鋼渣粉摻量對混凝土耐久性的影響范文

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《粉煤灰綜合利用雜志》2016年第5期

摘要:

對鋼渣粉摻量對于混凝土碳化、氯離子滲透及混凝土氣滲系數三個方面的影響的試驗研究，結果顯示鋼渣粉摻量在10%～20%之間時，對混凝土耐久性能的影響最低。

關鍵詞:

鋼渣;混凝土;耐久性;摻量

鋼渣是煉鋼過程中排出的多種礦物組成的固態廢棄物，數量約為鋼產量的15%～20%，它的密度較大，一般在3．1～3．6g/cm3。隨著我國鋼鐵產量的逐年提高，鋼渣的排出量也隨之增加，大量積存的鋼渣不但對鋼鐵企業的生產與發展造成巨大的壓力，還成為城市的污染源，大量研究實踐表明只要加以合適處理利用，鋼渣即是一種資源。目前我國鋼渣主要用于冶金工業、建材、公路建設、農業等方面［1，2］，利用率不是很高。近些年，混凝土甚至于高性能混凝土在工程中的應用越來越多［3，4］，同時鋼渣對混凝土的影響也越來越受到重視。本文通對不同鋼渣粉摻量時的混凝土，分別從混凝土碳化、氯離子滲透及混凝土氣滲系數三方面進行了試驗及數據分析，得出了保證混凝土良好耐久性前提下的鋼渣粉摻量。

1原材料和試驗方法

1．1原材料

(1)水泥采用安徽海螺水泥廠生產的42．5級普通硅酸鹽水泥水泥，細度、凝結時間、安定性等指標均符合標準要求，28d膠砂抗壓強度為52．2MPa。其基本化學成分見表1;(2)膨脹劑(UEA)膨脹劑的相對密度為2．86，比表面積300～350m2/kg，化學成分見表2;(3)鋼渣采用上海寶鋼冶金公司生產的鋼渣，細度為600目。鋼渣粉的化學組成和顆粒形貌見表3;(4)化學外加劑聚羧酸類高效減水劑，其密度1．13g/cm3。固含量為40%，pH值:中性;(5)砂長江中砂，細度模數2．7(國標2．3～3．0)，表觀密度為2665kg/m3，含泥量0．42%，泥塊含量0．21%;(6)石子采用5mm～25mm碎石，表觀密度為2670kg/m3，壓碎值6．6%，含泥量0．65%，泥塊含量0．45%;(7)水所用水均為普通自來水。

1．2試驗方法

1．2．1碳化試驗

混凝土碳化試驗按照GBJ82－85《普通混凝土長期性能和耐久性能實驗方法》中快速碳化試驗進行。采用100mm×100mm×300mm長方體試塊，標準養護26d后，在60℃溫度烘箱中烘干48h后取出，將試塊除2個相對的長方形側面外，其余4個面均用石蠟密封。在側面上順長度方向用鉛筆以10mm間距畫出平行線，以預估碳化深度的測量點;將試塊放入碳化箱內，各試塊經受碳化的表面之間的間距至少不小于50mm。徐徐充入CO2氣體，使箱內的CO2濃度保持在(20±3)%，相對濕度為(70±5)%。碳化試驗在(20±5)℃的溫度下進行;碳化達到預定齡期取出，在壓力機上垂直于碳化面劈裂測碳化深度。

1．2．2氯離子滲透試驗方法

混凝土氯離子滲透性能采用ASTM建議的應用直流電快速法測定混凝土氯離子滲透性能，步驟如下:(1)試件為直徑100mm、厚度50mm的圓柱體。標準養護30d后，將兩個圓面打磨出兩個新面;(2)將打磨好的試件用水洗凈，擦干，用石蠟將圓周面密封，并保持新面的潔凈，從而保證氯離子的滲透面積;(3)將上述試件放入帶有三通管的干燥器中，干燥器通過三通管分別與真空泵、大氣、蒸餾水管連通。首先打開真空泵的閥門，持續抽真空3h;(4)在不關閉真空泵的情況下，將蒸餾水管的閥門打開，放入蒸餾水直至浸沒試件，關閉蒸餾水管閥門，繼續對干燥器抽真空，持續2h;(5)停止抽真空后，使試件在水中浸(18±1)h后取出，拭去表面水分。用硅膠將試件緊固在樣品池中，讓試件與樣品池兩銅網電極緊密接觸。在兩端面與測量池接觸處用硅膠密封，從而防止測量池漏水;(6)用長頸漏斗將左側半池灌滿3%NaCl溶液，將右側半池灌滿0．3mol/LNaOH溶液。保證裝有NaCl溶液的半池與負極相連;(7)打開電源，保證電壓60V，通電6h，每30min記錄一次電流值，以時間為橫坐標，電流為縱坐標，積分便得總電量。本試驗中，流過的總電量按(1)式計算:Q=900(I0+2I0．5+2I1+…+2It+…+2I5．5+I6)(1)其中:Q為通過的總電量(庫侖);I0為加壓時的瞬時電流(安培);It為加壓th后的瞬時電流(安培)。

1．2．3混凝土氣滲試驗

混凝土氣體滲透試驗按照RILEMTC116－PCD步驟進行。每組2塊，試塊采用直徑150mm，高度為50mm的圓柱體。養護時盡量減少試塊與外界環境的水分交換。養護在20℃的室內進行，自然養護28d后，在(105±5)℃的烘箱內烘干取出，立即將試塊密封保存。采用氮氣作為滲透氣體。滲透壓力分別為1．5bar、2．0bar、3．0bar(絕對壓力)。計算各壓力下的Ki，取平均值即得各配比混凝土的滲透系數K見式(2)。K=2QP0lμA(P2－Pa2)(2)其中:Q為流體的體積流速;A為垂直于流向的截面積即試塊的截面積;l為流向上的試件厚度;μ為試驗溫度下流體的動態粘度;P為進入壓力;Pa為出口壓力，近似等于氣壓;P0為確定Q時的壓力，假設為大氣壓。

2試驗結果及分析

2．1鋼渣粉對混凝土碳化影響

摻鋼渣粉時，混凝土碳化深度與齡期的關系如表6所示。從表6中可看出隨鋼渣粉摻量的增加，混凝土各齡期的碳化深度都表現出幾乎與強度一樣的規律，先降低后提高:在摻量10%時混凝土碳化深度最小;摻量20%時混凝土碳化深度基本與未摻鋼渣粉的基準混凝土持平。然后隨鋼渣微摻量提高，混凝土碳化深度明顯增加，到鋼渣粉摻量60%時混凝土碳化深度達34．9mm。我們應用龔洛書等提出的碳化預測模式［5］，并以混凝土鋼筋保護層20mm作為不會導致鋼筋銹蝕的允許碳化最大深度進行計算，鋼渣粉摻量小于20%的混凝土自然碳化條件下抗碳化壽命都大于100年，完全滿足鋼筋混凝土結構設計規范的要求。由此可見，就混凝土抗碳化能力而言，鋼渣粉摻量不宜大于20%。

2．2鋼渣粉對混凝土氯離子滲透影響

摻鋼渣粉混凝土氯離子滲透試驗結果見表7。結果表明，鋼渣粉摻量10%時混凝土氯離子滲透能力與基準混凝土基本相近。然后隨鋼渣粉摻量提高，混凝土抗氯離子滲透能力下降。其原因主要在于鋼渣粉的活性較低，不僅不利于水化作用，而且使混凝土結合氯離子能力下降，從而表現為混凝土抗氯離子能力降低。因此鋼渣粉摻量不應大于20%。

2．3鋼渣粉摻量對混凝土氣滲系數影響

混凝土氣滲系數與鋼渣粉關系如圖1所示。試驗表明，鋼渣粉摻量10%混凝土氣滲系數最小，當鋼渣粉摻量在10%時混凝土氣滲系數隨鋼渣粉摻量增加而提高。由圖1中還可以看出，鋼渣粉摻量在10%～50%時，混凝土氣滲系數增加比較平緩，即當鋼渣粉摻量從10%增加到50%，氣滲系數提高31%。而鋼渣粉摻量從50%增加到60%，氣滲系數提高37%。由此可見增加鋼渣粉摻量會使混凝土抗氣體滲透能力下降。因此鋼渣摻量應控制在10%～20%之間。

3結論

鋼渣粉的摻量不同對混凝土耐久性能的影響也不相同，為了使對混凝土碳化、氯離子滲透及氣滲系數等耐久性能的影響降到最低，鋼渣粉的摻量應控制在10%～20%之間為佳。

參考文獻：

［1］聶永豐．三廢處理工程技術手冊(固體廢物卷)．化學工業出版社，2000年2月第1版．

［2］婁性義．固體廢物處理與利用．冶金工業出版社，1996年．

［3］吳中偉．高性能混凝土(HPC)的發展趨勢與問題［J］．建筑技術．1998，29(1):8－13．

［4］冷發光，邢鋒．綠色建材和綠色高性能混凝土的開發［J］．建筑技術開發．2000，27(3):2－5．

［5］龔洛書．混凝土實用手冊．第2版［M］．北京:中國建筑工業出版社，1995．

作者:黨俐 單位:上海科技成果轉化促進會