礦物多元摻和料配制混凝土應用性能研究

　　摘要：對等單摻鋼渣及粉煤灰混凝土和鋼渣、粉煤灰不同摻量復合摻和料混凝土的工作性能與力學性能進行了對比研究，并從物相的組成和水化特性及反應等多方面進行了綜合分析。研究結果表明鋼渣與粉煤灰復合配制最佳比例為4：3，摻量為35％時具有良好的復合疊加效應。

　　關鍵詞：鋼渣； 粉煤灰； 混凝土； 復合疊加效應

　　作者簡介：李世秋（1963-），男（漢族），湖南長沙人，研究員級高級工程師，博士研究生。

1前言

　　根據混凝土不同使用性能要求，在混凝土配制中摻和一定比例的粉煤灰、礦渣粉用來改善混凝土的工作性能與力學性能，滿足混凝土的使用功能要求的研究和工程應用技術已經趨于成熟，工程應用已較廣泛和普遍，但隨著應用量的不斷增加，資源的供給已逐漸凸現出日趨緊缺的現象.同時，粉煤灰在摻和過程中會對環(huán)境造成不同程度的影響，相比而言，磨細鋼渣粉這種新開發(fā)的礦物摻和料，可與粉煤灰復合配制成新型鋼渣－粉煤灰復合摻和料。由于磨細鋼渣成本明顯低于礦渣，較單摻礦渣混凝土的生產成本大為降低，工程應用效果更顯優(yōu)勢。試驗研究表明：磨細鋼渣粉摻和料具有早期活性高，明顯降低水泥水化熱并顯著改善混凝土長齡期氯離子滲透性能等優(yōu)點?；趯︿撛傻臍溲趸}可加強對粉煤灰的激活作用的理論分析，試驗中發(fā)現在摻和量較高的條件下它可以在一定程度上彌補水泥水化產物氫氧化鈣的不足，其效果可優(yōu)于現在常用的礦渣－粉煤灰復合摻和料。因此，經篩選后，試驗采用了在20％和35％兩種摻量下，對比研究了鋼渣兩組合；鋼渣、粉煤灰二元組合；粉煤灰兩組合對混凝土性能的影響及規(guī)律，并從摻和料的水化、顆粒形狀特征、稀釋效應及體積效應角度對試驗結果綜合分析，其研究結果對于采用鋼渣摻和料的混凝土工程具有一定的指導意義。

2試驗材料及試驗方法

　　2.1試驗原材料

　　水泥：采用湘鄉(xiāng)42.5普通硅酸鹽水泥，其化學組成、礦物組成及物理力學性能見表1、表2。

　　磨細鋼渣來自湘潭鋼鐵公司，其比表面積均控制在486m2/kg左右，粉煤灰采用株洲火電廠的Ⅱ級粉煤灰，其比表面積約為1750cm2/g，鋼渣、粉煤灰的分類、化學組成及比重見表3。

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　　配制混凝土河卵石來自湘江，最大粒徑為31.5mm，連續(xù)級配；中砂來自湘江，砂的模度細數為2.9，相關物理性能見表4。

　　為了有效而適當控制混凝土的泌水量，采用長沙黃騰外加劑廠，生產的黃騰牌VNF-3C高效減水劑，推薦摻入量1～1.5％。

　　2.2試驗內容及方法

　　為考察不同水膠比和砂率波動對混凝土工作性能和力學性能的影響程度。在試驗中我們選用了四種不同的水膠比和砂率，發(fā)現不同的水膠比和砂率對混凝土的工作性能和力學性能均有不同程度的影響，本例就其中最佳的一組配比進行敘述。

　　本試驗將水膠比設定為0.43，砂率固定為43%，高效減水劑采用長沙黃騰外加劑廠生產的VNF-3C，摻量取1.5％，用水量設計為160kg/m3，摻和總量分別為20％和35％，鋼渣與粉煤灰復合的比例為3：4 、1：1、4：3、5：3。

　　依據上述設計配合比基本參數進行混凝土配制，測試混凝土的工作性能及3d、7d、28d、60d、90d的抗壓強度，其工作性能及力學性能參照GB50080-2002及GBT50081-2002進行。

3試驗結果分析與求證討論

　　礦物總摻和量為20％，35％時配制混凝土的工作性能及力學性能試驗結果見表5、表6。

　　3.1對不同摻和料和摻量試驗結果的工作性能分析

　　根據表5、表6試驗結果分析各組工作性能發(fā)現，采用分別單摻20％、35％鋼渣、粉煤灰配制的混凝土工作性能明顯低于單摻粉煤灰配制的混凝土；而采用鋼渣與粉煤灰二元復合配制，其工作性能與單摻粉煤灰有所下降，但與素混凝土相接近，且有隨鋼渣所占比例的提高使其工作性能下降的趨勢，但始終優(yōu)于單摻鋼渣配制的混凝土和素混凝土。

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　　3.2對于不同摻和料和摻量試驗結果的力學性能分析

　　從表5、表6所得試驗結果分析各組力學性能可發(fā)現，單摻配鋼渣混凝土的早期強度和后期強度均高于單摻配粉煤灰混凝土，但其抗?jié)B等級相同。表明鋼渣本身的活性高于粉煤灰，摻量為20％的鋼渣與15％的粉煤灰復合摻配的混凝土3d和7d的強度低于摻量為35％單摻鋼渣混凝土強度，而高于單摻35％的粉煤灰混凝土強度，隨著時間的推移，其60d、90d的強度均高于單摻配的混凝土強度，說明具有較顯著的復合疊加效應。當鋼渣：礦渣比例為4：3時，可取得最好的力學性能，同時還可取得最佳的抗?jié)B性能。

　　3.3鋼渣、粉煤灰配制混凝土力學性能的討論

　　從物相分析可知，鋼渣的主要膠凝性能來源于鋼渣中的硅酸鹽相和少量硅酸鹽相的水化，而粉煤灰膠凝性能主要來源于鈣硅鋁玻璃體及硅鋁玻璃體與水泥水化產物氫氧化鈣的二次水化，因此，鋼渣在加水后能直接與水發(fā)生水化并生成水化產物，而粉煤灰只有在水泥水化生成足夠的氫氧化鈣形成一定的堿度后才能進行水化生成二次水化產物，這也就是鋼渣的早期活性高于粉煤灰的原理所在。

　　當單摻鋼渣為高摻量時，初始孔隙率較大且后期水化相對較慢，而鋼渣與粉煤灰復合則提高了礦渣反應所需要的氫氧化鈣濃度，另外，又降低了結構初始的孔隙率，故鋼渣與粉煤灰復合配制可產生出良好的疊加效應，其最佳復合比例為4：3。

4結論

　　4.1鋼渣粉和粉煤灰最佳摻量為35％，二者的最佳摻和比例為4：3。

　　4.2鋼渣粉和粉煤灰復合摻和料為4：3的混凝土比普通混凝土及單摻鋼渣混凝土工作性能明顯得到改善，坍落度損失更易于控制。

　　4.3鋼渣粉、粉煤灰復合的混凝土28d、60d立方體抗壓強度比素混凝土和單摻配混凝土強度高，特別是后期強度得到了明顯的提高。

　　4.4鋼渣粉和粉煤灰復合摻配混凝土具有良好的抗?jié)B性能，并優(yōu)于素混凝土和單摻配混凝土。

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　　作者單位：

　　1.武漢科技大學
　　2.湖南金泰特種工程施工有限公司
　　3.湖南廣播電視大學