大比例热焖钢渣水泥混凝土基本力学性能研究

杨琴琴 苑淑雅

（新疆工程学院， 新疆 乌鲁木齐 830023）

0 引言

中国是钢铁大国，每年的钢渣产量达到亿吨级，但是钢渣的综合利用率不足30%。研究发现传统处理后的钢渣含有f-CaO、f-MgO易带来安定性不良等问题[1]，但是经过热焖工艺后f-CaO、f-MgO的总体含量小于2%，同时也可研磨成比表面积大于400m2/kg的微粉，热焖工艺彻底解决了钢渣的安定性和耐磨性问题[2]。文献[3]采用化学全分析、物理力学性能检测等对钢渣水泥相关性能进行测定和分析研究，得出能使钢渣活性充分发挥的最佳粉磨细度及其在水泥中的最优掺量，最终实现冶金废渣资源的充分利用，改善水泥性能，降低水泥生产成本。热焖后钢渣具有良好的路用性能，提高钢渣的利用率不仅可以缓解建筑材料短缺的现状，同时减少由于钢渣堆弃对其周围环境产生的不利影响。规模化利用废弃钢渣已经成为我国钢铁行业可持续发展的目标之一。

1 试验原材料

水泥：试验采用42.5#普通硅酸盐水泥。

钢渣：该试验采用的钢渣为采用热焖工艺处理的废弃钢渣，粒径均匀，呈灰褐色，表面粗糙，气孔较多，是4.75～26.5mm的连续级配，钢渣砂表观密度为3610kg/m3，细度模数为2.70，属于II区中砂。钢渣存放期为半年。

砂石：试验采用的机制砂表观密度为2730kg/m3，细度模数为2.60，属于II区中砂；试验用到的粗集料为连续级配石灰石碎石，试验使用砂、石料均符合标准中技术规范要求[4]。

试验方案：采用如表1所示的钢渣、钢渣砂等体积替代普通混凝土粗骨料、细集料进行对比试验（每组9个试件）；水泥混凝土按照C30标准制定，水灰比为0.65，其力学性能试验参照GB/T50081-2002。先将集料与水泥均匀拌合3min后加水，再均匀拌合3min后立即进行坍落度试验，坍落度范围控制在18～20cm，并将拌合物置于150mm×150mm×150mm及150mm×150mm×550mm试模内震动成型，在室内静置24h后脱模，然后于标准养护条件下养护3d、7d、28d、60d，达到龄期后进行抗压、抗折强度试验（见表1）。

表1 各组钢渣替代率

2 试验结果分析

2.1 抗压强度（见表2）

表2 抗压强度试验结果 MPa

由表2和图1可知，钢渣、钢渣砂等体积替代普通混凝土中粗集料、细集料时，强度等级为C30钢渣混凝土与普通混凝土相比，7d抗压强度并不明显，近似相等；28d以后钢渣混凝土的抗压强度明显高于普通混凝土。第2～5组钢渣混凝凝土抗压强度随着钢渣替换比例的增加而增大，在7d～28d龄期内，钢渣混凝土抗压强度呈现快速增长趋势，28d后增长趋势减缓。第6～9组钢渣混凝土的抗压强度随着钢渣砂替换比例的增大呈现先增大后减小的趋势，当钢渣砂的替换比例为50%的时候，钢渣混凝土的抗压强度达到最大值，钢渣砂替换普通混凝土中细集料的比例存在最佳替换，钢渣砂等体积替代普通混凝土中细集料的比例应控制在50%以内。在7d～60d龄期内，钢渣砂替代普通混凝土中细料的钢渣混凝土抗压强度呈现快速增长趋势，60d后钢渣混凝土抗压强度增长趋势减缓[5]。

图1 1～9组抗压强度变化曲线

由图2可知，全钢渣混凝土的抗压强度明显高于钢渣、钢渣砂100%替换普通混凝土中粗集料、细集料的钢渣混凝土，说明全钢渣制作的混凝土具有明显的强度优势。单独对比第5组和第9组，在龄期28d前，钢渣替代普通混凝土中粗集料的钢渣混凝土强度高于钢渣砂替代普通混凝土中细集料的钢渣混凝土；在28d龄期后，钢渣砂替代普通混凝土中细集料的钢渣混凝土较钢渣替代普通混凝土中粗集料的钢渣混凝土更有强度优势。单独对比第1组和第10组，钢渣替代普混凝土中集料的钢渣混凝土具有很大的强度优势。

图2 第1、5、9、10组抗压强度变化曲线

2.2 抗折强度（见表3）

表3 抗折强度试验结果 MPa

由表3可知，钢渣混凝土的抗折强度高于普通混凝土抗折强度，钢渣混凝土的抗折强度随着钢渣、钢渣砂替换比例的增加而增大，钢渣作为混凝土集料有助于提高混凝土的抗折强度。主要因为钢渣成分中含有低活性物质，钢渣中的强度有效成分经过养护之后形成胶凝体，增强了集料粘结的过度区间强度，进而提高钢渣混凝土的整体性，表现为钢渣混凝土抗折强度的提高。单独对比第5组、第9组发现钢渣砂替代普通混凝土中细集料的钢渣混凝土比钢渣替代普通混凝土中粗集料的钢渣混凝土的抗折强度高。这是因为加入钢渣后,改变了混凝土的内部结构，主要是强化了界面过渡区，而钢渣砂的强化效果高于钢渣，改善了抗折性能。混凝土构件的抗折强度一般都和试件底面受拉能力有关，界面粘结力越大，材料的抗折强度越高。

3 结束语

钢渣作为混凝土粗集料会增强混凝土的抗压强度和抗折强度，且随着钢渣替代比例的增加而增大。钢渣砂作为混凝土细集料时会增加混凝土的抗压强度，抗压强度随着钢渣砂替代比例的增加呈现出先增加后降低的趋势，钢渣砂替代普通混凝土中细集料的比例应控制在50%以内。钢渣砂替代混凝土中细集料可以增强混凝土的抗折强度，抗折强度随着钢渣砂替代比例的增加而增大。钢渣100%替代混凝土集料时可以得到强度最高的钢渣混凝土，钢渣具有良好的路用基本力学性能。