钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩和孔结构的影响

周仁道 益瑞石 马治平 武海龙 齐怿

【摘要】钢渣粉、钢渣砂的应用会降低水泥砂浆的孔隙率，优化孔结构，进而提高水泥砂浆的密实程度。为此，本文首先设计了钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩和孔结构的影响实验，其次分析了钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩和孔结构的影响实验结果，旨在为钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩和孔结构的影响研究提供参考意见。

【关键词】钢渣;水泥砂浆;干燥收缩;孔结构

钢渣属于工业固体废弃物，实现钢渣资源化应用的方式是将其作为水泥基材料，但是由于钢渣的胶凝活性较强，因此会对水泥水化进程及水泥性能造成一定影响。水泥砂浆干燥收缩现象则会导致混凝土开裂，尽管这一过程较长，但是早期干燥收缩是混凝土开裂的关键因素，并且还会对混凝土的强度造成影响。

1、钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩和孔结构的影响实验

1.1原材料选择

本次实验选择的水泥为海螺P·Ⅱ52.5R。钢渣粉、钢渣砂来自于本市一家建材公司，其安定性均合格。水泥和钢渣粉化学成分统计见图1。

1.2水泥砂浆配置比例

水泥砂浆配置的水胶质量比为1：2，砂胶质量比为1：3，基准砂浆为未掺加钢渣粉、钢渣砂的水泥胶砂。分别按照水泥质量的10%、30%、50%添加钢渣粉，设置为1号水泥、2号水泥、3号水泥。分别按照基准砂浆质量的20%、30%、40%添加粒径为0-1.5mm的钢渣砂，设置为A1号砂浆、A2号砂浆、A3号砂浆;按照基准砂浆质量的20%、30%、40%添加粒径为1.5-2.5mm的钢渣砂，设置为B1号砂浆、B2号砂浆、B3号砂浆;按照基准砂浆质量的20%、30%、40%添加粒径为2.5-5.0mm的钢渣砂，设置为C1号砂浆、C2号砂浆、C3号砂浆。

1.3实验方式

钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩的影响实验方式：将一套实验样本放置在室温20℃、湿度90%的环境中，养护一天后拆模;将一套样本放置在室温20℃、湿度65%的环境中，养护一天后拆模。计算实验样本各龄期的长度，并计算各龄期的干燥收缩率[1]。

钢渣对水泥砂浆早期孔结构的影响实验方式：实验环境和养护方式与上述实验相同，随后将其碾碎成3-5mm的颗粒，用无水乙醇终止水化，放置在温度为40℃的真空干燥箱中，孔结构测定应用压汞仪。

2、钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩和孔结构的影响实验结果

2.1钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响

2.1.1钢渣粉的影响

钢渣粉添加量对水泥砂浆早期干燥收缩性能有着十分明显的影响，尤其是对14天以后龄期的水泥砂浆而言。在14天以前龄期中，添加量为30%的钢渣粉对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响最小;添加量为50%的钢渣粉的钢渣粉对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响稍大，但是仍然低于基准砂浆。

2.1.2钢渣砂的影响

不同粒径范围的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能不同。其中，对于粒径为0-1.5mm的钢渣砂而言，添加量为30%的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响最小，添加量为20%和40%的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响大于基准砂浆。对于粒径为1.5-2.5mm的钢渣砂而言，添加量为30%的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响最小，添加量为20%和40%的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响与基准砂浆较为接近。对于粒径为2.5-5.0mm的鋼渣砂而言，添加量为20%和30%的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响较小，添加量为40%的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能的影响大于基准砂浆[2]。

2.1.3钢渣粉和钢渣砂混合的影响

添加钢渣粉和钢渣砂的水泥砂浆早期干燥收缩性能小于基准砂浆，时间范围为1-3天，3天后，便会大于基准砂浆。在钢渣砂添加量和粒径范围固定的基础上，钢渣粉添加量从30%改变为10%后，水泥砂浆早期干燥收缩性能明显下降。但如果应用的是粒径为2.5-5.0mm的钢渣砂，钢渣粉添加量从30%改变为10%后，水泥砂浆早期干燥收缩性能会略微增加。

2.2钢渣对水泥砂浆早期孔结构的影响

如果只是在水泥砂浆中添加钢渣粉，水泥砂浆的孔隙率会明显降低，这表示其孔径分布得到了明显改善。添加量为30%的钢渣粉的水泥砂浆的孔隙率为10.84%，基准砂浆的水泥砂浆的孔隙率为11.74%。具体表现如下，添加量为30%的钢渣粉的水泥砂浆中孔径超过50mm的孔隙的数量会增加，孔径为10-50mm的孔隙的数量会减少，孔径为10mm的孔隙的数量变化不明显。

2.3实验结果分析

通常情况下，活性较低的矿物添加物质不会出现收缩变形现象，这表示水泥泥浆产生的干燥收缩现象是由于水泥泥浆自身的收缩变形。如果湿度超过50%，水泥砂浆早期干燥收缩因素主要为水蒸气导致的张力;由于不同孔径孔隙产生的张力不同，因此孔径分布会影响水泥砂浆早期干燥收缩性能;在相同的环境下，孔径越小，表示水泥泥浆的失水效率越低，早期干燥收缩性能越大。

结语：

在一定添加范围，添加钢渣砂或钢渣粉，均会降低28天内水泥砂浆早期干燥收缩性能，如果添加量超过30%，钢渣砂或钢渣粉对水泥砂浆早期干燥收缩性能的改善较小;在添加量相同的情况下，粒径小于2.5mm的钢渣砂对水泥砂浆早期干燥收缩性能的改善较大。

参考文献：

[1]谢迁，陈小平，温丽媛.用于水泥砂浆矿物掺合料的发展现状及展望[J].混凝土，2016，03：89-93.

[2]李楠，张国防，王培铭，等.钢渣对水泥砂浆早期干燥收缩和孔结构的影响[J].建筑材料学报，2016，1904：712-718.

[3]顾万，肖鹏，杨宇轩，等.再生水泥稳定碎石基层材料收缩及疲劳性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2018，12：95-100.