隨著社會的不斷進步和發(fā)展,綠色環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展理念已逐漸深入人心,對于工業(yè)廢渣的利用也越來越受人關(guān)注。鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣,鋼渣的綜合利用率在一些發(fā)達國家非常高,如美國、日本,早在上世紀,日本、美國等國鋼渣的綜合利用率已經(jīng)高達 100%,使得排用處于平衡狀態(tài),歐洲的各產(chǎn)鋼大國也對鋼渣處理非常重視,因此其綜合利用率也高達 65%。與此相比,我國鋼渣綜合利用率很低,僅為 30% 左右,同時目前尚未利用的鋼渣存放量已高達 10 億噸。用鋼渣替代部分天然骨料,不但能使鋼渣得到二次利用,還能夠降低天然砂石資源的使用量,并使鋼渣堆放對環(huán)境的污染問題得到改善。因此將工業(yè)廢棄的鋼渣作為混凝土骨料制作為鋼渣混凝土,成為了一個重要的研究方向。研究表明:鋼渣替代混凝土中的粗細集料后,在一定程度上提高了混凝土的耐久性能和力學性能。
本文用鋼渣砂等質(zhì)量取代天然砂,制備 C30 鋼渣砂混凝土,研究鋼渣砂混凝土的耐久性能。
1 試驗概況1.1 原材料(1)水泥:選用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥,其主要物理與力學性能均滿足 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求,詳見表 1。
(2)粗集料:本文試驗所用粗集料是天然石灰?guī)r碎石,規(guī)格為 5~20mm,表觀密度 2.72g/cm3,含泥量為 0.28%,吸水率為 0.55%,空隙率為 46.0%,并依據(jù) GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》進行測試,均符合標準要求。
(3)細集料:本文試驗采用鋼渣砂和天然砂作為細集料。其中天然砂為普通河砂,屬于Ⅱ區(qū)中砂,細度模數(shù) 2.87,表觀密度 2.67g/cm3,含泥量 2.2%,經(jīng)比較含泥量、顆粒級配均符合標準要求。鋼渣砂為馬鋼四鋼軋總廠 300t 轉(zhuǎn)爐渣采用熱悶工藝產(chǎn)生的鋼渣顆粒,其取樣和試驗方法均按照現(xiàn)行行業(yè)標準 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標準及檢驗方法》的規(guī)定,利用 XRF 衍射測試出鋼渣砂化學組成如表 2 所示。
鋼渣砂主要采用 0.3~1.18mm 和 1.18~4.75mm 兩個級配作為混凝土細集料,采用圖解法進行級配設(shè)計,確定鋼渣砂配比為 0.3~1.18mm 鋼渣砂 : 1.18~4.75mm 鋼渣砂=70:30,物理性能見表 3,試驗所使用的鋼渣砂細集料各項指標均滿足規(guī)范標準。
(4)水:pH 值為 7 左右的普通自來水。1.2 試驗配合比
由于鋼渣砂混凝土尚處于研究階段,沒有明確的配合比可供直接使用,先依據(jù)普通混凝土配合比作為基準。其中鋼渣砂混凝土配合比采用等質(zhì)量取代天然砂的方法,以普通混凝土配合比設(shè)計為基礎(chǔ),獲得鋼渣砂混凝土的配合比。鋼渣砂等質(zhì)量取代天然砂的比例分別為 0、25%、50%、75%、100%,鋼渣砂混凝土配合比見表 4。
1.3 試驗方法
在鋼渣砂混凝土配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上,以普通混凝土為基準,記為 P0,同時配制取代率分別為 25%、50%、75%、100% 的鋼渣砂混凝土,分別記為 P1、P2、P3、P4。按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的試驗方法,測定其耐久性能,并分析不同鋼渣砂摻量對混凝土耐久性能的影響。
2 試驗結(jié)果及分析2.1 抗碳化性能通過 20 組共 60 個邊長為 100mm×100mm× 100mm 的立方體試塊的測試,得到 5 種不同鋼渣砂取代率的混凝土在不同齡期下的碳化深度,如表 5 所示。其中根據(jù)表 5 中數(shù)據(jù)繪制出不同鋼渣砂取代率的碳化深度與碳化時間的關(guān)系曲線,如圖 1 所示。
由表 5 和圖 1 可以看出:
(1)隨著碳化時間的增加,各種混凝土的碳化深度都逐漸增大,早期碳化深度增加較快,后期增加較慢。
(2)碳化時間為 3d 和 7d 時,隨著鋼渣砂取代率的提高,鋼渣砂混凝土的碳化深度呈先減小后增加的趨勢,但鋼渣砂混凝土的碳化深度均小于普通混凝土的;碳化時間為 14d 時,隨著鋼渣砂取代率的提高,鋼渣砂混凝土的碳化深度依然呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢,但此時 P1、P2 組鋼渣砂混凝土的碳化深度小于普通混凝土的,P3、P4 組鋼渣砂混凝土碳化深度大于普通混凝土的;當碳化時間為 28d 時,隨著鋼渣砂取代率的提高,鋼渣砂混凝土的碳化深度呈增大趨勢,只有 P1 組鋼渣砂混凝土的碳化深度小于普通混凝土的,其他的鋼渣砂混凝土的碳化深度均大于普通混凝土的??梢姡禾蓟瘯r間較短時,鋼渣砂混凝土的抗碳化性能較普通混凝土好,隨著碳化時間的增加,普通混凝土的抗碳化性能增強,除比取代率為 25% 的鋼渣砂混凝土的抗碳化性能要差些外,優(yōu)于其他組別的鋼渣砂混凝土的抗碳化性能。
2.2 抗氯離子滲透性能通過 5 組共 15 個試塊的測試,得到 5 組不同鋼渣砂取代率 28d 齡期混凝土試件抗氯離子滲透性電通量,如表 6 所示。
從表 6 可以看出:隨著鋼渣砂取代率的增加,混凝土電通量值也逐漸變大,抗氯離子滲透性能變差。其中鋼渣砂取代率為 25% 的混凝土的抗氯離子性能與普通混凝土最接近。
2.3 耐磨性能通過對 5 組共 15 個邊長為 150mm×150mm× 150mm 的立方體試塊的測試,得到 5 組不同取代率 28d 齡期混凝土試件耐磨試驗磨坑寬度,如表 7 所示。
從表 7 可以看出:除取代率為 25% 的 P1 鋼渣砂混凝土外,其余鋼渣砂混凝土的磨坑寬度隨著鋼渣砂取代率的增加,磨坑寬度逐漸減小,且均不大于普通混凝土的,其中取代率為 100% 的 P4 鋼渣砂混凝土的磨坑寬度最小,說明鋼渣砂混凝土的耐磨性能較普通混凝土的好。
3 結(jié)論
(1)碳化時間較短時,鋼渣砂混凝土的抗碳化性能較普通混凝土好,鋼渣砂取代率為 25% 時,即 P1 鋼渣砂混凝土的抗碳化性能較好,優(yōu)于普通混凝土。
(2)采用鋼渣砂集料拌制的混凝土,其抗氯離子滲透性能均較普通混凝土差,且隨著鋼渣砂摻量的增加,抗?jié)B性越來越差。其中取代率在 25% 時,抗氯離子滲透性能最接近普通混凝土。
(3)采用鋼渣砂集料代替砂子后,鋼渣砂混凝土的耐磨性能除取代率為 25% 外均優(yōu)于普通混凝土,說明摻入鋼渣砂取代天然砂石對混凝土耐磨性能有利。
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