钢渣砂混凝土工作性能研究

文/田井锋 黄 侠 王成刚（.安徽省城建设计研究总院股份有限公司 .合肥工业大学土木与水利工程学院）

一、引言

钢渣是炼钢工业的废渣，其产量是粗钢产量的10%～15%[1]。2018 年我国粗钢产量高达9.28 亿吨，钢渣产出已远远超出1 亿吨，而钢渣的综合利用率仅为30%左右[2]，大量钢渣堆放对经济和环境都是巨大的负担。用钢渣替代部分天然骨料，不仅能使钢渣得到二次利用[3]，还能降低天然砂石资源的用量，改善钢渣堆放造成的环境污染[4]。研究表明，钢渣粉中含有C2S、C3S等矿物成分，具有潜在活性，可以降低浆体的水化热，提高混凝土拌合物的流动性[5]；钢渣集料（5～20mm）全部替代粗集料后，可以降低钢渣粗集料与水泥浆体之间的宽度，增强其黏结力，进而在一定程度上提高钢渣混凝土的力学性能[6-7]。

本文采用马钢四钢轧总厂300t 转炉渣热闷工艺产生的钢渣砂取代天然砂，制备C30 钢渣砂混凝土，研究钢渣砂对混凝土工作性能的影响。

二、原材料

普通细集料：普通河砂，属于Ⅱ区中砂，细度模数为2.87。

水：自来水。

水泥：安徽海螺建材的P·O42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥基本性能见表1。

粗集料：天然石灰岩碎石，试验选用级配为5～10mm、10～20mm 组合级配。采用图解法进行级配设计，确定粗集料配合比为5～10mm 碎石与10～20mm 碎石的比例为3∶7，测定其表观密度2.72g/cm3，含泥量0.28%，吸水率0.55%。

表1 水泥基本性能

钢渣砂：马钢四钢轧总厂300t 转炉渣采用热闷工艺产生的钢渣颗粒，利用XRF 衍射测试出钢渣砂化学组成为CaO 50.3%，Fe2O324.68%，SiO211.7%，MgO 3.94%，P2O52.64%，Al2O32.95%，TiO21.25%，其他0.32%。

将钢渣砂筛分为2 个级配后，采用图解法进行级配设计，确定0.3～1.18mm 钢渣砂与1.18～4.75mm 钢渣砂的比例为7∶3。配比后钢渣砂表观密度3.35g/cm3，含泥量1.1%，细度模数2.91。

三、配合比设计

试验采用绝对质量法进行配合比设计，将C30 基准混凝土坍落度控制在110mm±20mm 范围内。钢渣砂等质量取代天然砂，取代率分别为0、25%、50%、75%、100%，钢渣砂混凝土配合比见表2。

表2 钢渣砂混凝土配合比（单位：kg/m3）

四、试验方法

试验采用半自动混凝土搅拌机，配合比采用表2 中所设计的方案。先将水、水泥和河砂置于搅拌机中，开动搅拌机搅拌30s 后停止，再依次加入钢渣砂和石子，搅拌3～5min 后测其坍落度。

分批次将拌合物铲入坍落度测试筒中，每次的铲入量约为筒体高度的三分之一，每次装料后，利用钢棍对内部进行均匀插捣。第三次插捣后，将筒口溢出边缘的拌合物除去，然后快速提起筒体，测量和记录拌合物高度的降低。第一次坍落度测试后，分别在30min 和60min 时再次进行坍落度试验并记录数据。

五、试验结果与分析

依据试验，记录普通混凝土拌合物和不同取代率钢渣砂混凝土拌合物的坍落度数据，其试验的结果见表3。由表3 数据可以看出，各组混凝土的坍落度随着时间增加而降低；在同一时刻，坍落度从大到小依次为P0＞P1＞P2＞P3＞P4，随着钢渣砂取代率的提高，各组混凝土的坍落度随之降低，钢渣砂混凝土的坍落度均小于普通混凝土的，添加钢渣砂对混凝土的工作性能有不利的影响。由表3 数值可见钢渣砂取代率为25%的钢渣砂混凝土的工作性能与普通混凝土最为接近，是钢渣砂的最佳取代率。

表3 各组混凝土坍落度值（单位：mm）

随着时间的增加，各组混凝土的坍落度随之而降低，但各组混凝土的坍落度经时损失率却相差很大，见表4。经过30min 和60min 放置后，混凝土坍落度损失率从大到小依次为P4、P3、P2、P1、P0。由此看出，坍落度经时损失率与钢渣砂的取代率成正相关，即混凝土坍落度损失率随钢渣砂的取代率提高而增大。

表4 坍落度经时损失率

六、结论

1.钢渣砂作为细集料对混凝土的工作性能有一定的不利影响。

2.随着钢渣砂取代率的增加，坍落度损失就越大；时间越长，坍落度的损失越大；并且随着钢渣砂取代率的升高，混凝土坍落度损失越快。

3.当钢渣砂的取代率为25%时，钢渣砂混凝土工作性能与普通混凝土最为接近，故最佳取代率为25%。