鋼渣混凝土強(qiáng)度特性的試驗(yàn)研究

1、鋼渣混凝土強(qiáng)度特性的試驗(yàn)研究3王保民1胡斌2藺懷義3(11國貿(mào)工程設(shè)計(jì)院北京100037;21北京華清技科工程建設(shè)咨詢有限公司北京100084;31中國建筑設(shè)計(jì)研究院北京100044(11G uoMao Engineering Design Institute ,Beijing 100037;21HTTS C onstruction Engineering C onsulting C o.,Ltd.Beijing 100084;31China Architecture Design And Research G roup ,Beijing 100044摘要本文通過試驗(yàn)著重研究和分析鋼渣粒徑級配

2、分布對鋼渣混凝土力學(xué)性質(zhì)的影響特點(diǎn),以及最佳級配關(guān)系;同時探索鋼渣粉、粉煤灰、水泥三者之間不同組成比例時,鋼渣混凝土的力學(xué)屬性和強(qiáng)度變化規(guī)律,以便求出最佳配比,從而為鋼渣、粉煤灰的綜合利用提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞鋼渣粉煤灰鋼渣混凝土強(qiáng)度ABSTRACT This paper studies and analyses distribution o f steel slag radius influences behavior to mechanics property o f steel slag concrete ,as well as the best relation o f gra

3、dation by test.Meanwhile consti 2tuting steel slag powder ,fly ash 、cement 、force property and changing law o f strength is provided.So the best composition is calculated and basic data 、scientific basis is provided for synthetic use about steel slagand fly ash.KE YWOR DS Steel slag Fly ash Concrete

4、 o f steel slag Strength3北京市教委科研項(xiàng)目資助(km200310009036概述鋼渣是煉鋼工業(yè)中用石灰提取渣雜質(zhì)而大量生成的廢渣,平均每生產(chǎn)1t 的鋼材就會產(chǎn)生012t 左右的鋼渣,我國鋼渣年總排放量1000多萬t ,綜合利用率達(dá)60%左右,其中除了部分回收外,大部分應(yīng)用到建筑工程或建材業(yè)。鑒于鋼渣與礦渣在化學(xué)成分上的相似性,鋼渣可以代替部分礦渣制造鋼渣水泥。例如某些單位就采用了少量強(qiáng)堿激發(fā)劑代替部分熟料,研制成功節(jié)能型鋼渣礦渣水泥。還有將0210mm 鋼渣用于生產(chǎn)空心磚及其它混凝土制品,其效果顯著。使用不同的方法將鋼渣灌入地基成樁,用以提高地基承載力和減少沉降,稱之

5、為鋼渣地基加固法。在我國使用鋼渣樁有記載的工程是1982年12月21983年2月上海市南匯縣咸塘港橋臺地基加固工程。在日本,從1975年起多次使用鋼渣擠密樁加固地基,其主要是為了防止砂性地基土的振動液化。1在上述應(yīng)用的同時,如能將鋼渣作為粉煤灰的骨料,形成鋼渣混凝土,其力學(xué)強(qiáng)度將提高幾倍,相當(dāng)于加筋樁,提高抗剪或抗震作用。一般情況下,在混凝土中摻入一定量的粉煤灰后,除了粉煤灰本身的火山灰活性作用,生成硅酸鈣凝膠,作為膠凝材料一部分起增強(qiáng)作用外,在混凝土用水量不變的條件下,可以較好地改善混凝土的和易性,同時還可降低水化熱。如果保持混凝土拌合物原有和易性不變,那么就可以減少用水量,起到減少孔隙的效

6、果,從而提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度,并能增強(qiáng)耐久性。如果將鋼渣和粉煤灰混合使用,那么鋼渣樁就可以體現(xiàn)出粉煤灰和鋼渣的物理特性、力學(xué)特點(diǎn);同時鋼渣可以起到加筋作用,提高樁體的強(qiáng)度,并充分利用廢棄資源,減少對砂石的需求量,這樣既可以減少廢棄資源占用和破壞耕地,又減少其所產(chǎn)生的污染,從而減少對自然環(huán)境的破壞。鋼渣和粉煤灰價格低廉,所以也可以減少工程造價。一、試驗(yàn)原材料及其性質(zhì)本文實(shí)驗(yàn)研究的轉(zhuǎn)爐鋼渣取自首鋼總公司,第21卷第4期2004年12月特種結(jié)構(gòu)Vol 121No 14Dec 12004取粒徑在150mm以下。根據(jù)粒徑大小分為3種類型:0#渣,粒徑d<20mm;1#渣,20d<40mm

7、; 2#渣,40d<150mm。11鋼渣的化學(xué)成分轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學(xué)成分見表1,該鋼渣堿度為w(CaO/w(SiO2=2177。表1首鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學(xué)成分(% S iO2Fe2O3Al2O3CaO M gO FeO MnO P2O5f CaO 151862213731884410010104713011111134018021鋼渣特性1,2鋼渣單獨(dú)應(yīng)用于地基的作用主要有以下幾個方面:(1吸水作用:鋼渣中含有游離氧化鈣,它將與土中的水生成熟石灰,有相當(dāng)于游離氧化鈣重量32%的水分被吸收,從而改善土的力學(xué)性質(zhì),同時鋼渣吸水后產(chǎn)生膨脹,擠密樁周土體或其它溶洞,效果顯著。(2粉化性將鋼渣隨意放置在空

8、氣中,由膨脹繼而引起崩解,由大塊崩解為小塊和粉末,這種現(xiàn)象稱為鋼渣的粉化,粉化后粒徑小于15mm的重量占試樣總重量的百分率,稱為粉化率。當(dāng)鋼渣中含游離氧化鈣1%4%以上時,則可使鋼渣發(fā)生膨脹崩解,大于5%時則會產(chǎn)生不同程度的粉化。但由于鋼渣本身的不均勻性,即使同一爐所產(chǎn)生的粉化程度也有所不同。(3水凝性從轉(zhuǎn)爐鋼渣礦物的成分分析,鋼渣中的主要水硬性礦物硅酸三鈣C3S、硅酸二鈣C2S都具有水凝性。C3S的早期和后期強(qiáng)度都較高,而C2S早期強(qiáng)度低,后期強(qiáng)度高。與水泥熟料相比,鋼渣中的C3S、C2S含量低,且熔進(jìn)雜質(zhì),形成固熔體,因而水凝性發(fā)展緩慢。一般是鋼渣顆粒越細(xì)其水凝性發(fā)揮越充分。(4離子團(tuán)?；?/p>

9、作用:鋼渣中含有硅酸三鈣、硅酸二鈣等水泥礦物,用鋼渣加固軟土?xí)r,鋼渣顆粒表面的礦物將與軟土中的水產(chǎn)生作用,發(fā)生水解和水化反應(yīng),生成氫氧化鈣、硅酸鈣等;而軟土作為多項(xiàng)分散系,土粒中含量最多的二氧化硅遇水后形成膠體顆粒,使小的土粒組成相對較大的團(tuán)粒,從而提高土體的強(qiáng)度。31鋼渣的級配試驗(yàn)的理論依據(jù)目前國內(nèi)采用的級配理論主要有最大密度曲線理論。富勒等人研究得出:固體粒徑按粒度大小,有規(guī)則地組合排列,粗細(xì)搭配,可以得到密度最大、空隙最小的混合料。初期研究理想曲線是:細(xì)集料以下的顆粒級配曲線為橢圓形曲線,粗集料級配曲線為與橢圓曲線相切的直線,由這兩部分組成的級配曲線, 可以達(dá)到最大的密度。這種曲線計(jì)算比

10、較繁雜,后來經(jīng)過許多研究改進(jìn),提出簡化的拋物線最大密度理想曲線。該理論認(rèn)為:混合料的顆粒級配曲線愈接近拋物線,則其密度愈大。本次試驗(yàn)就以該理論為依據(jù),進(jìn)行級配試驗(yàn)和分析。二、鋼渣混凝土的試驗(yàn)結(jié)果11鋼渣級配試驗(yàn)試驗(yàn)采用的原始鋼渣級配情況見表2和圖1,0#鋼渣級配情況見表3和圖2,1#鋼渣級配情況見表4和圖3。根據(jù)最大密度曲線理論和從圖1看出:原始鋼渣的最大密度曲線接近拋物線,可見其級配情況良好。表2原始鋼渣篩分?jǐn)?shù)據(jù)篩孔尺寸mm0116013150163112521551020311540通過百分率%615281861315117132251336136511007112195100100圖1原

11、始鋼渣的級配情況表30#鋼渣篩分?jǐn)?shù)據(jù)篩孔尺寸mm0116013150163112521551020通過百分率%811215186181512713239125511470121100S PS T特種結(jié)構(gòu)2004年第4期21 鋼渣混凝土隨不同配比和粒徑變化的力學(xué)屬性及變化規(guī)律 (1不同配比對抗壓強(qiáng)度的影響從表 5和圖4、5可以看出:在摻入水泥、粉煤灰及鋼渣總重量不變的條件下,0#渣與1#渣不同配比混合渣(配比編號1,2,3,4,測得各個齡期的抗壓強(qiáng)度值,見圖4;通過對比可以看出,在相同的齡期下,0#渣與1#渣重量配合比為23時,其抗壓強(qiáng)度最大,即1<2<3>4,說明當(dāng)0#渣與1

12、#渣重量配合比為23時,級配最佳,即混合料的密實(shí)度最大,從而其抗壓強(qiáng)度也最大。圖20#鋼渣的級配情況表41#鋼渣篩分?jǐn)?shù)據(jù)篩孔尺寸mm20311540通過百分率%97100圖31#鋼渣的級配情況(2抗壓強(qiáng)度增長情況從表5和圖5可以看出:無論哪種配合比,開始階段抗壓強(qiáng)度增長較快,而后期抗壓強(qiáng)度增長有所減慢。這是因?yàn)殇撛械腃 3S 、C 2S 等對早期強(qiáng)度起作用。三、結(jié)論通過上述試驗(yàn)研究,可以得到如下幾點(diǎn)認(rèn)識:11鋼渣取代混凝土中的粗集料后,當(dāng)級配處理得當(dāng)時,其力學(xué)強(qiáng)度就很好;表5在不同齡期下測得鋼渣混凝土的抗壓強(qiáng)度(MP a編號鋼渣混凝土配合比各材料用量/kg/m 3水泥:粉煤灰:0#渣:1#渣

13、:水7d 14d 28d 1396441065710185161628133114239644887158871518522102918321233964471010651853313371039104396445921183185281231163414圖4抗壓強(qiáng)度隨時間變化的歷時曲線(MPa 圖5各種配比不同養(yǎng)護(hù)時間的抗壓強(qiáng)度(MPa 21鋼渣粉可以取代部分水泥,與粉煤灰、水泥和粗集料鋼渣形成的混凝土,當(dāng)配比選擇適宜,完全可以替代常規(guī)混凝土,用于建筑工程和基礎(chǔ)工程,從而降低工程造價。31鋼渣樁的力學(xué)特點(diǎn)要好于碎石樁和CFG 樁,又可預(yù)防液化等災(zāi)害。參考文獻(xiàn)1吳邦穎,張師德,陳緒祿等編著1軟土地基處理1北京:中國鐵道出版社,19952王炳龍,吳邦穎,方衛(wèi)民1鋼渣樁加固地基的研究1上海鐵道學(xué)院學(xué)報,1999年3月,772793關(guān)少波等1鋼渣在回填地基中的應(yīng)用1住宅科技,199819,352374黃曉明,潘鋼華,趙永利編著1土木工程材料1南京:東南大學(xué)出版社,200115鄭云峰,周殿雄1濕排粉煤灰地基采用排水板動力置換鋼渣擠實(shí)法加固試驗(yàn)研究1粉煤灰,1995年第5期,22頁6符芳主編1建筑材料1南京:東南大學(xué)出版社,19957王華生,趙慧如編著1混凝土技術(shù)禁忌手冊1北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200218張文生等1粉煤灰與水泥熟料共同水化硬化的基礎(chǔ)研究進(jìn)展及評述1硅酸鹽學(xué)報