钢渣粉配制混凝土复合掺合料的试验及研究

［摘要］本文研究了钢渣粉和矿粉按不同比例复合后的活性及复合粉不同掺量与混凝土性能的关系。钢渣粉与矿渣粉3：7复合使用，效果最佳，活性指数可达S95等级技术指标，是提高钢渣粉综合利用价值的最佳途径。

［关键词］钢渣粉 矿粉 复合掺合料 混凝土

中图分类号：TF734.62+2文献标识码： A 文章编号：

1、前言

我国混凝土目前仍然面临着高水泥用量的现象，不仅会造成自然资源的浪费，同时带来能源和环境污染问题，不利于混凝土的可持续发展。如何将混凝土发展成绿色材料呢？近年来国外已经有人在研究低水泥用量的混凝土，国内吴中伟院士也提出了“环保高效水泥基材”的命题，要做到这个目标，必须多使用高细磨的矿物掺和料（工业废料为主），也就是通过高效活性矿物掺合料来改善混凝土性能，减少水泥用量，发展高强高性能的混凝土。

目前，一般搅拌站使用较广泛的活性矿物掺和料主要有两种，它们是粉煤灰、矿渣粉。而我国钢铁产业每年排放的大量固体废渣中，钢渣排放量也近上亿吨，而钢渣经过磨细后作混凝土活性混合材使用的却不多。依据吴中伟院士生前积极倡导的复合化是材料进化的主要途径之一的科学新思想，我们采用矿粉、钢渣粉、粉煤灰、石灰石粉复合，配制复合混凝土掺合料，充分利用多种组分活性矿物掺合料的性能超叠加效应(即1+2≥3)，充分发挥其优良特性的组合效果，既可克服单一品种的性能缺陷，降低混凝土生产成本，制备绿色高性能混凝土，又可以变废为宝，节约资源，实现建材行业可持续发展。

2、原材料及试验方法

2.1原材料

（1）水泥

试验选用南通海门海螺水泥有限公司生产的海螺P.O42.5水泥，其技术性能指标见表1。（2）粉煤灰

粉煤灰选用南通华能电厂的Ⅱ级粉煤灰，细度（0.045mm筛余）为20％，需水量比102％，烧失量3.2％，SO3含量1.3％，含水率0.2％。

表1水泥物理性能指标

（3）矿粉

矿粉选用沙钢S95矿渣粉，其比表面积为420m2/kg，密度2.92g/cm3，流动度比为102％，7d活性指数为81％，28d活性指数为106％，含水率0.2％。

（4）钢渣粉

钢渣粉选用马钢钢渣粉，其比表面积为430m2/kg，密度3.19g/cm3，流动度比为101％，7d活性指数为65％，28d活性指数为83％，含水率0.2％。钢渣粉的化学组分见表2。

表2 钢渣的主要化学成分

（5）细骨料

细骨料用天然河砂，细度模数2.6，筛底6％，含泥量1.1％，泥块含量为0％，表观密度为2620kg/m3，堆积密度为1590kg/m3。

（6）粗骨料

粗骨料采用5～16mm、16～31.5mm的碎石二种级配，二者比例为3：7，混合后满足5～31.5mm的连续级配要求，含泥量为0.5％，泥块含量为0％，针片状颗粒含量为6.2％，压碎值指标为7.2％，表观密度为2710kg/m3。

(7)外加剂

外加剂用海门浦发建材生产的PH-AⅠ型高效缓凝减水剂，减水率﹥15％，净浆流动度﹥180mm。

2.2试验方法

（1）试验目的

用钢渣粉作为混凝土掺合料，将钢渣粉和矿粉按不同比例混合，根据各种材料复合的相互激发叠加效应，粉料微颗粒的相互填充效应，用矿粉、钢渣粉、粉煤灰三种复合在一起，取长补短的，充分发挥各种掺合料的作用，制取一种混凝土复合矿物掺合料，以满足绿色高性能混凝土发展的需要。

（2）试验方法及配合比

本试验采用钢渣粉和矿粉混合比例分别为A组1：1、B组2：3和C组3：7，通过胶砂测定不同混合比例复合料的活性指数变化规律，胶砂实验按GB/T 2419-2004和GB/T 17671-1999测定复合材料的胶砂流动度和胶砂强度。按GB/T 18046-2008对复合胶凝材料进行活性评定，胶砂试验配比见表3。

分别用A、B、C三种复合材料以20%、30%、40%的掺量等量替代水泥，抽取公司C30生产常用配合比配制混凝土。混凝土配合比见表4。

表3钢渣粉和矿粉复合材料的胶砂试验配比

表4 钢渣粉和矿粉复合材料的混凝土试验配比

3、试验结果与讨论

3.1不同混合比例的钢渣、矿粉混合料的活性试验

参照GB/T18046-2008的方法，测定钢渣粉和矿粉复合掺合料的活性，结果列于表4

表5 不同比例复合粉活性指数和流动度比

从表5试验结果可以看出：随着钢渣粉掺入比例的增加，复合粉的活性指数逐渐下降。A组钢渣粉和矿粉混合比例1：1及B组钢渣粉和矿粉混合比例4：6时，混合粉的活性均能达到S75级指标，B组复合料的活性接近S95指标；C组钢渣粉和矿粉混合比例3：7混合时，复合粉可达到S95级指标。

分析原因：因马钢钢渣属于高碱度渣，游离氧化钙含量比较高，超细粉磨后易水解生成氢氧化钙，而矿粉在碱性溶液环境中反应速度才会加快，因此钢渣的水化对矿粉产生了激发效应。

3.2钢渣粉和矿粉复合粉与粉煤灰三掺时混凝土的工作性能

表6钢渣粉和矿粉及粉煤灰三掺时混凝土性能

图1复合粉对混凝土坍落度的影响

从表6试验结果可知：掺入复合粉后，混凝土坍落度均在210以上（见图1），相比基准样均提高了15～25mm，1小时经时坍落度损失也比基准样减少，且流动性比基准样好，整体工作性能优于基准样。由于钢矿渣粉比水泥颗粒小，在球磨过程中颗粒圆形度增大，掺入后填充在水泥的间隙周围分散了水泥颗粒，起到的作用，同时大量的复合粉的加入，降低了水泥在胶凝材料中的比例，降低了水化速度，使混凝土的和易性较好，工作状态改善。

3.3钢渣粉和矿粉复合粉与粉煤灰三掺时混凝土的强度

掺入复合粉后，七天强度均有不同程度的下降，而且随着取代水泥量的增加，强度呈下降趋势。并且随着复合粉中钢渣粉比例的增大，七天强度也随着下降（见图2）。说明早期复合粉水化反应速度慢，钢渣粉的活性较矿粉低，水化程度低。

图2复合粉掺量对混凝土7天抗压强度影响

掺入复合料的混凝土28天强度均能达到C30设计强度等级（见图3），随着钢渣粉复合比例的增加，强度有所下降，但在取代量20%~40%时，均可以用于配制C30混凝土。钢渣粉与矿粉复合比例为3：7，且取代水泥量为20%~30%时，混凝土的28天强度和基准样基本一致，取代量为40%，28天强度略有下降，且七天强度均达到基准样的82%以上，在各组复合粉中强度最高，是最佳复合比例。

图3复合粉掺量对混凝土28天抗压强度影响

4 结论

4.1马钢钢渣粉和矿粉以3：7制成复合粉，按矿粉活性检测方法，其活性可达到S95等级技术指标。

4.2马钢钢渣粉和矿粉3：7制成复合粉，等量取代水泥20%~40%配制混凝土，28天强度基本与不掺时强度相近，同时混凝土工作性能大大改善。

4.3利用钢渣粉作为混凝土掺合料是钢渣高价值利用的最佳途径，通过推广钢渣粉和矿粉复合粉的应用，可以降低混凝土生产成本，同时解决钢铁生产的废弃物，减少环境污染，实现资源的综合利用，节约自然资源和能耗，有重大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]叶平，李文翔，陈广言，钢渣和高炉渣微粉做水泥和混凝土掺和料的研究，中国冶金，2004年3月，第3期（总第76期）

[2]吴伟中，廉惠珍，高性能混凝土，中国铁道出版社，1999

[3]P.K.Mehta，Paulo J.M.Monteiro.混凝土结构、性能和材料[M].中国电力出版社.2008

[4]普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000，中华民国行业标准.中国建筑科学研究院.2001.

[作者简介]钱丽明（1964-），女，工程师，和创新天（北京）环保科技有限公司总工，主要从事混凝土技术工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。