钢渣微粉对混凝土性能的影响初探
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[ 关键词 ] 钢渣微粉 ; 混凝土配合比 ; 坍落度 ; 强度
[ 中图分类号 ] TU5281041 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1002 - 3550 (2005) 09 - 0042 - 04
彭春元
Initial research f or the influence of steel slag micropowder on concrete perf ormance PEN G Chun2y uan1 , PEN G Zhong2 , D EN G Fu2tian3 , R UA N Guo2chao4
3131g/ cm3 , 比 表 面 积 为 4000cm2/ g ～ 4500cm2/ g , 其 2 所示 。
化学成分如表 1 所示 。
表 1 钢渣微粉的化学成分
2 试验结果与讨论
化学成分 CaO Al2O3 SiO2 Fe2O3 FeO P2O5 MgO f - CaO 含量/ % 40165 2189 15179 10130 5123 0192 7148 7179
采用 掺 减 水 剂 的 混 凝 土 试 验 方 法 ( 参 考 件 )
(J GJ 56 - 84) 11213 混凝土的强度
采用普通混凝土力学性能试验方法 ( GB/ T50081
- 2002) 11214 混凝土的配合比设计方法
采用普通混凝土配合比设计规程 (J GJ 55 - 2000) 113 混凝土性能试验方案的确立
[ 摘 要 ] 针对普遍使用的 C30 强度等级的流动性混凝土 , 利用正交试验设计方法 , 在试验室内研究了钢渣微粉作 为混凝土掺合料对混凝土性能的影响 ,得出了掺钢渣微粉的混凝土最佳配合比 。试验结果表明 ,水胶比 是影响混凝土初始坍落度和 7d 强度的主要因素 ,钢渣微粉的掺入会使混凝土 28d 强度普遍提高 ,减水剂 的掺入量存在最佳值 ,它可直接减少混凝土的坍落度损失 。经过优化设计的混凝土配合比 (钢渣微粉掺 量 30 %、水胶比 0. 36 、减水剂掺量 1. 9 %) 能够符合混凝土各方面性能要求并且具有一定实用价值 。
3. Jinye Co. Ltd. , Guangzhou Steel2Iron Group , Guangzhou 510370 , Guangdong ,China ;
4. Guangzhou Dongpu Concrete Co. Ltd. , Guangzhou 510660 , Guangdong ,China)
0 前言
作为混凝土的第六组分 —矿物细掺料是以工业 废渣为原材料 ,经磨细加工 ,使其活性提高的一种混 凝土用掺合料 。它不仅可以满足混凝土性能要求 ,而 且有利于环境保护和可持续发展战略的实施 。目前 , 混凝土矿物细掺料的商品化发展水平远不及混凝土 外加剂 。普遍使用的硅灰 、矿渣粉 、粉煤灰已开始出 现货源短缺及价格上涨的现象 。因而对其它工业废 料的研究与开发利用已成为热门 。
态水剂 ,减水率为 18 %～25 %。
1178 :21911 ;水灰比 = 0142 ;砂率为 38 %。在保持胶
11114 钢渣微粉
凝材料总量 、砂子和碎石用量不变的前提下 ,对混凝
来 自 广 州 钢 铁 集 团 金 业 有 限 公 司 。密 度 为 土配合比进行正交试验设计 ,制定的因素水平表如表
(1. Civil Engineering College , Guangzhou University , Guangzhou 510405 , Guangdong ,China ;
2. Guangdong Chemical Industry School , Guangzhou 510405 , Guangdong ,China ;
Abstract : In view of t he wide used mobility concrete of t he C30 strengt h grade ,and make use of t he met hod of t he cross experimental design ,t he influence of t he steel slag micropowder to t he concrete performance was studied in t he laboratory. The best mix proportion of t he concrete wit h steel slag micropowder was obtained. It is stated clearly from t he experimental result t hat t he water2binder ratio is t he primary factor to influence t he initial slump and 7 days strengt h of t he concrete. The 28 days strengt h is general increased wit h mixing t he steel slag micropowder. The best mixing value of t he water reducer exists and t he slump loss of t he concrete can be reduced directly by it . Through optimized design ,t he mixing proportion of t he concrete (t he mixing value of t he steel slag micropowder is 30 % ,W/ B is 0. 36 ,t he mixing value of t he water reducer is 1. 9 %) can meet t he demands of t he many2sided performance of t he concrete ,and t here is t he certain practical value. Key words : steel slag micropowder ; t he mixing proportion of t he concrete ; slump ; strengt h
·42 ·
者在广东省钢铁集团金业有限公司的协助下 ,对该企 业的钢渣预先磨细后用于混凝土中 。这不但可以使 广钢的钢渣经过处理后得到高附加值的有效利用 ,彻 底解决环境污染问题 ,而且可以增加混凝土高活性掺 合料的供应量 ,降低混凝土中的水泥用量 ,避免消耗 过多资源 ,同时提高了混凝土的各方面性能 。
1
3
2
130
100
4213
5310
X8
3
2
1
3
130
100
4416
5511
X9
3
3
2
1
140
75
3516
4411
·43 ·
设计要求又符合施工性能的编号 X7 的混凝土试验条 统计分析的最优试验条件一致 。所以编号 X7 的混凝 件是 A3B1C3 ,显然其钢渣微粉掺量较高 ,其它条件与 土试验条件具有一定的实用意义 。
2 0 0 5 年 第 9 期 (总第 191 期) Number 9 in 2005 ( Total No . 191)
混 凝 土 Concrete
全国中文核心期刊 The Core Journal of China
钢渣微粉对混凝土性能的影响初探
彭春元1 , 彭 忠2 , 邓福添3 , 阮国超4 (11 广州大学土木工程学院 ,广东 广州 510405 ; 21 广东省化学工业学校 ,广东 广州 510405 ; 31 广州钢铁集团金业有限公司 ,广东 广州 510370 ; 41 广州东浦混凝土有限公司 ,广东 广州 510660)
1 试验研究
111 试验用原材料 11111 水泥
来自广州水泥厂金羊牌 P·O4215R 。 11112 砂与碎石
来自广东省东浦混凝土有限公司 。黄砂 :细度模 数为 2191 ;碎石 :连续粒级 5mm～25mm 。 11113 外加剂
来自广东金刚牌 AP - 1A 型缓凝高效减水剂 ,液 的基 准 混 凝 土 的 配 合 比 为 : 水 泥 : 砂 子 : 石 子 = 1 :
表 3 钢渣微粉对混凝土的性能影响结果
编号
A
B
C
D
(外加剂掺量/ %) (水胶比) (钢渣微粉掺量/ %) (空列)
考核指标 0min 坍落度/ Hale Waihona Puke Baidum 1h 后坍落度/ mm 7d 强度/ MPa
28d 强度/ MPa
X0
114
0142
0
-
130
120
4216
5516
X1
1 (113)
1 (0136)
表 2 正交试验因素水平表
水平 A (外加剂掺量/ %)
因素 B (水胶比)
C(钢渣微粉掺量/ %)
1
113
0136
10
2
116
0139
20
3
119
0142
30
强度为考核指标的正交试验结果 。从中可以看出 ,不 掺钢渣微粉的基准混凝土 (编号为 X0) 的试验结果是 满足普通混凝土设计要求的 。与基准混凝土 ( X0) 相 比 ,掺入钢渣微粉后 ,各编号的混凝土 0min 坍落度都 能满足设计要求 ,但除了编号 X7 和编号 X8 外 ,其它 编号的混凝土 1h 后坍落度损失都较大 ,这显然会影 响混凝土的施工性能 。另外 ,钢渣微粉的掺入并非全 部使混凝土的 7d 强度降低 ,除编号 X3 、X6 、X7 和 X9 外 ,其它编号的混凝土 7d 强度还有所提高 ,而 28d 强 度 (除编号 X3 和 X9 外) 则普遍高于 50MPa ,有些还 赶上或超过了基准混凝土 。前者与国内有些报导[2 ] 的结论不同 ,后者则一致 ,这可能与各地钢渣品种不 同有关 。依据表 4 的极差分析结果可以直观的反映 各因素及其水平对混凝土性能指标的影响 。显然代 表试验误差的空列 ,其极差值皆为最小 ,是影响各性 能指标的最弱作用因素 。对 0min 坍落度 、60min 坍落 度 、7d 强度和 28d 强度的优化条件分别是 B3A3C3 、 A3B2C3 、B1C1A1 、C1B1A1 。表 5 的方差分析结果定 量的给出了各因素影响的主次关系 。显然 F 检验各 因素对 0min 坍落度的影响显著性较小 。这与各种条 件下 0min 坍落度都能满足设计要求正交试验结果是
表 3 为正交试验方案[L9 (34) ]及掺钢渣微粉的混 凝土的 0min 坍落度 、1h 坍落度以及 7d 和 28d 混凝土
11115 水 :自来水 。 112 试验方法 11211 混凝土的坍落度
采用普通混凝土拌合物性能试验方法标准 ( GB/
T50080 - 2002) 11212 混凝土的坍落度损失
利用上述原材料 ,按普通混凝土的配合比设计方 法 ,设计混凝土强度等级为 C30 ,坍落度达到流动性 混凝土的要求 (100mm～150mm) ,计算出单掺减水剂
一致的 。因而最优试验条件可以排除对 0min 坍落度 的影响因素 , 而由其它各显著性 因 素 组 合 而 成 , 即 A3B1C1 。值得注意的是正交试验结果中满足
1 (10)
1
110
50
4818
5917
X2
1
2 (0139)
2 (20)
2
130
60
4410
5015
X3
1
3 (0142)
3 (30)
3
140
50
3519
4713
X4
2 (116)
1
2
3
110
55
4413
5014
X5
2
2
3
1
125
65
4010
5017
X6
2
3
1
2
130
50
4118
5316
X7
3 (119)
众所周知 ,钢铁企业除了在炼铁时产生矿渣这一 固体废料外 ,炼钢时还要产生钢渣废料 。长期以来 , 我国钢渣排放量占钢产量的 20 % , 而利用率仅为 40 % ,到目前为止 ,国内积存的钢渣已在 1 亿吨以上 , 多作为填埋材料占用了大量土地并污染空气[1 ] 。笔
[ 收稿日期 ] 2005 - 08 - 15
[ 中图分类号 ] TU5281041 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1002 - 3550 (2005) 09 - 0042 - 04
彭春元
Initial research f or the influence of steel slag micropowder on concrete perf ormance PEN G Chun2y uan1 , PEN G Zhong2 , D EN G Fu2tian3 , R UA N Guo2chao4
3131g/ cm3 , 比 表 面 积 为 4000cm2/ g ～ 4500cm2/ g , 其 2 所示 。
化学成分如表 1 所示 。
表 1 钢渣微粉的化学成分
2 试验结果与讨论
化学成分 CaO Al2O3 SiO2 Fe2O3 FeO P2O5 MgO f - CaO 含量/ % 40165 2189 15179 10130 5123 0192 7148 7179
采用 掺 减 水 剂 的 混 凝 土 试 验 方 法 ( 参 考 件 )
(J GJ 56 - 84) 11213 混凝土的强度
采用普通混凝土力学性能试验方法 ( GB/ T50081
- 2002) 11214 混凝土的配合比设计方法
采用普通混凝土配合比设计规程 (J GJ 55 - 2000) 113 混凝土性能试验方案的确立
[ 摘 要 ] 针对普遍使用的 C30 强度等级的流动性混凝土 , 利用正交试验设计方法 , 在试验室内研究了钢渣微粉作 为混凝土掺合料对混凝土性能的影响 ,得出了掺钢渣微粉的混凝土最佳配合比 。试验结果表明 ,水胶比 是影响混凝土初始坍落度和 7d 强度的主要因素 ,钢渣微粉的掺入会使混凝土 28d 强度普遍提高 ,减水剂 的掺入量存在最佳值 ,它可直接减少混凝土的坍落度损失 。经过优化设计的混凝土配合比 (钢渣微粉掺 量 30 %、水胶比 0. 36 、减水剂掺量 1. 9 %) 能够符合混凝土各方面性能要求并且具有一定实用价值 。
3. Jinye Co. Ltd. , Guangzhou Steel2Iron Group , Guangzhou 510370 , Guangdong ,China ;
4. Guangzhou Dongpu Concrete Co. Ltd. , Guangzhou 510660 , Guangdong ,China)
0 前言
作为混凝土的第六组分 —矿物细掺料是以工业 废渣为原材料 ,经磨细加工 ,使其活性提高的一种混 凝土用掺合料 。它不仅可以满足混凝土性能要求 ,而 且有利于环境保护和可持续发展战略的实施 。目前 , 混凝土矿物细掺料的商品化发展水平远不及混凝土 外加剂 。普遍使用的硅灰 、矿渣粉 、粉煤灰已开始出 现货源短缺及价格上涨的现象 。因而对其它工业废 料的研究与开发利用已成为热门 。
态水剂 ,减水率为 18 %～25 %。
1178 :21911 ;水灰比 = 0142 ;砂率为 38 %。在保持胶
11114 钢渣微粉
凝材料总量 、砂子和碎石用量不变的前提下 ,对混凝
来 自 广 州 钢 铁 集 团 金 业 有 限 公 司 。密 度 为 土配合比进行正交试验设计 ,制定的因素水平表如表
(1. Civil Engineering College , Guangzhou University , Guangzhou 510405 , Guangdong ,China ;
2. Guangdong Chemical Industry School , Guangzhou 510405 , Guangdong ,China ;
Abstract : In view of t he wide used mobility concrete of t he C30 strengt h grade ,and make use of t he met hod of t he cross experimental design ,t he influence of t he steel slag micropowder to t he concrete performance was studied in t he laboratory. The best mix proportion of t he concrete wit h steel slag micropowder was obtained. It is stated clearly from t he experimental result t hat t he water2binder ratio is t he primary factor to influence t he initial slump and 7 days strengt h of t he concrete. The 28 days strengt h is general increased wit h mixing t he steel slag micropowder. The best mixing value of t he water reducer exists and t he slump loss of t he concrete can be reduced directly by it . Through optimized design ,t he mixing proportion of t he concrete (t he mixing value of t he steel slag micropowder is 30 % ,W/ B is 0. 36 ,t he mixing value of t he water reducer is 1. 9 %) can meet t he demands of t he many2sided performance of t he concrete ,and t here is t he certain practical value. Key words : steel slag micropowder ; t he mixing proportion of t he concrete ; slump ; strengt h
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者在广东省钢铁集团金业有限公司的协助下 ,对该企 业的钢渣预先磨细后用于混凝土中 。这不但可以使 广钢的钢渣经过处理后得到高附加值的有效利用 ,彻 底解决环境污染问题 ,而且可以增加混凝土高活性掺 合料的供应量 ,降低混凝土中的水泥用量 ,避免消耗 过多资源 ,同时提高了混凝土的各方面性能 。
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5310
X8
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设计要求又符合施工性能的编号 X7 的混凝土试验条 统计分析的最优试验条件一致 。所以编号 X7 的混凝 件是 A3B1C3 ,显然其钢渣微粉掺量较高 ,其它条件与 土试验条件具有一定的实用意义 。
2 0 0 5 年 第 9 期 (总第 191 期) Number 9 in 2005 ( Total No . 191)
混 凝 土 Concrete
全国中文核心期刊 The Core Journal of China
钢渣微粉对混凝土性能的影响初探
彭春元1 , 彭 忠2 , 邓福添3 , 阮国超4 (11 广州大学土木工程学院 ,广东 广州 510405 ; 21 广东省化学工业学校 ,广东 广州 510405 ; 31 广州钢铁集团金业有限公司 ,广东 广州 510370 ; 41 广州东浦混凝土有限公司 ,广东 广州 510660)
1 试验研究
111 试验用原材料 11111 水泥
来自广州水泥厂金羊牌 P·O4215R 。 11112 砂与碎石
来自广东省东浦混凝土有限公司 。黄砂 :细度模 数为 2191 ;碎石 :连续粒级 5mm～25mm 。 11113 外加剂
来自广东金刚牌 AP - 1A 型缓凝高效减水剂 ,液 的基 准 混 凝 土 的 配 合 比 为 : 水 泥 : 砂 子 : 石 子 = 1 :
表 3 钢渣微粉对混凝土的性能影响结果
编号
A
B
C
D
(外加剂掺量/ %) (水胶比) (钢渣微粉掺量/ %) (空列)
考核指标 0min 坍落度/ Hale Waihona Puke Baidum 1h 后坍落度/ mm 7d 强度/ MPa
28d 强度/ MPa
X0
114
0142
0
-
130
120
4216
5516
X1
1 (113)
1 (0136)
表 2 正交试验因素水平表
水平 A (外加剂掺量/ %)
因素 B (水胶比)
C(钢渣微粉掺量/ %)
1
113
0136
10
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20
3
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强度为考核指标的正交试验结果 。从中可以看出 ,不 掺钢渣微粉的基准混凝土 (编号为 X0) 的试验结果是 满足普通混凝土设计要求的 。与基准混凝土 ( X0) 相 比 ,掺入钢渣微粉后 ,各编号的混凝土 0min 坍落度都 能满足设计要求 ,但除了编号 X7 和编号 X8 外 ,其它 编号的混凝土 1h 后坍落度损失都较大 ,这显然会影 响混凝土的施工性能 。另外 ,钢渣微粉的掺入并非全 部使混凝土的 7d 强度降低 ,除编号 X3 、X6 、X7 和 X9 外 ,其它编号的混凝土 7d 强度还有所提高 ,而 28d 强 度 (除编号 X3 和 X9 外) 则普遍高于 50MPa ,有些还 赶上或超过了基准混凝土 。前者与国内有些报导[2 ] 的结论不同 ,后者则一致 ,这可能与各地钢渣品种不 同有关 。依据表 4 的极差分析结果可以直观的反映 各因素及其水平对混凝土性能指标的影响 。显然代 表试验误差的空列 ,其极差值皆为最小 ,是影响各性 能指标的最弱作用因素 。对 0min 坍落度 、60min 坍落 度 、7d 强度和 28d 强度的优化条件分别是 B3A3C3 、 A3B2C3 、B1C1A1 、C1B1A1 。表 5 的方差分析结果定 量的给出了各因素影响的主次关系 。显然 F 检验各 因素对 0min 坍落度的影响显著性较小 。这与各种条 件下 0min 坍落度都能满足设计要求正交试验结果是
表 3 为正交试验方案[L9 (34) ]及掺钢渣微粉的混 凝土的 0min 坍落度 、1h 坍落度以及 7d 和 28d 混凝土
11115 水 :自来水 。 112 试验方法 11211 混凝土的坍落度
采用普通混凝土拌合物性能试验方法标准 ( GB/
T50080 - 2002) 11212 混凝土的坍落度损失
利用上述原材料 ,按普通混凝土的配合比设计方 法 ,设计混凝土强度等级为 C30 ,坍落度达到流动性 混凝土的要求 (100mm～150mm) ,计算出单掺减水剂
一致的 。因而最优试验条件可以排除对 0min 坍落度 的影响因素 , 而由其它各显著性 因 素 组 合 而 成 , 即 A3B1C1 。值得注意的是正交试验结果中满足
1 (10)
1
110
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4818
5917
X2
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2 (0139)
2 (20)
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3 (0142)
3 (30)
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2 (116)
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2
130
50
4118
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众所周知 ,钢铁企业除了在炼铁时产生矿渣这一 固体废料外 ,炼钢时还要产生钢渣废料 。长期以来 , 我国钢渣排放量占钢产量的 20 % , 而利用率仅为 40 % ,到目前为止 ,国内积存的钢渣已在 1 亿吨以上 , 多作为填埋材料占用了大量土地并污染空气[1 ] 。笔
[ 收稿日期 ] 2005 - 08 - 15