钢渣对粉煤灰混凝土力学性能影响

姚立阳，符 浩，史乐君

(河南城建学院 土木与交通工程学院， 河南 平顶山 467036)

钢渣对粉煤灰混凝土力学性能影响

姚立阳，符 浩，史乐君

(河南城建学院 土木与交通工程学院， 河南 平顶山 467036)

通过在粉煤灰混凝土中掺入钢渣替代水泥，研究钢渣对粉煤灰混凝土力学性能的影响。结果表明：钢渣混凝土的抗压强度和抗折强度均有所降低，随龄期的延长，降低幅度减小，随替代量的增加，抗压强度降低幅度略有增加，抗折强度降低幅度减小。但5%钢渣混凝土的28 d和56 d抗压强度与抗折强度均高于粉煤灰混凝土。

钢渣；粉煤灰混凝土；抗压强度；抗折强度

粉煤灰可用于混凝土中替代一部分水泥，以降低工程造价，改善混凝土的密实性，提高混凝土的浇筑质量等，这已是建筑行业的普遍共识[1-7]。我国是钢材生产大国，在此过程中产生的钢渣作为固体废弃物储量十分丰富。相对于粉煤灰，钢渣的利用率却很低，加大对钢渣废弃物的利用研究很有必要，因此，钢渣在建材行业的应用研究是目前研究的热点[8-9]。

本文在已有粉煤灰混凝土应用研究的基础上，探讨不同掺量钢渣替代水泥对粉煤灰混凝土性能的影响。

1 试验材料

水泥：P.O.42.5普通硅酸盐水泥；细集料：河砂，细度模数1.9；粗集料：4.75～19 mm的级配碎石；脱硫石膏作为碱激发剂。

粉煤灰采用I级粉煤灰，SEM照片见图1，主要成分见表1。

表1 粉煤灰主要成分及含量 /%

图1 粉煤灰SEM照片 图2 钢渣SEM照片

钢渣：采用河南舞钢转炉钢渣，比表面积410 m2/kg，SEM照片见图2，其主要成分见表2。

表2 钢渣主要成分及含量 /%

2 试验方案

混凝土强度等级设计为C30，粉煤灰等量取代水泥15%，脱硫石膏激发剂用量为胶凝材料质量的5%，钢渣用量分别采用等量取代水泥质量的5%、10%和15%。具体方案见表3。分别测定混凝土在3 d、28 d和56 d的抗压和抗折强度。

表3 不同类型混凝土所需原材料配比 /kg

3 试验结果与讨论

3.1 钢渣对粉煤灰混凝土抗压强度的影响

在15%粉煤灰混凝土中利用钢渣等量取代不同量水泥后，混凝土的3 d、28 d和56 d抗压强度变化情况见图3。

图3 不同龄期、不同类型混凝土的抗压强度 图4 不同龄期、不同类型混凝土的抗折强度

由图3可以看出：粉煤灰混凝土的抗压强度相对于普通混凝土降低比较明显，粉煤灰混凝土3 d强度9.0 MPa，相对于普通混凝土的18.2 MPa降低了51%；粉煤灰混凝土28 d强度24.2 MPa，相对于普通混凝土的31.5 MPa降低了23%；粉煤灰混凝土56 d强度29 MPa，相对于普通混凝土的37.8 MPa降低了23%。

在粉煤灰混凝土中再添加5%～15%的钢渣取代水泥，混凝土抗压强度略有降低，但不明显。3 d强度，5%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了8.9%，达到8.2 MPa，10%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了12.2%，达到7.9 MPa，15%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土也降低了12.2%，达到7.9 MPa；28 d强度，5%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土强度略有升高，达到24.4 MPa，10%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了5.4%，达到22.9 MPa，15%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了7.4%，达到22.4 MPa；56 d强度，5%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土强度略有升高，达到29.3 MPa，10%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了5.5%，达到27.4 MPa，15%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了7.6%，达到26.8 MPa。

3.2 钢渣对粉煤灰混凝土抗折强度影响

在15%粉煤灰混凝土中利用钢渣等量取代不同量水泥后，混凝土的3 d、28 d和56 d抗折强度变化情况见图4。

由图4可以看到：粉煤灰混凝土的抗折强度相对于普通混凝土降低比较明显，粉煤灰混凝土3 d强度1.64 MPa，相对于普通混凝土的2.63 MPa降低了37.6%；粉煤灰混凝土28 d强度3.19 MPa，相对于普通混凝土的4.19 MPa降低了23.9%；粉煤灰混凝土56 d强度3.83 MPa，相对于普通混凝土的5.03 MPa降低了23.9%。

在粉煤灰混凝土中再添加5%～15%的钢渣取代水泥，混凝土抗折强度有所降低。3 d强度，5%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了36.6%，达到1.04 MPa，10%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了32.9%，达到1.10 MPa，15%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土也降低了39%，仅有1.0 MPa；28 d强度，5%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土强度略有升高，达到3.24 MPa，10%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了13.5%，达到2.76 MPa，15%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了2.5%，达到3.11 MPa；56 d强度，5%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土强度略有升高，达到3.88 MPa，10%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了13.6%，达到3.31 MPa，15%钢渣混凝土比粉煤灰混凝土降低了2.6%，达到3.73 MPa。

4 结论

通过上述研究可知，粉煤灰混凝土与普通混凝土比较，3 d、28 d和56 d的抗压和抗折强度均明显下降，下降幅度在20%以上，并且早期强度降低更为明显；在粉煤灰混凝土中利用钢渣等量取代5%～15%的水泥，钢渣混凝土与粉煤灰混凝土比较，3 d、28 d和56 d的抗压和抗折强度也有所降低，随龄期的延长，下降幅度减小，随替代量的增加，抗压强度下降幅度略有增加，抗折强度下降幅度较小。另外，5%钢渣混凝土的28 d和56 d抗压和抗折强度均高于粉煤灰混凝土。

[1] 鲁丽华，潘桂生，陈四利，等.不同掺量粉煤灰混凝土的强度试验[J].沈阳工业大学学报， 2009，31(1)：107-111.

[2] 毛明杰，杨秋宁.大掺量粉煤灰混凝土铺装强度性能的试验研究[J].混凝土，2011(10)：21-27.

[3] 姚立阳，姚丽红，汪潇，等.粉煤灰对水泥砂浆流动度和强度的影响研究[J].粉煤灰，2013(4):1-3.

[4] 钱觉时.粉煤灰特性及其在混凝土中的应用[M]．北京：科学出版社,2002．

[5] 韩怀强，蒋挺大.粉煤灰利用技术[M]．北京：化学工业出版社，2001．

[6] 汪潇，王宇斌，杨留栓，等.高性能大掺量粉煤灰混凝土研究[J]．硅酸盐通报，2013，32(3)：523-527，532．

[7] LU Y B, LI Q M. About the dynamic uniaxial tensile strength of concrete like materials[J]. International Journal of Impact Engineering, 2011,38(4):171-180.

[8] 单志峰.国内外钢渣处理技术与综合利用技术的发展分析[J].工业安全与防尘，2000(2): 27-31．

[9] 陈苗苗，冯春花，李东旭，等． 钢渣作为混凝土掺合料的可行性研究[J].硅酸盐通报，2011，30(4): 751-754．

Influences of steel slag on mechanical properties of fly ash concrete

YAO Li-yang, FU Hao, SHI Le-jun

(SchoolofCivilandTransportationEngineering，HenanUniversityofUrbanConstruction，Pingdingshan467036，China)

The effect of steel slag on the mechanical properties of fly ash concrete was studied by adding steel slag instead of cement in fly ash concrete. The result shows that the compressive strength and flexural strength of steel slag concrete decrease when cement replaced by steel slag. The decrement gradually decreases with the prolongation of age. The decrement of compressive strength increases slightly and the decrement of flexural strength decreases with the increase of the substitution quantity. But the compressive strength and flexural strength of 5% steel slag concrete are higher than those of fly ash concrete at 28d and 56d.

steel slag; fly ash concrete; compressive strength; flexural strength

2016-10-21

河南省科技攻关计划项目(14102310243)

姚立阳(1976—)，河南南阳人，男，博士，副教授。

1674-7046(2017)01-0021-03

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.01.004

TU398

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