钢渣粉掺量对混凝土耐久性的影响范文

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《粉煤灰综合利用杂志》2016年第5期

摘要:

对钢渣粉掺量对于混凝土碳化、氯离子渗透及混凝土气渗系数三个方面的影响的试验研究，结果显示钢渣粉掺量在10%～20%之间时，对混凝土耐久性能的影响最低。

关键词:

钢渣;混凝土;耐久性;掺量

钢渣是炼钢过程中排出的多种矿物组成的固态废弃物，数量约为钢产量的15%～20%，它的密度较大，一般在3．1～3．6g/cm3。随着我国钢铁产量的逐年提高，钢渣的排出量也随之增加，大量积存的钢渣不但对钢铁企业的生产与发展造成巨大的压力，还成为城市的污染源，大量研究实践表明只要加以合适处理利用，钢渣即是一种资源。目前我国钢渣主要用于冶金工业、建材、公路建设、农业等方面［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应用越来越多［3，4］，同时钢渣对混凝土的影响也越来越受到重视。本文通对不同钢渣粉掺量时的混凝土，分别从混凝土碳化、氯离子渗透及混凝土气渗系数三方面进行了试验及数据分析，得出了保证混凝土良好耐久性前提下的钢渣粉掺量。

1原材料和试验方法

1．1原材料

(1)水泥采用安徽海螺水泥厂生产的42．5级普通硅酸盐水泥水泥，细度、凝结时间、安定性等指标均符合标准要求，28d胶砂抗压强度为52．2MPa。其基本化学成分见表1;(2)膨胀剂(UEA)膨胀剂的相对密度为2．86，比表面积300～350m2/kg，化学成分见表2;(3)钢渣采用上海宝钢冶金公司生产的钢渣，细度为600目。钢渣粉的化学组成和颗粒形貌见表3;(4)化学外加剂聚羧酸类高效减水剂，其密度1．13g/cm3。固含量为40%，pH值:中性;(5)砂长江中砂，细度模数2．7(国标2．3～3．0)，表观密度为2665kg/m3，含泥量0．42%，泥块含量0．21%;(6)石子采用5mm～25mm碎石，表观密度为2670kg/m3，压碎值6．6%，含泥量0．65%，泥块含量0．45%;(7)水所用水均为普通自来水。

1．2试验方法

1．2．1碳化试验

混凝土碳化试验按照GBJ82－85《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法》中快速碳化试验进行。采用100mm×100mm×300mm长方体试块，标准养护26d后，在60℃温度烘箱中烘干48h后取出，将试块除2个相对的长方形侧面外，其余4个面均用石蜡密封。在侧面上顺长度方向用铅笔以10mm间距画出平行线，以预估碳化深度的测量点;将试块放入碳化箱内，各试块经受碳化的表面之间的间距至少不小于50mm。徐徐充入CO2气体，使箱内的CO2浓度保持在(20±3)%，相对湿度为(70±5)%。碳化试验在(20±5)℃的温度下进行;碳化达到预定龄期取出，在压力机上垂直于碳化面劈裂测碳化深度。

1．2．2氯离子渗透试验方法

混凝土氯离子渗透性能采用ASTM建议的应用直流电快速法测定混凝土氯离子渗透性能，步骤如下:(1)试件为直径100mm、厚度50mm的圆柱体。标准养护30d后，将两个圆面打磨出两个新面;(2)将打磨好的试件用水洗净，擦干，用石蜡将圆周面密封，并保持新面的洁净，从而保证氯离子的渗透面积;(3)将上述试件放入带有三通管的干燥器中，干燥器通过三通管分别与真空泵、大气、蒸馏水管连通。首先打开真空泵的阀门，持续抽真空3h;(4)在不关闭真空泵的情况下，将蒸馏水管的阀门打开，放入蒸馏水直至浸没试件，关闭蒸馏水管阀门，继续对干燥器抽真空，持续2h;(5)停止抽真空后，使试件在水中浸(18±1)h后取出，拭去表面水分。用硅胶将试件紧固在样品池中，让试件与样品池两铜网电极紧密接触。在两端面与测量池接触处用硅胶密封，从而防止测量池漏水;(6)用长颈漏斗将左侧半池灌满3%NaCl溶液，将右侧半池灌满0．3mol/LNaOH溶液。保证装有NaCl溶液的半池与负极相连;(7)打开电源，保证电压60V，通电6h，每30min记录一次电流值，以时间为横坐标，电流为纵坐标，积分便得总电量。本试验中，流过的总电量按(1)式计算:Q=900(I0+2I0．5+2I1+…+2It+…+2I5．5+I6)(1)其中:Q为通过的总电量(库仑);I0为加压时的瞬时电流(安培);It为加压th后的瞬时电流(安培)。

1．2．3混凝土气渗试验

混凝土气体渗透试验按照RILEMTC116－PCD步骤进行。每组2块，试块采用直径150mm，高度为50mm的圆柱体。养护时尽量减少试块与外界环境的水分交换。养护在20℃的室内进行，自然养护28d后，在(105±5)℃的烘箱内烘干取出，立即将试块密封保存。采用氮气作为渗透气体。渗透压力分别为1．5bar、2．0bar、3．0bar(绝对压力)。计算各压力下的Ki，取平均值即得各配比混凝土的渗透系数K见式(2)。K=2QP0lμA(P2－Pa2)(2)其中:Q为流体的体积流速;A为垂直于流向的截面积即试块的截面积;l为流向上的试件厚度;μ为试验温度下流体的动态粘度;P为进入压力;Pa为出口压力，近似等于气压;P0为确定Q时的压力，假设为大气压。

2试验结果及分析

2．1钢渣粉对混凝土碳化影响

掺钢渣粉时，混凝土碳化深度与龄期的关系如表6所示。从表6中可看出随钢渣粉掺量的增加，混凝土各龄期的碳化深度都表现出几乎与强度一样的规律，先降低后提高:在掺量10%时混凝土碳化深度最小;掺量20%时混凝土碳化深度基本与未掺钢渣粉的基准混凝土持平。然后随钢渣微掺量提高，混凝土碳化深度明显增加，到钢渣粉掺量60%时混凝土碳化深度达34．9mm。我们应用龚洛书等提出的碳化预测模式［5］，并以混凝土钢筋保护层20mm作为不会导致钢筋锈蚀的允许碳化最大深度进行计算，钢渣粉掺量小于20%的混凝土自然碳化条件下抗碳化寿命都大于100年，完全满足钢筋混凝土结构设计规范的要求。由此可见，就混凝土抗碳化能力而言，钢渣粉掺量不宜大于20%。

2．2钢渣粉对混凝土氯离子渗透影响

掺钢渣粉混凝土氯离子渗透试验结果见表7。结果表明，钢渣粉掺量10%时混凝土氯离子渗透能力与基准混凝土基本相近。然后随钢渣粉掺量提高，混凝土抗氯离子渗透能力下降。其原因主要在于钢渣粉的活性较低，不仅不利于水化作用，而且使混凝土结合氯离子能力下降，从而表现为混凝土抗氯离子能力降低。因此钢渣粉掺量不应大于20%。

2．3钢渣粉掺量对混凝土气渗系数影响

混凝土气渗系数与钢渣粉关系如图1所示。试验表明，钢渣粉掺量10%混凝土气渗系数最小，当钢渣粉掺量在10%时混凝土气渗系数随钢渣粉掺量增加而提高。由图1中还可以看出，钢渣粉掺量在10%～50%时，混凝土气渗系数增加比较平缓，即当钢渣粉掺量从10%增加到50%，气渗系数提高31%。而钢渣粉掺量从50%增加到60%，气渗系数提高37%。由此可见增加钢渣粉掺量会使混凝土抗气体渗透能力下降。因此钢渣掺量应控制在10%～20%之间。

3结论

钢渣粉的掺量不同对混凝土耐久性能的影响也不相同，为了使对混凝土碳化、氯离子渗透及气渗系数等耐久性能的影响降到最低，钢渣粉的掺量应控制在10%～20%之间为佳。

参考文献：

［1］聂永丰．三废处理工程技术手册(固体废物卷)．化学工业出版社，2000年2月第1版．

［2］娄性义．固体废物处理与利用．冶金工业出版社，1996年．

［3］吴中伟．高性能混凝土(HPC)的发展趋势与问题［J］．建筑技术．1998，29(1):8－13．

［4］冷发光，邢锋．绿色建材和绿色高性能混凝土的开发［J］．建筑技术开发．2000，27(3):2－5．

［5］龚洛书．混凝土实用手册．第2版［M］．北京:中国建筑工业出版社，1995．

作者:党俐 单位:上海科技成果转化促进会