第２９卷第１期 ２０１６年２月 常州工学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１６ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—０４３６．２０１６．０１．００９ 掺钢渣微粉混凝土耐久性的实验研究 田尔布，王逢朝，康海鑫，连跃宗，刘奋醒 （三明学院建筑工程学院，福建三明３６５００４） 摘要：经过磁选、热闷等工艺处理后的钢渣，其金属铁或铁的化合物、ｆ－ＣａＯ含量要减少很多， 解决了钢渣易磨性和体积安定问题。用钢渣微粉取代部分水泥制备混凝土进行抗渗透、抗碳化和 抗冻融实验。实验表明：随着钢渣粉掺量的增加，混凝土抗碳化效果得到提升；钢渣微粉掺量为 ２０％时，混凝土抗渗透性（氯离子扩散系数、电通量）及抗冻性最佳。 关键词：钢渣；抗渗透；电通量；抗冻性 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—０４３６（２０１６）０１－００３９—０４ Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｓｌａｇ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ＴＩＡＮ Ｅｒｂｕ，ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇｃｈａｏ，ＫＡＮＧ Ｈａｉｘｉｎ，ＬＩＡＮ Ｙｕｅｚｏｎｇ，ＬＩＵ Ｆｅｎｘｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓａｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｍｉｎｇ ３６５００４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｔａｌ ｉｒｏｎ ｏｒ ｉｒｏｎ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｎｄ ｆ－ＣａＯ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｌｅｓｓ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｖｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｇｒｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ｗｅｒｅ ｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ａｎｔｉ—ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｙ，ｃａｔｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｆｒｅｅｚｅ— ｈａｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗａｓ ｃａｒｄｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｔｅｅｌｔ ｓｌａｇ ｐｏｗｄｅｒ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉ－ ｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌｔ ｓｌａｇ ｐｏｗｄｅｒ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎａ— ｔｉｏｎ ｉｓ ｇｅｔｔｉｎｇ ｂｅｔｔｅｒ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｒｅａｃｈｅｓ ２０％，ａｎｔｉ—ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ（ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｉｏｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ，ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｌｕｘ）ａｎｄ ｆｒｏｓｔ ｒｅｓｉｓｔｎｃｅ ｏｆ ａｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ；ａｎｔｉ—ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｌｕｘ；ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 随着水泥混凝土技术的发展，掺合料如矿渣、 粉煤灰等逐渐成为混凝土不可缺少的组分。钢渣 ＣａＯ和ＭｇＯ的产生。研究表明，磨细钢渣对混 凝土的工作性和强度影响不明显 ，但目前对 经过处理后的钢渣对混凝土耐久性能影响的研究 还很少，因此，本文将对此进行研究。 和水泥熟料由相似矿物组成，可以作为混凝土掺 合料，但是由于含有大量铁和铁的化合物，难以被 磨细，其活性不能充分发挥，同时颗粒里包裹着大 量游离的ＣａＯ和ＭｇＯ，易使水泥混凝土产生安定 性不良等问题ＬｌＩ２ Ｊ。近些年，部分钢厂采用磁选、 １实验材料与实验方法 １．１实验材料 热闷工艺等技术处理钢渣 －４ Ｊ，使钢渣能够磨细， １）水泥。本研究采用建福牌Ｐ．０ ４２．５Ｒ型 去除金属铁和铁化合物，改善其易磨性，降低游离 收稿日期：２０１５·１２－１２ 普通硅酸盐水泥，其主要技术指标见表１。 基金项目：福建省科学技术厅科技计划项目（２０１３Ｙ００７６）；福建省教育厅Ａ类科技项目（ＪＡ１２３０７）；福建省科学技术厅自然科学基金 （２０１５Ｊ０１６４６）；福建省科学技术厅自然科学基金指导性科技计划项目（２０１２Ｄ１２５） 作者简介：田尔布（１９８１一ｔ ），男，博士研究生，讲师。 常州工学院学报 表１水泥的主要技术指标 ２０１６正 ２）粗集料。粗集料为福建三明的花岗岩碎 石，其物理性能测试结果如表２所示。 表２粗集料性能测试结果 ３）细集料。本研究所采用的细集料为三明 沙溪河产的河砂，属中砂，其各项性能指标均符 合规范的相关要求，其物理性能测试结果如表３ 所示。 表３细集料性能测试结果 ４）钢渣。本实验所用钢渣为福建钢源粉体 种技术处理的钢渣相比 ］，本实验所用钢渣金属 铁或铁化物、ｆ＿ｃａＯ含量减少很多，解决了钢渣体 积安定问题。 有限公司生产，经过磁选、热闷等工艺处理，其主 要化学成分及技术指标如表４所示，与未经过此 表４钢渣化学成分及技术指标 ５）减水剂。本研究减水剂为福建省莆田新 华新型建筑材料中心生产的ＦＤＮ系列高效减水 剂，根据试验，测得最佳掺量为１．３％。 ６）水。普通自来水。 １．２实验方法 １．２．１混凝土配合比设计 用于测试磨细钢渣混凝土电通量、氯离子侵 蚀、碳化、抗冻的配合比见表５。 表５配合比 １．２．２抗渗透实验方法 混凝土渗透性评价方法主要有透水法、透气 法、ｃｌ一渗透法、通电法。本研究主要对试件进 行了电通量和ｃｌ一渗透实验。 １）电通量：按照《混凝土抗氯离子渗透性能的 混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设 ［２００５］１６０号），成型直径为１００ ｍＩｎ、高５０ ｍｍ的 圆柱体试件。试件真空饱水后，取出放人两侧的浓 度为ｏ．３ ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液和质量分数为３．０％ 的ＮａＣ１溶液的试验槽，在两侧通人６０ Ｖ直流电 压，试件的电通量为６ ｈ内通过试件的总电量值。 电动指示试验方法》（ＡＳＴＭ Ｃ１２０２－－２０１２）或《铁路 第１期 田尔布，等：掺钢渣微粉混凝土耐久性的实验研究 ４１ ２）氯离子迁移：成型直径为１００衄、高５Ｏ ｍｍ的圆柱体试件，标养２８ ｄ。在Ａ电通量相同 实验槽中试件两端外加３０ Ｖ电压。通电完毕， 将试件切成两半，并在切开表面喷涂浓度为０．１ １．２．４抗冻实验方法 采用快冻法进行试验，依据《普通混凝土长 期性能和耐久性试验方法标准》（ＧＢ／Ｔ ５ｏ０８２— ｍｏｌ／Ｌ的ＡｇＮＯ ，用游标卡尺测氯离子渗透深 度，再计算氯离子扩散系数 Ｊ。 １．２．３碳化实验方法 成型１００ ｍｍ×１００ ｍｉｉｌ×１００ ｔｏｎｉ混凝土试 件，标养２８ ｄ。碳化采用加速碳化试验，试验过 程中碳化箱内温度为（２０±３）℃，相对湿度为 ２００９），对各组试件分别进行１００次冻融循环后， 再按《普通混凝土力学性能试验方法标准》 （ＧＢ／Ｔ ５００８１－－２００２）进行力学性能试验。 ２实验结果与数据分析 ２．１抗渗透实验 通过对各组的实验数据进行整理，取各组的 有效平均值作为该组试件的电通量试验结果测 定值。试验根据《混凝土抗氯离子渗透性能的 动指示试验方法》（ＡＳＴＭ Ｃ１２０２－－２０１２）计算氯 离子的渗透性，按《混凝土耐久性检验评定标 准》（ＪＧＪ／Ｔ １９３－－２００９）对电通量等级的划分标 准，可得出如表６所示的结果。 （７０±５）％，二氧化碳质量分数为（２０．４－３）％Ｌ９］。 将试块切块，除去表面上残存的粉末后喷质量分 数为１％的酚酞酒精溶液试剂，用游标卡尺测量 已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂 直距离。计算各试块测点的碳化深度算术平均值 作为碳化深度。 表６电通量试验结果 表６为混凝土氯离子渗透陛能试验结果。由 表６可知，Ａ、Ｂ、Ｄ组渗透性等级为中等，ｃ组为 低等，同时，ｃ组电通量最低、氯离子扩散系数最 小。由图１、２可以看出电通量、氯离子扩散系数 随着钢渣掺量的增加先逐渐减小后逐渐增大，掺量 为２０％时，两者最低。其主要原因可能是当钢渣掺 量达到２０％时，氯离子渗透性能较其余掺量时更 佳，钢渣粉的水化产生ＣＳＨ凝胶，可以较好地堵塞 扩散通道，改善混凝土孔的孔径分布和几何形状， ３ ｏ００ ＼２ ０００ ． — ／ ／ 蛔 鼎 １ ０００ Ｏ Ｉ Ｉ Ｉ １ ０ １Ｏ ２０ ３Ｏ 掺量 图１电通量 氯离子扩散系数下降。同时，也说明钢渣粉过少或 过多，其水化产生的ＣＳＨ凝胶或者钢渣粉没有很 好地填充混凝土内部孔隙。可见，适量的钢渣在改 —— ／ 善混凝土孔结构、增加混凝土密实度、降低渗透性 方面是有利的，可以提高混凝土的抗渗透性能。 ２．２碳化实验 Ｏ ｌＯ ２０ ３Ｏ 根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验 方法标准》（ＧＢ／Ｔ ５００８２－－２００９）进行磨细钢渣 掺量／％ 图２ ＣＩ一扩散系数 ４２ 常州工学院学报 ２．３抗冻性实验 ｌ ２ Ｏ ８ ２０１６，正 混凝土碳化实验，实验结果见表７和图３、４。 表７碳化实验结果 ２ ４ ２ ｌ ６ 通过对试件进行１００次冻融循环后，发现Ａ ２ ｌ ｌ ０ ｌ ＼ 蟥 舔 ０ ｌＯ ２０ ３０ 掺量 图３钢渣掺量对碳化深度影响 掺量 Ｔ —１卜１０；— ０ ｇ 暑 ＼ 聪 ／／ Ｉ ．— ＝：＿一 — 舔 ７ ２８ 时间，ｄ 图４碳化深度随时间变化趋势 由表７和图３、４可以看出，养护龄期为２８ ｄ 的不同掺量磨细钢渣混凝土的碳化深度随时间增 加而不断增大。图３显示，随着钢渣粉掺量的增 加，混凝土抗碳化效果越来越好。由图４可知随 着碳化时间的增加，试件整体的碳化深度逐渐增 大，其中钢渣掺量为Ｏ％、１０％的混凝土在７ ｄ后 的碳化深度快速增大，而钢渣掺量为２０％、３０％ 的，碳化深度增大不多，说明钢渣粉与水泥水化产 生的Ｃａ（ＯＨ） 发生二次反应，减少了混凝土中 Ｃａ（ｏＩ－ｉ） 的产生，同时钢渣微粉填充混凝土孔 隙，改善混凝土孑Ｌ的孔径分布和几何形状，阻断了 混凝土碳化部分通道，降低碳化机会。 ４ ２ ６ ２ ８ 组试件表面有部分脱落迹象，对Ａ组部分试件单 独进行到１０４次冻融后，Ａ组抗冻达到极限，强度 下降３６％。１００次冻融循环后，清除表面脱落块， 对Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ ４组试件进行质量测定和力学抗压 强度测试，实验结果见表８和图５。 表８抗冻试验结果 Ｔ仉琊，口：—ｒ＿ｍ坏刖 ５０ 熊 — ４５ ．／ ０ １０ ２０ ３Ｏ 掺量 图５ １００次冻融循环后混凝土抗压强度 由图５可以看出，冻融前后，混凝土的质量和 ２８ ｄ抗压强度均在钢渣掺量２０％时最高，由于钢 渣微粉不仅能够与水泥水化产生的ｃａ（ＯＨ） 发 生二次水化反应，而且也有填充效应，使混凝土更 加密实，二者均提高混凝土抗压强度。经过１００ 次冻融后，混凝土抗压强度和质量均有所下降，但 是钢渣掺量为２０％时，混凝土抗压强度最高，这 是由于水泥水化产物Ｃａ（ＯＨ） 与钢渣微粉发生 二次水化反应，混凝土毛细孔通道被反应物填充， 使水泥钢渣浆体的孔径变细，曲折度增加，连通孑Ｌ 变少，从而使水分进入混凝土内部的几率大为减 少，降低因水结冰膨胀破坏混凝土结构的机会。 ３ 结论 １）经过磁选、热闷等工艺处理的钢渣，其Ｆｅ：０，、 （下转第５１页） 第１期 苏康，等：常州工学院图书馆绿色施工的项目策划与实施 ５ｌ ４．２图书馆绿色施工的社会效益 项目部通过绿色施工的策划与实施工作，创 细度越来越高，取得了不错的经济和社会效益。 政府和建设单位的合理引导也促进了绿色施工的 推行和不断完善。常州工学院辽河路校区图书馆 项目从规划设计阶段人手，对绿色施工的要求进 造了一个绿色环保、安全健康的工作生活环境，保 证了工程的顺利开展。通过周全的绿色策划与实 施，不仅让项目更加“绿色”，而且让企业和所有 项目参建单位都能感受和体会到绿色施工的魅 力，增强其绿色施工的动力，达成管理共识，为后 续施工奠定基础，也让到工程现场的参观者对施 工现场的干净、设施的人性化、标准的统一化留下 了深刻印象，绿色施工的能力和水平体现了施工 单位的绿色竞争力。 行充分考虑，在绿色施工环节，针对施工方案、总 分包确定、采购、现场、验收等各阶段进行控制，为 施工过程提供全方位的绿色监管 ｊ。 ［参考文献］ ［１］中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑工程绿色施工评价 标准：ＧＢ／Ｔ ５０６４０－－２０１０［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１１． ［２］中华人民共和国建设部．《绿色施工导则》的通知：建质 ［２００７］２２３号［Ａ／ＰＬ］．（２００７—０９—１０）［２０１５—０２一Ｏ１］．ｈｔ． ｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｏｈｕｒｄ．ｇｏｖ．ｃｎ／Ｉｃｆｇ／ｊｓｂｈｊｇｃａｌ／２００７０９／ｔ２００７０９１４ １５８２６０．ｈｔｍ１． ５ 结语 绿色施工是一个系统工程，具有长期性，从目 —前常州工学院辽河路校区图书馆项目绿色施工情 况看，还有许多可以改进和完善的地方。作为绿 ［３］赵景宇．项目绿色施工的策划与实施［Ｊ］．中国建筑金属结 构，２０１３（２）：４６． 色施工的主体单位，施工企业确实在研发方面加 大了力度，建立了有效的激励机制，增加科技投 入，鼓励对绿色施工进行创新、研发，施工管理精 ［４］苏康，姚汉文，周泓．绿色校园建设的思考与实践：以常州工学院 新校区绿建设计为例［Ｊ］．常州工学院学报，２０１５（２）：５７－６１． 责任编辑：唐海燕 （上接第４２页） ｆ－ＣａＯ含量减少很多，解决了钢渣体积安定问题。 ２）随着钢渣粉掺量的增加，混凝土的抗碳化 安：西安建筑科技大学，２０１２． ［３］ＺＨＡＮＧ Ｔｏｎｇｓｈｅｎｇ，Ｙｕ Ｑｉｊｕｎ，ＷＥＩ Ｊｉａｎｇｘｉｏｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｐｒｅｐ￣ａ－ ｉｔｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｌｅｎｄｅｄ ｃｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｉ— 效果越好；钢渣微粉掺量为２０％时，混凝土抗渗 透性（氯离子扩散系数、电通量）及抗冻性最佳。 ３）水泥水化产物Ｃａ（ＯＨ） 与钢渣微粉发生 二次水化反应，减少了混凝土中ｃａ（ＯＨ）：的产 生，有利于降低碳化程度；钢渣与ｃａ（ＯＨ） 发生 二次水化反应生成的ＣＳＨ凝胶可以较好地堵塞 扩散通道，改善混凝土孔的孔径分布和几何形状， ｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｆｒｏｍ ｂａｓｉｃ ｏｘｙｇｅｎ ｆＵｒｌｌａｃｅ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ［Ｊ］．Ｒｅ— ｓｏｕｒｃｅｓ。Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ＆Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ，２０１ １，５６（１）：４８—５５． ［４］ＹＩ Ｈｕａｎｇ，ＸＵ Ｇｕｏｐｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｈｕｉｇａｏ，ｅｔ ａ１．Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｕｔｉｌｉｚａｉｔｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｄｉａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１２，１６（４）：７９１—８０１． ［５］田尔布，刘奋醒，张仁巍．粗集料骨架结构的高强混凝土工作 性研究［Ｊ］．公路，２０１１（１０）：１６２—１６５． ［６］蔡琪瑛．磨细钢渣粉对水泥混凝土性能影响的研究［Ｊ］．混凝 土与水泥制品，２０１２（５）：５—８． 增加混凝土密实度，降低氯离子扩散系数和减少 因水结冰膨胀破坏混凝土结构的机会。 ［参考文献］ ［１］涂昆，刘家样，邓侃．钢渣粉和钢渣水泥的活性及水化机理研 究［Ｊ］．北京化工大学学报（自然科学版），２０１５（１）：６２—６８． ［２］邢琳琳．钢渣稳定性与钢渣粗骨料混凝土的试验研究［Ｄ］．西 ［７］孙家瑛．钢渣微粉对混凝土抗压强度和耐久性的影响［Ｊ］．建 筑材料学报，２００５（１）：６３—６６． ［８］吴立朋．表层混凝土氯离子扩散性能及其测试方法研究［Ｄ］． 北京：清华大学，２０１２． ［９］阿茹罕，阎培渝．不同粉煤灰掺量混凝土的碳化特性［Ｊ］．硅 酸盐学报，２０１１（１）：７—１２． 责任编辑：唐海燕
