可降低水化热。如果保持混凝土拌合物原有和易性不变,那么就可以减少用水量,起到减少孔隙的效

6、果,从而提高混凝土的密实度和强度,并能增强耐久性。如果将钢渣和粉煤灰混合使用,那么钢渣桩就可以体现出粉煤灰和钢渣的物理特性、力学特点;同时钢渣可以起到加筋作用,提高桩体的强度,并充分利用废弃资源,减少对砂石的需求量,这样既可以减少废弃资源占用和破坏耕地,又减少其所产生的污染,从而减少对自然环境的破坏。钢渣和粉煤灰价格低廉,所以也可以减少工程造价。一、试验原材料及其性质本文实验研究的转炉钢渣取自首钢总公司,第21卷第4期2004年12月特种结构Vol 121No 14Dec 12004取粒径在150mm以下。根据粒径大小分为3种类型:0#渣,粒径d<20mm;1#渣,20d<40mm

7、; 2#渣,40d<150mm。11钢渣的化学成分转炉钢渣的化学成分见表1,该钢渣碱度为w(CaO/w(SiO2=2177。表1首钢转炉钢渣的化学成分(% S iO2Fe2O3Al2O3CaO M gO FeO MnO P2O5f CaO 151862213731884410010104713011111134018021钢渣特性1,2钢渣单独应用于地基的作用主要有以下几个方面:(1吸水作用:钢渣中含有游离氧化钙,它将与土中的水生成熟石灰,有相当于游离氧化钙重量32%的水分被吸收,从而改善土的力学性质,同时钢渣吸水后产生膨胀,挤密桩周土体或其它溶洞,效果显著。(2粉化性将钢渣随意放置在空

8、气中,由膨胀继而引起崩解,由大块崩解为小块和粉末,这种现象称为钢渣的粉化,粉化后粒径小于15mm的重量占试样总重量的百分率,称为粉化率。当钢渣中含游离氧化钙1%4%以上时,则可使钢渣发生膨胀崩解,大于5%时则会产生不同程度的粉化。但由于钢渣本身的不均匀性,即使同一炉所产生的粉化程度也有所不同。(3水凝性从转炉钢渣矿物的成分分析,钢渣中的主要水硬性矿物硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S都具有水凝性。C3S的早期和后期强度都较高,而C2S早期强度低,后期强度高。与水泥熟料相比,钢渣中的C3S、C2S含量低,且熔进杂质,形成固熔体,因而水凝性发展缓慢。一般是钢渣颗粒越细其水凝性发挥越充分。(4离子团粒化

9、作用:钢渣中含有硅酸三钙、硅酸二钙等水泥矿物,用钢渣加固软土时,钢渣颗粒表面的矿物将与软土中的水产生作用,发生水解和水化反应,生成氢氧化钙、硅酸钙等;而软土作为多项分散系,土粒中含量最多的二氧化硅遇水后形成胶体颗粒,使小的土粒组成相对较大的团粒,从而提高土体的强度。31钢渣的级配试验的理论依据目前国内采用的级配理论主要有最大密度曲线理论。富勒等人研究得出:固体粒径按粒度大小,有规则地组合排列,粗细搭配,可以得到密度最大、空隙最小的混合料。初期研究理想曲线是:细集料以下的颗粒级配曲线为椭圆形曲线,粗集料级配曲线为与椭圆曲线相切的直线,由这两部分组成的级配曲线, 可以达到最大的密度。这种曲线计算比

10、较繁杂,后来经过许多研究改进,提出简化的抛物线最大密度理想曲线。该理论认为:混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线,则其密度愈大。本次试验就以该理论为依据,进行级配试验和分析。二、钢渣混凝土的试验结果11钢渣级配试验试验采用的原始钢渣级配情况见表2和图1,0#钢渣级配情况见表3和图2,1#钢渣级配情况见表4和图3。根据最大密度曲线理论和从图1看出:原始钢渣的最大密度曲线接近抛物线,可见其级配情况良好。表2原始钢渣筛分数据筛孔尺寸mm0116013150163112521551020311540通过百分率%615281861315117132251336136511007112195100100图1原

11、始钢渣的级配情况表30#钢渣筛分数据筛孔尺寸mm0116013150163112521551020通过百分率%811215186181512713239125511470121100S PS T特种结构2004年第4期21 钢渣混凝土随不同配比和粒径变化的力学属性及变化规律 (1不同配比对抗压强度的影响从表 5和图4、5可以看出:在掺入水泥、粉煤灰及钢渣总重量不变的条件下,0#渣与1#渣不同配比混合渣(配比编号1,2,3,4,测得各个龄期的抗压强度值,见图4;通过对比可以看出,在相同的龄期下,0#渣与1#渣重量配合比为23时,其抗压强度最大,即1<2<3>4,说明当0#渣与1

12、#渣重量配合比为23时,级配最佳,即混合料的密实度最大,从而其抗压强度也最大。图20#钢渣的级配情况表41#钢渣筛分数据筛孔尺寸mm20311540通过百分率%97100图31#钢渣的级配情况(2抗压强度增长情况从表5和图5可以看出:无论哪种配合比,开始阶段抗压强度增长较快,而后期抗压强度增长有所减慢。这是因为钢渣中的C 3S 、C 2S 等对早期强度起作用。三、结论通过上述试验研究,可以得到如下几点认识:11钢渣取代混凝土中的粗集料后,当级配处理得当时,其力学强度就很好;表5在不同龄期下测得钢渣混凝土的抗压强度(MP a编号钢渣混凝土配合比各材料用量/kg/m 3水泥:粉煤灰:0#渣:1#渣

13、:水7d 14d 28d 1396441065710185161628133114239644887158871518522102918321233964471010651853313371039104396445921183185281231163414图4抗压强度随时间变化的历时曲线(MPa 图5各种配比不同养护时间的抗压强度(MPa 21钢渣粉可以取代部分水泥,与粉煤灰、水泥和粗集料钢渣形成的混凝土,当配比选择适宜,完全可以替代常规混凝土,用于建筑工程和基础工程,从而降低工程造价。31钢渣桩的力学特点要好于碎石桩和CFG 桩,又可预防液化等灾害。参考文献1吴邦颖,张师德,陈绪禄等编著1软土地基处理1北京:中国铁道出版社,19952王炳龙,吴邦颖,方卫民1钢渣桩加固地基的研究1上海铁道学院学报,1999年3月,772793关少波等1钢渣在回填地基中的应用1住宅科技,199819,352374黄晓明,潘钢华,赵永利编著1土木工程材料1南京:东南大学出版社,200115郑云峰,周殿雄1湿排粉煤灰地基采用排水板动力置换钢渣挤实法加固试验研究1粉煤灰,1995年第5期,22页6符芳主编1建筑材料1南京:东南大学出版社,19957王华生,赵慧如编著1混凝土技术禁忌手册1北京:机械工业出版社,200218张文生等1粉煤灰与水泥熟料共同水化硬化的基础研究进展及评述1硅酸盐学报