钢渣沥青混凝土研究

钢渣沥青混凝土研究（共10篇）

钢渣沥青混凝土研究 篇1

摘要：根据多年海外工程实践经验,通过试验探讨了利用废弃钢渣制作沥青玛脂混合料的可行性,试验表明利用钢渣作为集料骨料可以起到增大马歇尔稳定度、抗拉强度,降低水损害的作用。

关键词：钢渣,石灰石,SMA,混合料性能

1 概述

沥青玛脂碎石混合料(SMA)最早起源于德国,由于其良好的路用性能在国际上得到了迅速推广。SMA骨料采用的是间断级配,粗骨料之间充分嵌挤,之间由富含沥青的玛脂、纤维等填充,形成了充分的骨架,因此具有较强的抗破坏能力,同时由于其富含沥青玛脂,也具有了较好的抗疲劳性能和较低的空隙率,除此之外,SMA还有不易产生反射裂缝,耐老化、噪声低的优点。通常,为了获得优良性能的SMA混合料,集料一般采用天然石料,但是近年来,随着人们保护自然资源和控制环境污染观念的加强,道路工作者开始考虑用废弃钢渣代替石料生产SMA。钢渣是钢铁工业生产的副产品,已有数据表明世界范围的钢渣存量正在快速的增加,随着钢铁工业的发展钢渣产量仍在迅猛地增加,处置如此大量的废弃钢渣不仅占用了大量土地,而且带来了很多的环境问题。采用钢渣代替石料用于道路工程建设,不仅可以减少石料成本,而且可以降低废渣存储对环境的污染破坏,具有较高的社会和经济效益。作者根据多年的海外工程实践,采用非洲当地钢渣,通过室内试验探讨钢渣SMA的路用性能,并且与天然石灰石骨料SMA进行了对比试验,包括马歇尔试验、水稳定性试验,论证了钢渣代替石料用于公路建设的可行性。

2 材料及试件

2.1 集料和沥青

试验采用的骨料采用两种不同类型的钢渣代替天然骨料,对比试验采用天然石灰石骨料,石灰石骨料来源于非洲巴塞公路一期项目自有石料厂,两种钢渣分别来源于Acier Malien钢厂和Societe Malienne d’Armature钢厂。为减少钢渣的膨胀率,使用前应进行水洗以加速自由石灰和氧化镁的水化过程,而且骨料最好在废弃两年后再利用以确保钢渣内部结构已稳定。石灰石和钢渣特性详见表1,骨料配合比采用规范中SMA-13的中限。

试验采用的沥青按国标属于70号沥青,试验结果见表2。

2.2 试件分组

在本试验中,为区分试件分类采用双字母分类,分别表示粗、细骨料类型,比如“L”表示天然石灰石骨料(Limestone),“A”和“S”分别表示“Acier Malien”和“Societe Malienne d’Armature”的钢渣,具体分组详见表3。

SMA混合料最佳沥青含量采用马歇尔试验的方法确定。试样沥青含量5%～7.5%,每级间隔0.5%,每组3个试件,双面击实75次成型。

3 试验类别

3.1 马歇尔试验

马歇尔试验是目前道路工程领域最常用的评价指标,主要试验指标为稳定度、流值和马歇尔模数,其中模数是沥青混合料抵抗变形破坏的一种表征,较高的数值可能代表了强度和耐久性较好的混合料。

3.2 间接拉伸强度试验

间接拉伸强度试验可用来评价材料的抗拉性能,为评价沥青混凝土拉伸强度进行了间接拉伸强度试验。试验通过两个压条对圆柱形试件沿着直径平面进行加载,相当于在竖向直径平面内产生相当的水平拉力,一般由下式计算:其中,ITS为试件的间接抗拉强度,k Pa;Pult为试件破坏荷载,k N;D和t分别为试件的直径和厚度,mm。

3.3 混合料水稳定性试验

为了评价混合料水稳定性进行了单次冻融循环间接拉伸强度试验和马歇尔残留稳定度试验。单次冻融循环试验分组为每组制作六个试件,其中三个在-18℃±2℃冷冻16 h±1 h,之后立刻置入60℃±0.5℃恒温水槽中24 h;其余三个进行室温下常规对比试验。浸水马歇尔试验分组为每组试件六个试件,其中三个浸水40 min后进行马歇尔试验,其余三个浸水48 h后进行马歇尔试验。两种水稳定性试验结果比值分别为TSR和MSR。

4 试验结果及分析

4.1 马歇尔试验

马歇尔试验结果见表4。

每组数据都是三个最佳沥青含量试验的平均值,数据可靠。由表4中数据可以看出,钢渣的加入明显提高了最佳沥青含量,钢渣代替细骨料提升幅度明显大于粗骨料。石灰石骨料SMA的稳定度为8.84 k N,而钢渣SMA的稳定度和模数值均有一定的增大。与石灰石骨料相比,钢渣骨料模数值增大幅度在39%～45%之间,这可能与钢渣硬度和较高的沥青含量有关。因此,从数据可以看出,钢渣骨料SMA对提高沥青路面性能在一定程度上起着积极的作用。

4.2 间接拉伸强度试验

五组混合料间接拉伸强度结果见表5。

从表5可以看出,石灰石骨料试件的间接抗拉强度为690 k Pa,而所有包含钢渣骨料的试件都有较高的间接抗拉强度,特别是钢渣代替细骨料的LA试件可达到833 k Pa,增幅达到20%,这可能与石灰石试件较高的孔隙率有关。结果说明了钢渣骨料SMA具有更好的抗裂性能。

4.3 混合料水稳定性试验

冻融循环前后的马歇尔和间接拉伸强度试验结果列于表6。

从表6可以看出,在抗水损害性能方面,钢渣骨料试件均略优于石灰石骨料试件,其中依然是钢渣代替细骨料的LA和LS分别较石灰石骨料提升了7%和13%,说明该混合料骨料与粘结料之间的粘结作用较石灰石骨料牢固,同时也证明了钢渣作为骨料的SMA可提升混合料的抗水损害能力。

5 结语

本文探讨了钢渣代替骨料生产SMA混合料的可行性,根据试验结果可以得到如下结论:

1)钢渣代替石料生产沥青混合料进行公路工程建设,可明显降低对自然环境破坏,有效缓解日益增大的环境压力,而且可以降低骨料开采成本,具有显著的社会和经济效益。2)采用钢渣代替石灰石骨料生产的SMA混合料,在一定程度上可以提高路面的使用性能,如抗裂缝和抗水损害能力。3)钢渣代替细骨料的增幅作用较代替粗骨料更为明显,但作用的机理尚不明确,下一步可在此方面进行详细研究。

参考文献

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[2]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,1999.

[3]薛永杰,吴少鹏.钢渣在武黄高速公路加铺工程中的应用研究[A].湖北省公路科技论文集[C].2004.

[4]李灿华,苏悦.钢渣SMA-13沥青混凝土及其服役性能研究[J].武钢技术,2012,50(3):27-31.

钢渣沥青混凝土研究 篇2

摘要：交通是促进一个国家和城市发展繁荣的基本保障，也是一个国家或城市经济实力的一个重要体现。随着社会的不断进步和发展，便捷安全的交通是人们生活的基本要求，公路路面的病害问题会给人们的出行带来不便，甚至造成危害，影响人们的安全，所以，对公路路面病害问题的修复和预防是极其重要的。本文针对公路沥青混凝土路面病害与修复措施研究的问题进行简单论述，其中就现今造成沥青路面的病害的起因以及如何修复和预防的问题都做出了科学的论述。希望可以提高公路的使用寿命，帮助城市更好的发展。

关键词：公路；沥青混凝土；路面病害；修复措施

引言

近年来，国内经济飞速发展，越来越多的企业都将自己的产品销往其他的城市，甚至是国外，这就增加了公路路面的使用率，加大了其承载量，尤其是新兴的快递行业以及快速发展的货运行业，这些行业的发展与公路路况紧密相连。但是，现如今，国内有很多地区的沥青路面并不能承受如此大的压力，有很多路面已经出现了不同程度的损坏，更有甚者，新修的路面还没使用多久就出现损坏现象，长此以往下去，必定会阻碍国内经济的发展，因此，本文就这一問题进行简单的论述，提出了一些有效的修护技术，希望相关部门能够加大对路面的养护工作。

一、路面发生的病害及其的原因

国内的公路一般都是使用沥青混凝土进行修建的：沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，使路面平整少尘、不透水、经久耐用，一般情况下使用寿命都可达到十五年，因此，沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面。但是国内很多的沥青路面并没有展现出其经久耐用的特点，很多都是在使用没有多久后就出现了损害。对此，作者翻阅了大量的案例文献，并在进行了实际考察之后，总结出以下几点病害及其成因：

1.1 水损害

水损害，对沥青路面造成的损害时非常大的，会破会到沥青路面的根基，之所以这么说，是因为水损害的作用点并不是沥青路面的表面，而是在水分渗透到沥青路面深层结构后，直接对深层结构造成的危害，是由内而外的，这种损害也是最不容易修复的一种病害。一般水损害有网裂、坑洞、唧浆、辙槽四种表现形式。通常造成水损害都是在沥青路面施工过程中造成的，有以下几个：沥青混凝土配比控制不合理、搅拌不均、压实不足等。

1.2 裂缝损害

裂缝损害，这个问题就相对比较普遍了，一般来说裂缝损害是由于路面受到的外界因素造成的，但是如果不对裂缝损害进行及时的处理的话，很容易会引起其他的路面病害发生，比如说，出现裂缝损害之后，地表水就很容易顺着沥青路面的裂缝路面裂缝流入地下，破坏沥青路面的深层结构，造成水损害。因此，出现裂缝损害的时候必须要及时进行修护工作，尽量减轻危害。造成沥青路面发生裂缝损害的原因如下：（1）外界温度因素引起的裂缝损害，中所周知，物体都有热胀冷缩的性质，而沥青混凝土路面在建造时也都会对这一问题采取合理的预防工作，但是如果外界在短时间内出现极大的温度差，很容易就会造成裂缝损害，这种情况也称为非荷载裂缝。（2）承重因素，这个就比较好理解了，物体都有自己承受的极限，路面也一样，一旦过往的形成出现超重的情况，会给路面带来极大的压力。就很容易造成裂缝损害的问题，这种情况也称为荷载裂缝。

除此之外，还有龟裂损害、坑槽损害等一些其他的路面病害，这里就不做详细的论述。

二、沥青混凝土路面病害的防治技术

从上文的论述内容中可以得出结论，造成沥青混凝土路面病害的原因有很多种，包括在沥青混凝土路面建造过程中产生的因素，如施工方式、沥青的配比问题、或者是设计方法，这些问题可以在建筑是严格进行要求把关，以此来降低路面病害的发生率，提高路面质量和使用期限；也包括自然因素，人为因素，这些都是属于不可控的因素，是建筑后期所造成的危害，因此，要降低沥青混凝土路面病害的发生率，不仅要注重沥青混凝土公路建设过程中沥青配比、设计、施工等问题，也要注重工程竣工后期的防护工作。

2.1 沥青配料

沥青配料的问题需要严格控制三个方面，分别是混合料的质量检测、配比设计、配料原料检测。

2.1.1 检测沥青配料的质量

检测沥青配料的内容包含：油石比、矿料级配、稳定值、流值、出厂温度、现场温度、摊铺温度、初压温度、碾压终温、动稳定度还有就是配料是否均匀。这些必须按照规定的标准严格把关落实，确保建造出一条高质量的沥青混凝土公路。

2.1.2 配料的配比设计

沥青配料的配比设计有三个阶段：目标阶段、生产阶段、验证阶段。但是，在各个拌和站正式生产混合料之前，应该将热料仓筛分，保证热料仓的实际比例具有科学性。

2.1.3控制配料的原料

沥青配料的原料主要涵盖：矿粉、细集料、粗集料、沥青，在沥青进入施工现场时，应严格检测其软化点、延度、针入度等指标，确定其达标并留取样本后，方可让该批沥青进入到路面施工现场中。另一方面，对沥青配料原材料的检测必须根据《沥青路面施工技术规范》的相关制度执行。

2.2 合理设计路面结构

如果设计沥青混凝土路面的结构不够合理的话，即使施工质量达标，这样的路面也不能完全承载自然因素及行车的正常荷载，并且还不能充分发挥各层结构的良好效能，从而为裂缝的产生创造了机会。所以，设计环节是沥青混凝土路面施工中最核心的环节。恰当的道路路面设计，是建设稳定、坚固路面的前提条件，但是也不可轻视施工质量的积极作用。总之，在设计沥青混凝土公路路面时，必须依照路基稳定、基层坚固、面层耐久的标准，并且贯穿利于养护、方便施工、合理选材、因地制宜的原则，全面分析各种施工方案，就能选择到最佳的施工形式并获得理想的效果。

2.3 施工质量控制

除了上述内容之外，就是要严格控制施工质量，可以根据情况制定合适的规章制度对施工的各个环节进行监督控制，保证施工各项指标都能够合格，避免承包商为谋取更大的利益而采取偷工减料的行为，保证工程的安全性。一旦发现此类行为，希望政府相关部门能够严惩不贷，为国内的生活质量和社会安定负责。

三、结论

交通作为城市的命脉，不仅仅连接了各个城市和国家之间商业来往，促进社会和谐发展，还给各地人民出行或工作学习带来了极大的便利，已经成为人们日常生活中不可或缺的一个重要组成部分，并且随着社会的持续发展，国家和人民会对其提出更高的要求，公路作为交通行业的支柱之一，其重要性不言而喻，因此，国家相关部门要加大对公路的监管和保护，不仅要做好沥青公路的后期养护工作，更要从根本上抓起，保证沥青公路在建造过程中各项指标都合格，严格把控各个环节，为国家的发展负责，为人们的生活质量和安全负责。本文就公路沥青混凝土路面病害与修复措施研究的问题做了论述，希望可以对读者又算帮助。

参考文献：

[1]林汉武.广珠东沥青路面养护修复方案选择及工程效果评估[D].华南理工大学，2014-11-06.

[2]郭永祥.半刚性基层沥青混凝土路面病害分析与路面结构设计参数研究[D].中南大学，2012-05-01.

钢渣沥青混凝土研究 篇3

以沥青稳定级配碎石为基层的柔性基层沥青路面具有半刚性基层沥青路面所不具备的许多优越性:(1)沥青混合料对于水分的变化不敏感,不易受水损害,不易产生收缩开裂而导致面层出现反射裂缝,同时柔性基层有一定的自愈合能力;(2)由于面层和基层材料结构的相似性,路面结构受力、变形更为协调;(3)同沥青面层一起构成全厚式沥青面层,从而使得整个沥青面层的修筑时间减少;(4)刚度相对较小,减少裂缝产生的几率。

钢渣用于道路取代石灰岩,其力学性能较轧制的碎石好,不仅耐磨、颗粒级配形状好,而且与沥青有良好的粘附性,沥青包裹后能防止钢渣的膨胀。其比热值很大,很适宜作为沥青混凝土的骨料用于路面的铺筑中。钢渣用于沥青稳定碎石基层应用到道路工程领域,对于降低道路成本,节约天然石料,保护生态环境都具有十分重要的意义。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

1.1.1 钢渣集料

石灰岩是传统的优质集料,将钢渣的性能与石灰岩对比,可以更明确的判断钢渣是否适合作为天然集料的替代品。按照《公路工程集料试验规程》[3]对试验用钢渣的基本性能进行分析,并与石灰岩进行对比,结果见表1。

由表1可知,钢渣的各项性能已达到了规定的技术要求。在密度、压碎值和针片状的指标上明显优于石灰岩,压碎值指标优异说明钢渣自身的力学性能优异,这为钢渣混合料具有优异的力学性能提供了基础。而且从外形看,钢渣的颗粒性比石灰岩更接近立方体,在混合料成型后的嵌挤性更佳。在吸水率上,钢渣具有明显的不足,几乎无法达到技术要求。这是由钢渣的自身结构所导致,钢渣的内部和表面孔隙太多,而这又是由钢渣的生成过程所决定的。粘附性与石灰岩相比稍有优势。仅就物理性能而言,钢渣是优于天然集料的,这是其作为替代品的基础。

1.1.2 沥青结合料

本研究选用的是KOCH重交石油AH-70号沥青,按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[4]进行试验,其基本性能指标和指标要求见表2。试验结果表明KOCH AH-70沥青符合重交通道路沥青AH-70技术指标的要求。

1.2 试验设备及方法

1.2.1 车辙试验

抗车辙能力是指沥青混合料在夏季高温条件下,经车辆荷载长期重复作用后,不产生车辙和波浪等病害的性能[5,6,7]。依据《公路沥青及沥青混合料试验规程》[4]中沥青混合料车辙试验测定沥青混合料的高温抗车辙能力,可以评价沥青混合料的高温稳定性。本试验采用的试验温度为60℃,轮压为0.7MPa。试件为轮碾成型的板状试件,其厚度为50mm,宽度为300mm,长度为300mm。试件在60℃的恒温空气室中保温至少6h。之后,才能开始车轮碾压。车轮碾压时,其运动方向应该以试件轮碾成型时的方向一致。试验进行时间为1h,然后得到混合料的形变数据时间t1(min)时的变形量d1(mm)与试件t2(min)时的变形量d2(mm),将动稳定度DS(次/mm)计算出来。每种混合料测试3次,取其平均值作为最终结果。

1.2.2 单轴静态蠕变试验

本试验参照沥青混合料的高温蠕变试验,试件为直径100mm,高100mm的圆柱。试件在40℃的环境内保温至少6h后开始试验,加载应力为0.1MPa,加载方式见图1。

2 钢渣沥青混合料配合比设计

一般而言,我国沥青稳定碎石基层采用的多是ATB-25与ATB-30。本研究采用钢渣沥青稳定基层(ATB-25)的设计。在级配设计过程中,尽可能多的使用钢渣,提高钢渣的利用率,从而追求较高的性能价格比。具体采用以下四种方案:

1)全部集料使用钢渣,记为混合料1#。

2)钢渣细集料(0～5mm)部分使用石灰岩代替,其余使用钢渣,记为混合料2#。

3)在混合料掺配部分中,将0～5mm、5～10mm部分使用石灰岩,其余使用钢渣,记为混合料3#。

4)全部集料使用石灰岩,记为混合料4#。

2.1 级配设计

沥青稳定碎石基层(ATB)是典型的连续密级配沥青混合料。本试验采用马歇尔设计方法进行对沥青混合料的设计,级配曲线见图2。

由图2可以看出,虽然采取了不同的掺配方案,但总体的级配曲线相差并不大。这样设计的目的是尽量消除由于级配的不同而造成的混合料性能的偏差。

2.2 优选油石比

在我国《公路沥青路面施工技术规范》[8]中规定,沥青混合料的油石比一般通过马歇尔实验确定。由于沥青稳定碎石(ATB)的结构特点,其沥青用量一般较小。因此,2#混合料可选择3%、3.5%、4%、4.5%、5%的沥青用量成型马歇尔试件。而对1#混合料,由于钢渣的吸水率较高的原因,因此,1#混合料选择4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6%的沥青用量成型马歇尔试件。以2#混合料为例,确定其较佳油石比。

在混合料合成级配确定之后,成型马歇尔试件之前,可计算出该级配的矿合成毛体积相对密度和沥青用量。由于本试验采用普通沥青,可通过实验,计算出2#混合料各油石比的理论最大相对密度。

测量成型后的马歇尔的体积性能,其结果见表3。按照《公路沥青路面施工技术规范》[8]的规定,取空隙率为4%时的油石比4.2%为OAC1,按照规范其满足各项指标的最大和最小油石比分别为5%和3%,OACmin与OACmax的平均值OAC2=4.0%,则符合沥青混合料技术标准的最佳沥青油石比OAC为:OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.1%。最终确定采用ATB-25级配的方案2配合比的最佳油石比为4.1%。

3 高温稳定性能研究

3.1 车辙试验

车辙试验结果见表4。由表4可知,各种混合料的动稳定度都大于1000次/mm,参考规范,可以认为均达到了技术要求。1#混合料的动稳定度比4#混合料高700次/mm左右,达到了1.6倍,可以认为是比4#性能优异得多。动稳定度仍旧是1#到3#依次下降,表明随着钢渣细集料被石灰岩替换,高温稳定性能呈下降趋势。

在各项指标均接近的情况下,主要是原材料的不同造成了以上变化。集料之间相互镶嵌挤压与沥青集料之间的高温黏结能力形成了大部分沥青混合料的高温稳定性。在高温环境下,沥青集料之间的高温黏结能力远比不上集料之间相互镶嵌挤压对高温稳定性的贡献大。钢渣与石灰岩相比,无疑形状上更接近立方体,颗粒性更加优良。这样的集料成型的混合料内部嵌挤结构更为坚固,抵抗路面荷载的能力更为出色。另外,众多钢渣的内部及表面孔隙的存在,在吸附了更多沥青的同时,也使沥青与集料的结合更为牢固,且钢渣本身的粘附性也要优于石灰岩。这实际上让沥青的流动变得更为困难,增加了沥青集料之间的黏结力。

3.2 单轴静态蠕变试验

蠕变劲度模量与残余应变比均可以反应沥青混合料的高温稳定性能。一般而言,沥青混合料的高温稳定性能越好,其蠕变劲度模量应越大,残余应变比应越小。残余应变比同时反应了沥青混合料的抗永久变形能力,其抗永久变形能力越强,残余应变比应越小。蠕变试验结果见图3～5。

各个混合料中,蠕变劲度模量逐渐减小,残余应变比逐渐增加。可以做出这样的判断,从1#混合料到4#混合料,高温稳定性能逐步下降,抵抗永久变形能力也逐渐变差。使用钢渣的沥青混合料高温稳定性能优于使用石灰岩的沥青混合料,且使用钢渣的沥青混合料随着使用石灰岩细集料的增加,高温稳定性能亦会逐渐下降。与车辙试验所得到的结果相同。沥青混合料抵抗永久变形的能力同样如此。使用钢渣的沥青混合料抵抗永久变形的能力强于使用石灰岩的沥青混合料,且使用钢渣的沥青混合料随着使用石灰岩细集料的增加,抵抗永久变形的能力会逐渐变差。即加入钢渣可以使沥青稳定碎石的抗永久变形的能力得到改善。这是因为钢渣与石灰岩相比较,更为坚硬、耐磨,颗粒性更好,相互间的嵌挤能力更强,其与沥青之间的粘附性也优于石灰岩。

4 结 论

(1)钢渣具有多孔结构,且是典型的碱性集料,其与微酸性的沥青粘附性达到五级,优于石灰岩与沥青的粘附性。而其作为集料的物理性能优异,颗粒性、密度、针片状和压碎值等技术指标均优于石灰岩。

(2)当混合料用集料全部为钢渣时,其最佳油石比为5.7%,远高于同级配的石灰岩混合料;而将石灰岩细集料(0～5mm)掺配入混合料后,其较佳油石比降为4.1%;同时,将石灰岩集料(0～5mm、5～10mm)掺配入混合料后,其较佳油石比为3.9%。从综合利用钢渣与降低成本的角度来讲,将石灰岩集料作为钢渣沥青级配碎石基层混合料的细料部位,而粗料全部采用钢渣是最优方案。

(3)钢渣沥青混合料的高温性能均优于石灰岩混合料。随着石灰岩集料的增加,混合料的性能越来越差。

摘要：对钢渣原材料进行了化学成分分析和物理性能检测,钢渣在沥青混合料中可以作为粗骨料使用。根据钢渣的颗粒形状及粒径分布规律,设计了基于ATB-25级配的钢渣沥青级配碎石基层混合料的配合比。研究了钢渣沥青混合料高温稳定性能。当混合料用集料全部为钢渣时,其较佳油石比为5.7%,远高于同级配的石灰岩混合料;而将石灰岩细集料(0～5mm)掺配入混合料后,其较佳油石比降为4.1%;同时,将石灰岩集料(0～5mm、5～10mm)掺配入混合料后,其较佳油石比为3.9%。从综合利用钢渣与降低成本的角度来讲,将石灰岩集料作为钢渣沥青级配碎石基层混合料的细料部分,而粗料全部采用钢渣是最优方案。钢渣沥青混合料的高温性能优于石灰岩混合料。随着石灰岩集料的增加,混合料的性能越来越差。

关键词：钢渣,沥青混合料,高温稳定性

参考文献

[1]朱跃刚,陆明弟,程勇,等.我国钢渣资源化利用的研究进展[J].中国废钢铁,2007(4):25-29.

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[6]陈建民,沥青混合料高温稳定性能研究[J].公路交通技术,2006(1):29-33.

[7]王国峰,王俊,刘海霞.沥青混合料组成设计中对高温稳定性的考虑[J].黑龙江交通科技,2002(5):32-33.

钢渣沥青混凝土研究 篇4

【关键词】沥青路面；平整度；施工技术；措施

随着我国城市交通事业的快速发展，对沥青路面的平整度要求越来越高。路面平整度是评价高等级公路使用性能的一个重要指标， 为确保行驶在高速公路上车辆的安全和舒适性，公路施工建设单位都在努力的研究探讨，解决影响路面平整度的一些因素。影响路面平整度的因素是多种多样的，涉及到设计、施工、自然条件等诸多方面。从施工技术角度来讲，影响沥青混凝土路面平整度的因素主要为地基不均匀沉降、摊铺工艺、碾压工艺、横接缝处理等。为了防止沥青混凝土路面在重载作用下产生车辙、推拥和波浪等病害，使沥青路面具有高温稳定性和低温抗裂性，保持较好的抗滑能力和平整度。必须从路基施工准备阶段开始重视，从各个工序各个环节质量控制入手，加强施工管理，完善施工工艺和施工方法，严格遵守操作规程，提高施工质量，才能从根本上解决问题，路面平整度才能得到提高。

1.沥青路面不平整产生的主要原因

1.1基层对路面平整度的影响

道路的基层对路面平整度有着重要影响。如果基层平整度较差，则上层铺筑后由于各处厚度不一样，开放交通一段时间后，沥青面层混合料密度变异性加大，在行车反复荷载作用下，沥青混合料碾压后就会出现表面波浪，导致路面不平整。

路基的不均匀沉降对路面平整度影响极大，主要原因为路基的填料选择或控制不好，填筑方法不合理，就会在路基内部形成过湿的夹层，由于荷载和水温的作用，引起路基沉降；另外开山段与填方段交接处的路基无论是土基还是岩层与填方段的路基填料都有所不同，压实效果不同，所产生的沉降也不同；或原地面存在泥沼、不密实的松土等，承载能力较低，此处的土基如果不对过渡段进行处理必将产生不均匀沉降，势必造成已铺筑路面出现坑凹不平现象。

1.2摊铺机械施工工艺对路面平整度的影响

摊铺机械及施工工艺是影响路面平整度的主要因素，摊铺机是沥青路面面层施工的主要设备，自身的性能及操作对平整度影响很大。首先摊铺机结构参数选择不当熨平板组合宽度不对称以及下表面不成平面，当组合后熨平板宽度与机械本身左右不对称机具易走偏，造成在横断面上摊铺厚度不均匀；摊铺机的振捣器应根据摊铺厚度大小来设置，当摊铺层较薄时，振捣器，夯锤频率过高会造成熨平板共振，使摊铺机找平装置处于不稳定状态而影响平整度；其次如果摊铺机基准线控制不好，如张拉力不足或支承间距太大，使摊铺层出现波浪；再次摊铺机的摊铺速度快慢不一，将会导致表面层粗糙不均，影响摊铺后的预压密实度，使碾压成型后的面层厚度起伏不定；另外由于碾压方式不合理或操作失误导致混合料纵、横向的推移时常发生，使路面形成波浪形，从而影响面层平整度。

1.3沥青混凝土的拌和料质量对面层平整度的影响

在影响路面施工质量的各种因素中，主要材料的质量和沥青混合料的配合比设计及沥青配合料的拌和也是很重要的。矿料级配偏细则结构层强度较低易出现早期破坏，影响耐久性。矿料的质量不好，集料的压碎值和石料的抗压强度太差和细长扁平颗粒含量过高，矿料的质量不好，使路面混合料的稳定度降低，容易出现路面的不平整病害。

2.提高沥青路面平整度的控制措施

2.1路基的施工控制

路基施工质量的好坏，是整个道路工程的关键。因此要一层一层严格把关严格控制。基层在施工过程中，混合料的拌和、摊铺、整形、碾压及接缝的处理都会对平整度产生影响。铺筑上层之前必须把下承层的泥土、碎石、废料、杂物等清除干净，对平整度指标超限的路段要彻底处理。在路基施工时，严格按照相应规范、设计要求进行，确保标高、横坡、强度和平整度达到设计要求。

2.2原材料的质量控制

沥青混凝士路面原材料的路用品质对路面质量有决定性的影响，是保证路面具有高强度、高温稳定性、低温抗裂性以及抗滑性能和耐久性能的重要条件。在原材料选择上应做到：首先要建立严格的原材料采购制度，加强原材料的质量检测制度。为保证沥青质量的稳定性，应做到使用优良的稠油资源，选用粘度高针入度较小，软化点高和含蜡量低的沥青。原油的品种必须固定，原油品种或产地经常发生变化，所炼制的沥青产品性能随之也会发生变化。石料应选用有较高的强度耐磨耗具有良好颗粒形状的硬质石料，并能满足施工现场的质量要求。沥青混合料的拌合应保证出场温度、到场温度、摊铺温度、碾压温度的均匀性。

2.3摊铺施工工艺质量控制

合理使用配套的机械设备，加强机械设备在施工过程中的的控制与管理，是提高沥青路面施工质量的重要措施。沥青摊铺机在进行摊铺作业时，应按照设定的基准参数连续不断地匀速进行摊铺，消除基层与基准线的高差，严禁时快时慢。摊铺速度应与沥青拌合设备的生产能力相匹配，同时应合理配置运输设备，保证正常的连续循环。

2.4碾压施工的质量控制

沥青混合料碾压按初压、复压、终压三阶段进行，压路机作业中，混合料摊铺温度正常施工时不低于135℃，低温施工时不低于150℃。压路机的规格、数量与行驶速度应与摊铺机的施工宽度和摊铺机速度相匹配。如选择不当，就会出现推移、发裂、轮迹、凹坑、搓板，导致平整度降低。压路应以慢而均匀的速度碾压，不得在新铺的混合料上掉头、刹车、转弯，碾压时主动轮在前，从动轮在后，压路机不得随意停顿，由外侧向内侧，由低处向高处碾压。初压、终压采用 6—8吨的钢筒式静态压路机碾压不宜少于两遍，复压宜优先采用总质量大于或等于25吨的轮胎压路机碾压，碾压至要求压实度为止，并不易少于3—5遍。完全冷却后方能开放交通。

2.5路面养护和管理的质量控制

道路建成投入使用后，经过磨损和自然因素的作用，使沥青路面平整度下降，甚至引起路面结构破坏，道路的养护对沥青路面平整度的影响极大。所以日常的养护作业就显得尤为重要。养护管理是一门专业性很强的工作，不仅要有过硬的专业知识 ，更应该具备丰富的工作经验。特别是对沥青路面水破坏严重的问题，对道路排灌设施要勤于疏通避免路面积水，从而延缓对沥青路面的破坏，提高道路营运质量。

3.结束语

沥青路面平整度是施工机械、技术、操作水平的综合反映，是施工质量与管理水平的整体体现，它关系到行车的安全、舒适度和道路的使用寿命。在公路管理中只有从设计施工到道路使用养护阶段的全过程进行质量控制，从路基施工准备阶段开始，加强施工现场管理，完善施工工艺，精心组织施工，用先进的施工理念和施工工艺创新建筑施工技术，才能确保路面平整度，提高路面使用效益，促进国民经济的长久健康发展。 [科]

【参考文献】

[1]公路工程沥青路面施工规范.（JTGF40—2004）.人民交通出版社出版社.

钢渣对混凝土性能影响的研究进展 篇5

钢渣是炼钢企业的废渣之一, 也是钢铁行业的主要固体废弃物之一。钢渣的产量非常大, 年产1万t的炼钢厂, 每年可排出钢渣约2 500 t。由于炼钢过程中工艺要求不同, 钢渣的化学成分相差较大。同时, 由于钢渣本身的一些缺陷, 如较难磨细、水化活性较低、化学成分波动较大等, 因此实际利用率相对较低。钢渣用来制备混凝土之前一般都需要进行二次加工。近年来, 我国对钢渣在建筑材料领域的应用的研究越来越多。钢渣本身的化学成分与水泥是相似的, 也就是说同样具有一定的胶凝性能。将钢渣用于制备水泥、混凝土等建筑材料不仅可以显著降低水泥用量, 而且能够减少生产水泥所消耗的能源和资源, 降低了CO2的排放, 对环境保护具有积极的作用。

1 钢渣的应用对混凝土流动性及强度的影响

1.1 钢渣对流动性的影响

钢渣的掺加对新拌混凝土的流动性有很大的影响。李云峰等[1]研究发现钢渣粉、矿渣粉作为活性矿物掺合料加入混凝土中, 对混凝土的流动性有积极作用。这是由于钢渣的水化机理, 水化速度较水泥慢, 且改变了水化基体的孔道大小与分布, 使得浆体流动性增强。掺加矿渣粉时, 混凝土流动性减小, 掺加钢渣粉后, 混凝土流动性均增大;钢渣粉、矿渣粉复掺时, 混凝土流动性亦增大, 且钢渣粉比例越高, 流动性越大。张锦瑞等[2]则提出, 钢渣矿粉的掺量对混凝土工作性能有一定的影响。钢渣中主要含有C2S矿物, C2S早期水化速度较慢, 用钢渣代替水泥, C2S矿物增加, 水化速度降低, 混凝土的坍落度经时损失减小;并且, 钢渣矿粉掺量越大, 减小坍落度经时损失的作用越突出。施惠生等学者[2]也认为采用钢渣部分取代水泥, 能控制新拌混凝土流动性的降低。因为在混凝土初凝前, 水泥中的熟料矿物首先开始逐渐水化, 同时随着水化龄期的延长, 新拌混凝土的流动性也会逐渐发生损失。而钢渣掺合料中的类似于硅酸盐水泥熟料的矿物成分的活性相对较低、水化反应速率较慢, 因此不能为流动性做出贡献。

同时, 钢渣的细度也会影响混凝土流动性。张锦瑞等[2]提出, 当钢渣掺量一定时, 钢粉细度对混凝土工作性能的影响较小。施惠生等[3]认为混凝土的强度等级越高, 钢渣细度对混凝土流动性的影响越大。但是钢渣的细度应控制在一定范围, 过细的钢渣比表面积较大, 需水量也相应增加。

1.2 钢渣对混凝土强度的影响

不同的配比对混凝土抗压强度有影响。王保民等[4]认为, 由于钢渣中的C3S、C2S等物质对早期强度的促进作用, 无论哪种配合比, 初始阶段的抗压强度均增长较快, 而后期抗压强度增长有所减慢。白敏等[5]研究表明:影响混凝土硬化后的强度的关键因素是水泥石和骨料界面位置的粘结强度, 而水泥石和骨料界面强度则与水泥石本身的强度以及集料自身状况 (例如表面粗糙程度、棱角的多少等) 、水化凝结条件, 以及混凝土的离析泌水性等因素有关。对于加了钢渣的混凝土材料, 钢渣自身表面越粗糙, 粘结力也就越大, 从而界面粘结强度也就越高。因此钢渣的应用会显著改变混凝土微观结构, 优化集料与水泥石的界面过渡区, 最终大大提高了混凝土的强度。施惠生等[3]研究表明, 钢渣的掺量对混凝土强度有重要影响, 当钢渣的掺量低于20%的时候, 钢渣并不能显著提高水泥石的强度。虽然钢渣中的一些微小颗粒能填充水泥石中的孔隙、缺陷以及优化界面过渡区, 但是由于混凝土的水灰比较大, 内部的孔隙率很大, 因此混凝土的抗压强度出现降低现象。

2 钢渣的应用对混凝土耐久性的影响

2.1 钢渣对体积安定性的影响

从目前的众多研究成果来看, 钢渣中游离的Ca O、Mg O等物质被认为是影响混凝土安定性的主要因素。研究发现, 对于游离的Ca O, 因经历“过烧”的过程, 活性一般会在后期发挥作用, 产生膨胀, 显示出安定性的不良;Mg O的存在对混凝土的破坏也是不可忽视的。此外, 钢渣的化学组成与水泥熟料相似, 所以康明[6]从混凝土的安定性评价与调控的角度, 分别研究了掺钢渣微粉、钢渣砂、钢渣石的混凝土的体积安定性, 通过试验推导出了钢渣分别以掺合料、细集料和粗集料的形式应用于混凝土时的合理掺量。砂浆评定方法表明钢渣作为细骨料的掺量在30%时, 试件表现出潜在安定性不良;而制备混凝土试件的评定方法则提出钢渣作为细骨料来应用时若掺量达到50%, 混凝土表现出潜在安定性不良现象。由于制备混凝土试件进行评定的试验方法与实际工程上用的混凝土材料的实际情况较接近, 因此认为采用制备混凝土试件进行评价钢渣混凝土的安定性更为合适。当钢渣作为细骨料用来制备混凝土时, 钢渣的掺量需要控制在50%以下。钢渣作为粗骨料时, 以膨胀率是否达到0.8%或者试件是否断裂作为评价安定性的依据。试验发现, 当钢渣作为粗骨料应用时掺量达到30%的时候, 混凝土表现出安定性不良, 试件开始出现剥落开裂情况。因此, 所用钢渣作为粗骨料单掺于混凝土时, 其掺量应控制在30%以内。

2.2 钢渣对混凝土抗冻性能影响

杨全兵等[7]研究发现, 使用钢渣制备混凝土的时候, 若钢渣的掺量超过25%, 水泥浆体的孔径会细化, 从而增大对水的阻力, 这样内部毛细孔之间的曲折度也会相应增大, 导致水在毛细孔之间迁移的实际距离反而增加, 造成水结冰后产生的膨胀压较难卸除, 从而使混凝土的抗冻性有所降低。然而尚建丽[8]等研究发现掺加小钢渣颗粒可以间接提高抗冻性, 因为其被水泥浆体包裹形成致密的结构, 水结成冰的含量减少了水分的迁移, 从而减少了破坏。

2.3 钢渣对抗氯离子扩散的影响

混凝土自由氯离子的扩散速率是影响钢筋锈蚀的关键因素之一, 因此通常采用氯离子的扩散性能来表征混凝土中钢筋锈蚀情况。王强[9]等研究发现, 当混凝土中钢渣掺量较大时, 混凝土密实度降低, 而且相对于粉煤灰, 钢渣改善混凝土硬化浆体孔隙结构能力差很多, 因而会导致混凝土的渗透性很大。但是也有众多学者研究发现, 控制钢渣的掺量 (一般低于20%) 可以提高混凝土的抗氯离子渗透性。原因总结为:①钢渣的胶凝活性明显低于水泥, 因此部分水泥被钢渣来代替, 实际上等于变相地提高了水灰比, 改善了水泥的水化反应环境, 从而使得水泥可以更加充分地发生水化反应;②钢渣自身的微集料效应也会发挥出填充作用, 可以优化混凝土的水泥石和集料的界面结构, 降低内部的孔隙率、减小平均孔径, 最终提高密实度, 改善抗渗性;③随着水化龄期的延长, 钢渣中的具有水化活性的成分也开始慢慢发生水化反应, 产生的反应产物同样可以填充内部的孔隙, 即可以提高密实度;④钢渣内部的具有水化活性的成分发生的水化反应, 实际上还可以优化水化产物的整体组成, 提高能够吸附和固化住氯离子的物质。如水化产物CSH凝胶及水化铝酸盐凝胶的数量。其实提高混凝土的抗氯离子渗透能力关键还是要减少氯离子的渗透途径, 可以从钢渣集料与砂、石级配关系分析, 尽量减少混凝土内部空隙。

2.4 抗碳化试验

碳化, 即CO2扩散到混凝土内部, 与Ca (OH) 2以及其他胶凝体系发生反应的过程, 如果能将混凝土缝隙加以密封, 可以阻止碳化进行。当然有研究发现, 混凝土碳化程度与抗压强度有一定关系, 抗压强度大的试件, 碳化深度反而小[10]。也有试验发现与普通混凝土相比, 添加钢渣的混凝土碳化深度会有所减小。并且, 这种碳化深度的减小在碳化的初始阶段不是很明显, 但是随着碳化龄期的延长, 碳化深度会呈现出较明显的减小。随着水化龄期的延长, 钢渣自身的活性成分发生水化反应, 同时微小颗粒发挥出填充的效应, 从而优化内部的孔结构, 显著改善混凝土的抗气体的渗透性能, 最终表现出抑制碳化的效果。

3 结论与展望

如何最大限度的将钢渣应用到水泥、混凝土等建筑材料中, 已成为现阶段的研究热点。众多研究结果也表明, 钢渣是可以应用到混凝土材料中的。但是由于钢渣本身的特点, 例如化学组成波动较大不易控制, 游离氧化钙含量相对较高容易导致体积稳定性问题等。钢渣作为矿物掺合料, 要实现大规模、高附加值资源化利用, 仍然有很多问题没有解决。因此, 为实现钢渣的大规模高效率的应用, 在钢渣水化机理、如何激发钢渣活性等方面还需要深入研究。

摘要：钢渣做为炼钢企业的副产品, 产量非常大, 如能合理开发和应用, 不仅能降低环境污染, 还具有很高的经济效益。文章主要介绍了钢渣在混凝土中的应用情况, 讨论了钢渣的成分及掺量对混凝土的流动性、体积安定性、抗冻性、抗氯离子渗透性以及抗碳化性能的影响, 指出了此课题研究的重要性。

关键词：钢渣,混凝土,流动性,强度,耐久性

参考文献

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[3]施惠生, 郭蕾.钢渣对硅酸盐水泥水化硬化的影响研究[J].水泥技术, 2004, (2) :21-24.

[4]王保民, 胡斌, 蔺怀义.钢渣混凝土强度特性的试验研究[J].特种结构, 2004, 21 (4) :77-79.

[5]白敏, 尚建丽, 张松榆, 等.钢渣替代粗集料配制混凝土的试验研究[J].混凝土, 2005, (7) :62-70.

[6]康明.钢渣用于混凝土的安定性评价与控制研究[J].固废利用, 2013, (2) :15-17.

[7]杨钱荣, 杨全兵.含钢渣复合掺合料对混凝土耐久性的影响[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2010, 38 (8) :1200-1204.

[8]尚建丽, 邢琳琳.钢渣粗集料混凝土耐久性的试验研究[J].水泥混凝土, 2012, (8) :25-30.

[9]王强, 杨建伟, 阎培渝.钢渣在混凝土总应用面临的耐久性问题[J].建筑科学与工程, 2012, (9) :290-295.

重构钢渣作为混凝土掺合料的研究 篇6

钢渣是炼钢工业的废渣,其排放量约为钢产量的15%~20%[1,2]。近年来,随着我国钢铁行业的迅速发展,钢渣量也不断增长,2011年我国钢渣排放量近亿吨。长期以来,由于钢渣没有得到有效利用,大量钢渣弃置渣场,不仅占用土地资源,还对环境造成污染[3,4]。钢渣中含有与水泥熟料相似的矿物组成,具备用作水泥混合材和混凝土掺合料的潜质,符合我国建材工业对废渣资源综合利用的需求,但受组成、热力学和结构的较大影响,钢渣的胶凝性能一般较差。因此,稳定钢渣组成、提高其活性是钢渣在建材工业中综合利用的关键。

近半个世纪来,我国研究人员通过机械活化[5]、热活化[6,7,8,9]与化学活化[10,11,12]等方式改善钢渣的水化活性,提高钢渣的利用率。然而,由于钢渣组成波动大、难磨等问题制约了钢渣活化技术的推广。鉴于此,提出在钢渣出渣过程中,将组分调节材料添加到熔态钢渣中,利用熔融钢渣的高温热能使其与调节材料发生物相反应,一方面生成一定量的胶凝性矿物,提高钢渣的胶凝活性,另一方面起到稳定钢渣品质的作用。韶钢三线转炉工业化生产试验结果表明,选用韶钢的电炉还原渣和煤渣作为组分调节材料,在转炉排渣的同时将其加入到含有熔融钢渣的渣盘中可稳定钢渣的组成、提高钢渣的胶凝活性,实现钢渣高温重构。本文研究了重构钢渣作为掺合料对混凝土力学性能、抗渗性能及Cl-渗透性能的影响,并分析探讨了其影响机理。

1 试验

1.1 原材料

试验中所用基准水泥为P·Ⅰ42.5级水泥;钢渣为韶关钢铁公司的原钢渣(代号G0)和重构钢渣(代号G),比表面积为410m2/kg;矿渣为韶关钢铁公司矿渣(代号K),比表面积为425m2/kg;粉煤灰为广东某发电厂排放Ⅱ级灰(代号F),比表面积为385m2/kg;硅灰(代号S)。原材料的化学成分见表1。

1.2 试验方法

配制C30混凝土的配合比为:水胶比0.5,胶凝材料∶砂∶石=1∶2.26∶2.99;配制C50混凝土的配合比为:水胶比0.4,胶凝材料∶砂∶石=1∶1.69∶2.54;配制C60混凝土的配合比为:水胶比0.3,胶凝材料∶砂∶石=1∶1.12∶1.90;配制C80混凝土的配合比为:水胶比0.26,胶凝材料∶砂∶石=1∶0.96∶1.79。不同等级混凝土的配合比详见表2。

按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测定混凝土拌合物的坍落度;按照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》,将各配比的拌合物振动成型为150mm×150mm×150mm的混凝土试块,标准养护至28d测其抗压强度;参考GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》开展混凝土抗渗性试验;根据GB/T 50082—2009测定氯离子扩散系数的方法,测定混凝土的氯离子扩散系数。

%

注:-表示未检测,G0表示原钢渣,G表示重构钢渣,K表示矿渣,F表示粉煤灰。

2 结果与讨论

2.1 混凝土物理性能分析

表3为混凝土抗压强度和坍落度测试结果。

由表3可见,总体而言,采用工业重构钢渣替代30%的水泥后,新拌混凝土的坍落度会减小,而工业重构钢渣与矿渣、粉煤灰的复合使用,可改善新拌混凝土的流动性。在每m3混凝土中总胶结材总量为360kg的前提下,当胶结材配合比w(水泥):w(钢渣)=70:30时制备的C30混凝土,其28d抗压强度达38.8MPa;当胶结材配合比w(水泥):w(钢渣):w(矿渣)=60:20:20时,其28d抗压强度达43.1MPa。在每m3混凝土中总胶结材总量为425kg的前提下,当胶结材配合比w(水泥):w(钢渣)=70:30时,其28d抗压强度达73.0MPa;当胶结材配合比w(水泥):w(钢渣):w(矿渣)=60:20:20时,其28d抗压强度达71.3MPa。在每m3混凝土中总胶结材总量为615kg的前提下,由钢渣、矿渣、硅灰组成的辅助性胶凝材料占总胶结材质量比为25%时,可得到强度等级为C80的混凝土。

2.2 混凝土抗渗性分析

表4为混凝土抗渗性能分析结果。

由表4可见,对于设计强度等级为C30的混凝土而言,与纯水泥混凝土相比,采用工业重构钢渣粉替代30%的水泥,或采用工业重构钢渣粉含量不低于37.5%的钢渣-矿渣-粉煤灰复合掺合料替代40%的水泥,混凝土抗渗等级均能超过12。相应地,对于设计强度等级为C50的混凝土而言,混凝土抗渗等级均能超过16;对于设计强度等级为C60的混凝土而言,采用工业重构钢渣粉含量不低于60%的钢渣-矿渣-粉煤灰复合掺合料替代20%~25%的水泥,混凝土抗渗等级均能超过21。由此可见,采用工业重构钢渣粉作为混凝土掺合料,或者采用工业重构钢渣粉与矿渣、粉煤灰复合作为混凝土掺合料,均可获得抗渗性能良好的混凝土。

2.3 Cl-渗透性能分析

表5为各配合比混凝土的氯离子渗透性能测试结果。

由表5可知,对于设计强度等级为C30和C50的混凝土而言,工业重构钢渣复合掺合料的使用有利于混凝土氯离子扩散系数的降低,但对设计强度等级为C60的混凝土则相反。

2.4 水化产物形貌分析

图1为原钢渣与重构钢渣硬化浆体1d、3d和90d的显微形貌。由图可知,水化1d时,原钢渣和重构钢渣水化产物特征不明显,但重构钢渣中的孔洞相对较少;水化3d时,无论重构钢渣还是原钢渣其颗粒的表面均生成纤维状的C-S-H凝胶,且颗粒间达到一定程度的有效粘结,重构钢渣颗粒间形成C-S-H网络状结构;水化90d时,原钢渣从颗粒边缘到中央C-S-H凝胶数量逐渐增加,但水化颗粒与未水化颗粒间存在明显的缝隙,而重构钢渣G中的C-S-H凝胶形成网络状结构。总之,随着水化龄期的延长,与原钢渣相比,重构钢渣颗粒间的间隙较小,结构更致密。因此,在配制C50等级以上混凝土时,掺入重构钢渣微粉可以明显提高混凝土的抗渗性、密实度和降低氯离子扩散系数。

注:(a)、(c)、(e)分别表示原钢渣G0水化1d、3d和90d的扫描电镜图片;(b)、(d)、(f)分别表示重构钢渣G水化1d、3d和90d的扫描电镜图片。

3 结论

(1)在混凝土中掺入工业重构钢渣微粉复合掺合料30%以上,可以制备出抗渗性能良好的C30、C50、C60和C80强度等级的混凝土。

(2)制备的C30、C50、C60和C80强度等级的混凝土,流动性能良好,复合掺合料的掺入可以更好地提高混凝土的抗氯离子渗透性能。

(3)重构前后钢渣水化产物形貌分析表明,重构钢渣G中的C-S-H凝胶形成网络状结构,与原钢渣相比,重构钢渣颗粒间的间隙较小,结构更致密。

参考文献

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[2]沈建国,郭春媛,于景坤,等.钢铁冶金渣的资源化利用[J].处理与冶金学报,2003,2(3):163-165.

[3]朱明,胡曙光,丁庆军.钢渣用作水泥基材料的问题研讨[J].武汉理工大学学报,2005,27(6):48-51.

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钢渣沥青混凝土研究 篇7

钢渣是炼钢工业的废渣,主要来自炼钢时加入的石灰石、白云石和铁矿石等冶炼熔剂,为调整钢材性质而加入的造渣材料,以及高温下融化成的两个互不熔解的液相炉料中分离出来的杂质等,其排放量约为粗钢产量的12%~20%左右[1]。据统计,2006年我国钢铁渣的堆存量约4亿吨,占地约2700万m2,新产生的钢渣约5800万吨;2007年我国钢铁工业排出钢渣量达到了8500万吨,2008年我国全年钢渣排放量达7000余万吨,全国钢渣累计积存量达到3亿多吨[2,3,4]。若不对堆放的钢渣进行及时有效的处理,不仅占用大量土地资源,还会造成环境污染。

目前钢渣主要应用于路基工程、工程回填料和沥青混凝土集料等,而在水泥混凝土中的应用不到其利用总量的10%[5,6,7,8,9,10,11]。近几年来,人们主要研究了钢渣胶凝性的激发途径和制备新材料的可行性,但钢渣对水泥混凝土力学性能和耐久性影响的理论研究尚不够系统和深入,因此,加强这方面的理论研究显得非常有必要,可以为钢渣资源化提供知识基础,使分布广、数量大的钢渣作为矿物掺合料在水泥混凝土中得到充分应用成为现实,在获得巨大的经济效益的同时也有利于保护环境,节约资源与能源,实现水泥混凝土材料的可持续发展。

2 钢渣的性质

钢渣矿物组成主要是硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铁铝酸盐(C4AF)和少量的方镁石(Mg O)以及游离氧化钙,钢渣的化学成分主要有Ca O、Si O2、Fe2O3、Mg O,此外还有少量Al2O3、Mn O2、P2O5等(见图1)[12,13],可见钢渣矿物化学组成与硅酸盐水泥熟料相似。钢渣经化学激发和机械激发后均具有较强的水硬胶凝性,具备用作水泥混合材和混凝土掺合料的基础条件。但钢渣的形成温度比硅酸盐水泥熟料高200~300℃,并且在钢渣缓慢冷却过程中,C3S大部分发生分解,因此钢渣中处于介稳态的C3S所占密度较少,C3S的含量远低于水泥熟料。此外,由于钢渣的冷却速度很慢,C2S晶格发生重排,活性较高的β-C2S向活性较低的γ-C2S转化,这也是钢渣活性低于水泥熟料的另一个原因,钢渣因此也被称为过烧硅酸盐水泥熟料[13]。

目前导致钢渣在水泥混凝土中应用受限的主要原因有两个:

(1)钢渣的成分复杂多变

不同钢厂,采用炼钢工艺不同,原料来源不同,钢渣的矿物、化学成分含量存在差异(见表1),即使同一钢厂,不同批次的钢渣也存在细微差异(见表2)。

(2)钢渣可能存在安定性不良的问题

钢渣中存在的少量游离Ca O,在混凝土硬化后缓慢水化生成Ca(OH)2,体积增至1.98倍,部分学者[13,14]认为这是导致钢渣安定性不良的重要因素;另外,有研究表明,当钢渣中金属铁粒含量在2.2%以上时,压蒸试验的安定性不合格,因此钢渣必须经过磁选[15,16]。

3 钢渣水化机理

钢渣的基本形态是固溶体,与硅酸盐水泥熟料不同的是,钢渣中的C3S固溶了Mn O、Fe O、Al2O3等氧化物,两者矿物化学组成的差异导致钢渣与水泥水化机理略有不同。钢渣的水化一般要经过两个阶段,首先是完整的结构受到破坏,然后才是参与水化反应,致使它的水化速度比一般水泥中的C3S要慢。钢渣水化前期生成大量的Ca(OH)2以及少量CSH凝胶,水化产物主要是Ca(OH)2、C2SH(C)(可能是粒硅钙石和无水斜方硅钙石的混合物)、少量Mg(OH)2和钙矾石;随着水化的进行,大量未水化的C3S和β-C2S等熟料矿物开始水化,Ca(OH)2不断减少,生成了大量的CSH凝胶以及钙矾石,水化产物主要是Ca(OH)2、AFt和Mg(OH)2等;到中后期C3S和β-C2S等熟料矿物基本消失,C2SH(C)、Mg(OH)2等逐渐减少[19,20,21,22]。

施惠生,郭蕾等[23]研究结果显示,掺40%钢渣的混合水泥,3d时水泥的水化硬化反应已经全面展开,有大量的Ca(OH)2及少量CSH凝胶产生,此时结构比较疏松,孔隙率也较大,硬化水泥浆体的强度较低。水化进行至28d时,Ca(OH)2量明显减少,CSH凝胶继续增多,结构变得密实,硬化水泥浆体中气孔减少,强度有较大提高,但结构仍显疏松。90d时水泥的水化已经基本完成,硬化水泥浆体的结构得到进一步改善,熟料水化产生的Ca(OH)2大部分已被钢渣的水化反应所消耗,在扫描电镜下已经难于找到Ca(OH)2,同时结构中有大量CSH凝胶形成,还发现有少量钙矾石,硬化水泥浆体的结构更加密实,混合水泥的强度已接近同龄期硅酸盐水泥强度。

通过XRD分析掺钢渣的混合水泥3d的水化产物主要为Ca(OH)2、C2SH(C),少量Mg(OH)2和AFt,还有大量未水化的C3S及β-C2S。28d的水化产物主要为Ca(OH)2、C2MS2、C2SH(C)和少量Mg(OH)2,AFt含量有所增加,未水化的C3S及β-C2S已经基本消失。90d的水化产物主要为C2SH(C)、AFt、Ca(OH)2,Mg(OH)2含量有所减少,中间水化产物C2MS2已经被进一步的水化反应所消耗掉。水化产物C2SH(C)可能是粒硅钙石和无水斜方硅钙石(C3S2)的混合物,或者是与之有关的一个相,但C2SH(C)的性质还不太确定,尚需进一步深入研究。掺钢渣的水泥水化90d仍存在AFt,并没有向AFm转变。

4 钢渣掺合料对混凝土流动性及强度的影响

4.1 钢渣掺合料对混凝土流动性的影响

(1)钢渣掺量对混凝土流动性的影响

钢渣的活性较低,达到可塑性所需的水量较少,用钢渣替代部分水泥后,复合胶凝材料的需水量小于等质量纯水泥的需水量。因此,在用水量不变的情况下,掺入钢渣会增加混凝士的流动性。李永鑫等研究结果发现[17,18,24,25],当水灰比较低时,掺入钢渣能够改善混凝土的流动性,且在一定程度上钢渣掺量越大,效果越明显。当水灰比较高时,掺入钢渣也能在一定程度上改善混凝土的流动性,但掺量较大时,混凝土的抗离析能力下降。在钢渣掺量为15%~25%时,流动性普遍提高,对提高混凝土的流动性有利;但当掺量进一步增大时,流动度有停滞或倒缩现象。

在混凝土初凝前,由于胶凝材料中的C3S、C2S、C4AF等逐渐水化,随着时间的推移,混凝土的流动性会降低。而钢渣中类硅酸盐水泥熟料的矿物的水化活性低、水化速度慢,因此,用钢渣替代部分水泥可以在一定程度上抑制新拌混凝土流动性的降低。相关研究结果表明,相比基准混凝土,掺钢渣的混凝土保持流动性的能力增强,且钢渣的掺量越大,混凝土保持流动性的能力越强[26]。朱航等[27]研究表明,利用钢渣做掺合料,可制备初始坍落度大于18cm的混凝土,与基准混凝土相比,掺加钢渣的混凝土初始坍落度约大1~2cm。同时钢渣降低混凝土坍落度经时损失的作用也比较明显,且钢渣掺量越大,减小坍落度经时损失的作用越突出。可见,钢渣的掺入不仅有利于提高新拌混凝土的流动性,还能抑制混凝土的经时坍落度损失。

(2)钢渣细度对混凝土流动性的影响

钢渣细度对混凝土流动性存在影响。陈益民等[28]研究表明,随着钢渣比表面积的增大,钢渣改善混凝土流动性及减小混凝土流动性损失的效果都会变小。这是因为钢渣的比表面积增大,致使钢渣颗粒被水包裹的需水量增加。同时,钢渣中矿物与水的接触面积增大,使得水分子容易进入矿物内部加速水化反应,提高了钢渣的活性。

不同细度钢渣对不同等级混凝土流动性的影响如图2~4[18]所示。混凝土的强度等级越高,钢渣细度对混凝土流动性的影响越大。对于C20~C60混凝土,钢渣的掺量为胶凝材料用量的20%,比表面积为600m2/kg时,对于C20混凝土,1h坍落度经时损失约为2cm,而对C60混凝土,1h坍落度经时损失则高达4~5cm。但钢渣的细度应有一定的限制范围,过细的钢渣比表面积较大,需水量也相应增加。此外,从降低粉磨电耗的角度出发,也不必将钢渣磨得过细。

4.2 钢渣掺合料对混凝土强度的影响

钢渣的掺量对混凝土强度有重要影响。在混凝土中用钢渣替代部分水泥,能使硬化水泥浆体的结构及界面过渡区发生变化。当钢渣掺量<20%时,钢渣对硬化水泥石浆体强度的影响并不明显,而钢渣中的微小颗粒则可以填充浆体中的孔隙及改善过渡区,且随着龄期的增长,钢渣中的部分活性成分发生水化,改善混凝土微结构,从而提高后期强度。但当钢渣掺量较大时(>20%时),胶凝材料中的惰性组分较多,在用水量不变的情况下,相当于增大了水灰比,因此,尽管钢渣可以起到一定的填充作用,但由于实际水灰比过大,浆体结构的孔隙率很大,造成混凝土的抗压强度降低[17,24]。

已有研究表明[27,29],钢渣掺量为10%~20%时,混凝土各龄期的抗压强度相对于基准混凝土略有提高;当钢渣掺量为20%时,混凝土28d和90d抗压强度接近基准混凝土;当掺量超过20%时,随着钢渣掺量的增加,混凝土的抗压强度开始呈明显的下降趋势(表3)。

此外,随着钢渣比表面积的提高,混凝土强度有一定提高。钢渣掺量为10%时,掺400m2/kg钢渣的混凝土强度为44.2MPa,掺600m2/kg钢渣的混凝土28d强度增至54.4MPa[17]。

5 钢渣对混凝土耐久性的影响

混凝土的耐久性涉及面广,影响因素多,破坏机理复杂,但混凝土材料的耐久性问题大多是水、有害液体或气体向其内部侵入造成的。所以,提高混凝土耐久性的关键是增加混凝土材料自身的密实性和抗开裂能力[30,31]。

5.1 钢渣掺合料对混凝土体积稳定性的影响

混凝土体积稳定性是指混凝土凝结硬化过程中,不受外界环境影响而保持自身体积不变的性质。相对于混凝土的膨胀(主要是热膨胀),收缩更易引起混凝土的开裂,故实际工程中人们更加关心混凝土的收缩。混凝土的收缩包括由各种原因引起的收缩,如干缩、碳化收缩、塑性收缩、温度收缩等。

掺加适量钢渣可以降低混凝土早期收缩,但对混凝土后期收缩影响不大。掺钢渣混凝土硬化早期收缩减小的主要原因有:(1)钢渣的活性低于硅酸盐水泥,钢渣对水泥的“稀释作用”,降低了由于水泥水化形成的化学收缩;(2)钢渣中含有一定量的Ca O、Mg O,这些物质在水泥水化过程中发生化学反应,产生微量的膨胀,对混凝土收缩有少许补偿作用。混凝土水化后期,由于钢渣混凝土的孔隙率及孔径均低于基准混凝土,因而由毛细管失水引起的收缩应力相对较高;同时也由于含钢渣混凝土的抗碳化能力相对较差,较大的碳化收缩也可能增加了后期收缩的总量,故钢渣混凝土后期收缩相对较大。已有研究结果表明(图5)[24,25],掺加适量钢渣对于降低混凝土早期收缩有利,但降低混凝土后期收缩不明显。

5.2 钢渣掺合料对混凝土抗冻性能的影响

在有冻融交替环境中服役的混凝土应具有一定的抗冻融循环能力。杨全兵等[32]研究发现,在含气量相近的条件下,掺合料掺量不超过25%时,抗冻耐久性指数DF值与基准混凝土相差不大;而掺合料用量超过25%时,混凝土的DF值有所降低(表4)。这是由于掺加掺合料后水泥浆体的孔径细化,对水的阻力增大,毛细孔的曲折度也增大,使水在气孔之间流动的实际距离增大,不利于卸除和降低水结冰产生的膨胀压。

5.3 钢渣掺合料对混凝土抗碳化性能的影响(图6)

混凝土中掺加钢渣后碳化深度有不同程度的降低,在碳化前期这种降低并不明显,而随着碳化时间的延续,掺加掺合料后混凝土的碳化深度有较明显的降低。当碳化时间达到180d时,掺加25%和50%的钢渣复合粉的混凝土的碳化深度分别为基准混凝土的59.8%和71.9%[32]。对于混凝土抗碳化性能的影响,钢渣掺合料主要有两方面的作用:一方面由于水泥用量的减少,水化产生的Ca(OH)2减少,水泥浆体中的碱含量降低,造成其吸收CO2的能力降低,对抗碳化不利;而另一方面,钢渣掺合料的活性效应有利于混凝土的长期抗渗性的提高。总体而言,随着龄期的增长,钢渣掺合料的水化及填充效应,改善了混凝土的孔结构,使其抗气体渗透能力显著提高,有利于混凝土抗碳化性能的提高。

5.4 钢渣掺合料对混凝土抗氯离子渗透性的影响

氯离子的浓度和扩散是影响混凝土中钢筋锈蚀等问题的关键因素,因此常用氯离子在混凝土中的扩散系数评价混凝土的渗透性。混凝土中氯离子渗透性主要决定于孔结构,特别是毛细孔数量及其连通程度。矿物掺合料加入混凝土中后,会对水泥石结构、混凝土界面结构等产生影响,从而对混凝土的渗透性产生影响。

钢渣能够提高混凝土抗渗透性能的原因主要有以下4个方面:(1)钢渣的水化活性远低于水泥,用钢渣替代部分水泥,相当于增大了水泥的实际水灰比,优化了水泥的水化环境,使水泥水化更加充分;(2)钢渣的微集料效应对水泥石孔隙和界面结构起到填充作用,改善了混凝土的界面结构,降低了混凝土孔隙率、平均孔径,提高了密实性;(3)随着龄期的增长,钢渣活性成分逐渐水化,水化产物填充水泥石的孔隙,也有利于提高密实性;(4)钢渣活性成分水化改善了胶凝材料水化产物组成,增加了吸附固化氯离子的水化产物CSH凝胶及水化铝酸盐凝胶的数量[24,31]。

众多学者研究发现掺入适量钢渣可以提高混凝土的抗氯离子渗透性能。朱航[17]的研究表明,当钢渣掺量低于30%时,掺钢渣的混凝土早期的抗氯离子渗透能力低于基准混凝土,但后期的抗氯离子渗透能力高于基准混凝土。孙家瑛[34]研究了钢渣掺量对混凝土抗氯离子渗透能力的影响,当钢渣掺量低于20%时,混凝土抗氯离子渗透能力提高;掺量高于20%时,随着钢渣掺量的增大,混凝土抗氯离子渗透的能力降低。吕林女[25]对用钢渣配制的C60高性能混凝土的耐久性进行了研究,也得到了当钢渣掺量不高于20%时钢渣能提高混凝土抗氯离子渗透能力的结果。李永鑫[24]详细研究了不同钢渣掺量配比混凝土7d、28d及90d龄期的相对氯离子渗透系数(如图7)。在水化7d龄期,含钢渣掺合料的水泥石孔隙率大于基准水泥石,混凝土的氯离子渗透系数高于基准混凝土,即其混凝土抗氯离子渗透性能不如基准混凝土;在水化28d龄期,掺钢渣粉混凝土的渗透系数仍高于基准混凝土,钢渣掺合料虽仍不能提高混凝土的抗氯离子渗透性能,但相比水化早期阶段而言,含有钢渣掺合料混凝土的抗氯离子渗透能力有一定幅度的提高;在水化90d龄期,含有钢渣掺合料混凝土的渗透系数明显低于基准混凝土,说明钢渣掺合料可显著提高较长龄期混凝土的抗氯离子渗透能力。

6 结论与展望

钢渣的主要化学组成和矿物组成与硅酸盐水泥熟料相似,具有潜在胶凝活性,可以作为水泥混合材或活性矿物掺合料部分替代水泥加入混凝土中。当水灰比较低时,掺入一定量钢渣能够改善混凝土的流动性;适量钢渣的掺入会降低混凝土的早期抗压强度,但随着钢渣水化的进行,掺钢渣的混凝土7d以后的强度增长较快,至28d时抗压强度可与普通混凝土相近;掺入适量钢渣可以减少混凝土早期的干缩;当含气量相近且钢渣掺量不大时,掺钢渣混凝土抗冻性与基准混凝土相差不大,而钢渣用量较大时,混凝土抗冻性有所降低;掺加钢渣掺合料混凝土在碳化前期改善效果并不明显,而随着碳化时间的延续,掺钢渣混凝土的碳化深度明显降低;在混凝土中掺适量的钢渣(一般低于20%),混凝土抗氯离子渗透的能力明显提高。

钢渣作为矿物掺合料,要实现大规模、高附加值资源化利用,仍然有几个方面亟待深入研究和探索。

(1)钢渣活性较低,物理激发能力有限且过分提高钢渣的细度并不经济;采用化学激发剂可在一定程度上激发钢渣的活性,但成本较高。不妨考虑利用脱离石膏、脱硫灰等固体废弃物,采用单掺或复掺的方式激发钢渣的胶凝活性,以期达到既利用固体废弃物、节约成本,又能提高钢渣活性的目标。

(2)钢渣的水化机理研究尚处于初级阶段,但其水化特性对于混凝土的性能又起着至关重要的作用,因此需要进行相关的研究工作。

钢渣沥青混凝土研究 篇8

随着商品混凝土的发展, 混凝土行业对活性掺合料的需求日益增加, 优质矿渣粉和粉煤灰出现资源匮乏, 市场上的矿渣粉和粉煤灰良莠不齐, 限制了其在混凝土中的应用。我国是世界钢铁生产第一大国, 钢渣作为钢铁行业的主要废渣之一, 每年的排放量越来越大, 但我国钢渣的综合利用率与西方发达国家相比还有较大差距[1,2], 大量的钢渣堆积既浪费资源又污染环境[3]。很多研究表明, 钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙 (C2S) 和硅酸三钙 (C3S) , 属于过烧劣质熟料, 具有潜在水硬活性[3,4,5,6], 具备用作水泥混合材和混凝土掺合料的条件[2]。但如何对钢渣进行深层次的开发和利用, 钢渣的掺入对混凝土性能有何影响, 还需要进一步的探讨。同时, 由于钢渣的生产工艺不同, 使不同钢渣企业生产的钢渣质量与成分存在差异, 致使对钢渣的开发利用呈现一定的复杂性。本试验采用昆钢工业废渣利用开发公司生产的钢渣粉, 通过钢渣粉取代矿渣粉制备不同等级的混凝土, 研究混凝土的性能, 探寻钢渣粉取代矿渣粉对混凝土性能的影响, 以实现钢渣在混凝土中的资源化应用。

1 试验用原材料

水泥:云南某建材公司生产的P·O 42.5级水泥, 3d抗压强度23.2MPa, 抗折强度5.0MPa, 28d抗压强度47.8MPa, 抗折强度8.4MPa, 比表面积340m2/kg, 密度3.08g/cm3。

钢渣粉:云南昆钢工业废渣利用开发有限公司生产的钢渣粉, 比表面积438m2/kg, 密度3.3g/cm3, 为一级钢渣粉。

其它材料:砂石、矿渣粉和粉煤灰取自昆明某混凝土有限公司, 石子为碎石, 最大粒径26.5mm, 砂子分为机砂和山砂, 细度模数分别为2.9和1.7。矿渣粉比表面积为343m2/kg, 密度2.87g/cm3, 属于S75级矿渣粉。粉煤灰比表面积157m2/kg, 密度1.96g/cm3, 45μm方孔筛筛余64%, 属于Ⅲ级灰。

1.1 原材料的化学组成

原材料的化学组成见表1。

%

从原料成分看, 钢渣粉中Si O2含量与水泥接近, 低于矿渣粉和粉煤灰中的含量;Ca O含量与矿渣粉接近, 低于水泥中的含量;Mg O和Fe2O3的含量都较高。国内外对钢渣的研究, 通常用钢渣化学组成计算得到的碱度值 (用M表示) 来评价钢渣的活性, 定义钢渣碱度 。经计算, 本试验所用钢渣碱度为2.3, 中活性, 属于硅酸二钙渣[7]。

1.2 材料的粒度分析

混凝土是由多种颗粒堆聚起来的一种多物相、多孔性的复合材料。根据紧密堆积理论[8], 大颗粒堆积的体系空隙中填充粒径较小的颗粒, 再在大、小颗粒空隙中填充粒径更小的颗粒, 直至颗粒间空隙率达到最小, 这样制成的混凝土密实度才高。

1.2.1 胶凝材料的粒度分析

胶凝材料在混凝土中起着胶结作用, 胶凝材料的颗粒组成和级配对于混凝土的密实度有一定的影响。通过LS-C (Ⅱ) 型激光粒度分析仪对试验所用粉体材料进行粒度分析, 结果见图1和表2。在水泥、矿渣粉和钢渣中, 3~32μm的颗粒占很大比例, 粉煤灰颗粒度相对较大, 大于65μm的颗粒占69.05%, 各种颗粒堆积孔隙由更小的颗粒填充, 可以减少胶体材料水化后的孔隙率, 提高水泥水化后水泥石的密实度。

1.2.2 砂石的颗粒级配

砂石主要构成混凝土的骨架, 石子的表面特征、公称粒径、颗粒级配对混凝土的性能都有影响。通常用颗粒级配反映石子的粗细, 颗粒级配良好的石子, 堆积起来的孔隙小, 拌制的混凝土和易性好, 级配不好的石子, 容易发生离析。砂的粗细对混凝土材料的内部结构及性能具有明显的影响, 通常用细度模数和颗粒级配来反映砂的粗细。砂子太细, 拌制的混凝土粘聚性好, 但流动性差, 砂子太粗, 拌制的混凝土容易泌水甚至离析[9]。按照JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》有关规定, 用标准方孔筛对试验所用砂石进行筛分析, 结果见表3和表4。

%

从砂的细度模数看和累计筛余百分率看, 机制砂为中砂, 偏向于Ⅰ区砂, 山砂为细砂, 偏向于Ⅲ区砂。但两种砂的级配区属不太规则, 机砂中4.75~1.18mm筛的累计筛余区属Ⅰ区, 600~150μm筛的累计筛余偏小, 而筛下物占18.6%。当前砂石资源日益匮乏, 尤其是天然级配良好的河砂几近枯竭[10]。虽然机制砂中600~150μm之间的颗粒较少, 但筛下物占相当大的比例, 筛下物中主要是石粉, 唐鹏程[11]等研究表明:机制砂中适量的石粉对混凝土是有益的。本试验通过添加山砂来改变砂的颗粒级配, 通过按比例搭配, 混合后砂的颗粒级配接近于Ⅱ区中砂, 600μm筛累计筛余符合Ⅱ区砂区间要求, 300μm筛累计筛余与Ⅱ区砂区间接近。试验通过掺加粉煤灰、矿粉和钢渣粉, 与石粉形成梯度颗粒级配, 起到相互填充的效应, 减小颗粒间的孔隙。

普通混凝土拌合物中, 随着粗骨料粒径增大, 其比表面积将减小, 混凝土的水灰比可相应降低, 对提高混凝土强度和降低混凝土生产成本有利。但大颗粒骨料所含内在缺陷机率过高。小颗粒骨料相对致密, 较小的颗粒可提高骨料与水泥浆的粘结面积, 提高混凝土整体强度[12]。由表4可知, 本试验所用粗骨料最大粒径31.5mm, 根据GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》中提供的粗骨料级配划分标准, 5~31.5mm碎石的级配组成应包括:4.75~9.5mm、9.5~19mm、19~31.5mm, 试验所用碎石的颗粒级配主要集中于9.5~26.5mm, 颗粒中19mm筛累计筛余达到61.98%, 大于国标中对该粒径颗粒累计筛余的规定 (15~45%) 。碎石表观密度为2.65g/cm3, 堆积密度为1.43g/cm3, 含泥量为0.7%, 符合Ⅲ级碎石标准。

2 试验设计与结果分析

试验配合比设计依据JGJ 55-2000《普通混凝土配合比设计规程》, 并参考昆明某混凝土搅拌站配合比设计, 按C15、C20、C30、C40设计混凝土强度等级, 试验用配合比见表5。在矿粉和粉煤灰复掺的基础上, 用钢渣粉等量取得矿渣粉, 采用GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》检测试样工作性, 采用GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测试样的力学性能。

2.1 钢渣掺量对和易性的影响

根据泵送混凝土的要求, 保持坍落度 (200±10) mm, 扩展度控制在 (500±20) mm范围内, 水胶比不变, 通过调整减水剂掺入量来控制混凝土的流动度。由表5可知, 钢渣粉取代矿渣粉比例小于50%时, 水胶比不变情况下, 随着钢渣粉掺入量的增加, 达到相同流动度所需要的减水剂量逐渐减少, 说明钢渣粉的掺入有利于混凝土流动度的提高。这是因为钢渣粉可以改变胶凝材料水化基体的孔隙大小与分布, 对浆体的流动性能起到积极作用[13]。另外, 钢渣粉大部分呈大小不等、光滑的圆球状细颗粒, 填充于水泥颗粒的空隙中, 形成了更为合理的级配, 钢渣粉细颗粒在新拌水泥浆中具有轴承效果, 可增大水泥浆的流动度[14]。当钢渣粉掺量达到50%, 尤其是钢渣粉全部取代矿粉后, 达到相同流动度所需要的减水剂比例在四个配比中都有不同程度的增加, 说明钢渣粉的过多掺入对混凝土的流动性稍有不利。这是因为钢渣粉的比表面积较大, 需要更多的水分来润湿粉体表面。而钢渣粉与矿粉复掺, 颗粒相互搭配排列, 有利于形成紧密堆积结构, 减少润湿所需要的水分, 对提高混凝土流动度有利。

2.2 钢渣掺量对混凝土力学性能的影响

根据GB/T 50081-2002, 试验所用粗骨料最大粒径为31.5mm, 用100mm×100mm试模成型, 插捣、振实、脱模、养护到规定龄期, 用TYE-2-00型压力试验机进行抗压强度和劈裂抗拉强度检验, 试验结果见表6和图3。成型室温度 (20±2) ℃, 湿度 (65±5) %;养护室温度 (20±3) ℃, 湿度90%。

2.2.1 钢渣粉取代矿渣粉对抗压强度的影响

从表6可以看出, 随着钢渣粉取代矿渣粉的比例逐渐增加, 混凝土各龄期的强度没有明显降低, 部分还稍有增加, 如C40混凝土, 在钢渣粉取代矿渣粉40%时, 各龄期抗压强度都表现较高。这主要与钢渣粉中微细颗粒颗粒含量较高有关。从表2颗粒分析知, 钢渣粉中小于32μm的颗粒占89.59%, 而矿渣粉中小于32μm的颗粒占64.25%, 微细颗粒在材料堆积中主要起孔隙填充作用, 可提高混凝土的结构密实度[15,16]。另外, 钢渣粉、矿渣粉在水化过程中能够相互激发, 钢渣粉、矿渣粉和粉煤灰的叠加效应, 对于混凝土强度的发展有一定的积极作用。因而, 随着钢渣粉的掺入, 虽然钢渣粉的活性不高, 但混凝土的强度没有明显降低。

2.2.2 钢渣粉取代矿渣粉对劈裂抗拉强度的影响

从表6数据可以看出, 随着钢渣粉掺入比例的增加, C15混凝土的劈裂抗拉强度先降低, 后逐渐升高, 当钢渣粉50%取代矿渣粉时, 混凝土的劈裂强度达到较高值, 说明钢渣粉与矿渣粉复掺, 可以相互激发, 对提高混凝土劈裂强度有利。C20混凝土的劈裂抗拉强度呈逐渐降低趋势, 但降低幅度不大。C30混凝土的7d劈裂抗拉强度先逐渐升高, 40%取代时达到最高值, 50%掺量时稍有降低, 100%取代量时又有所提高。28d抗拉强度先降低, 100%取代量时又有所提高。C40混凝土的劈裂抗拉强度呈逐渐升高趋势, 100%取代时, 28d劈裂抗拉强度稍有降低。从整体情况看, 钢渣粉大比例取代矿渣粉, 劈裂抗拉强度整体下降不多, 部分配比还有所升高。

2.3 钢渣粉混凝土微观形貌分析

为研究钢渣粉掺入后对混凝土内部结构的影响, 对基准混凝土和掺钢渣粉30%的混凝土微观形貌进行了观察。将混凝土试样标准养护28d后, 用无水乙醇终止水化, 烘干, 用KYKY2800B型扫描电子显微镜观察其微观形貌, 见图2。由图2可以看出, 基准混凝土和掺钢渣粉混凝土结构均较致密, 砂与硬化浆体间结合紧密, 形成连续三维空间网络结构, 砂与硬化浆体间界面粘结相对较好, 结构致密。基准混凝土和掺钢渣粉混凝土微观结构无明显差别。

2.4 钢渣粉对水化产物的影响

为进一步研究钢渣粉掺入对水化产物的影响, 分别以水泥净浆、水泥+粉煤灰+矿粉+钢渣粉净浆 (水泥:265g, 粉煤灰:40g, 矿粉:25g, 钢渣粉25g, 简称钢渣净浆) 成型试件, 标准养护到3d和28d, 用无水乙醇终止水化, 进行SEM分析, 如图3所示。

由图3 (a) 和 (b) 可以看到, 水化3d时水泥颗粒表面明显粗糙, 已有一层细小的早期水化产物相互搭接形成空间网络结构, 但结构尚不紧密。图3 (c) 和 (d) 中有极少量的针状水化产物, 颗粒边界尚较清晰, 完整的粉煤灰颗粒, 不同颗粒之间还搭接较少。图3 (e) 、 (f) 中, 水泥净浆28d时已经出现明显的水化硅酸钙产物, 还有极少量的针状钙矾石存在。图3 (g) 、 (h) 中可以看到, 28d时还有大量的针状钙矾石存在, 水化硅酸钙的比例相对较少, 粉煤灰颗粒表面仍较完整。说明钢渣粉、矿渣粉的水化较慢, 粉煤灰的水化最慢。

3 结论

(1) 比表面积达到400m2/kg以上的钢渣粉可完全替代矿渣粉作为混凝土活性掺合料的使用, 配制的C15、C20、C30、C40四个等级混凝土的工作性能和力学性能都能满足要求。

(2) 钢渣粉与矿渣粉复掺, 有利于提高混凝土的流动性。

(3) 钢渣粉的掺入, 对混凝土的微观结构没有明显改变。

(4) 钢渣粉水化速度较慢, 28d水化产物中有明显的针状钙矾石。

钢渣沥青混凝土研究 篇9

[关键词]高速公路;沥青混凝土;路面施工;工程案例;施工准备;施工工艺

自1988年我国高速公路实现零地突破，随着社会经济的高速发展，我国公路事业发展水平也得到了极大的提升。2007年年底我国高速公路总里程已经达到了5万多公路，特别是“十五”规划之后，国家加大了公路工程等基础设施建设投资力度，使公路里程逐年增长，进一步完善的了路网结构，提升了公路技术水平与路面等级。2011年交通部在解读《交通运输“十二五”发展规划》时表示，2015年我国高速公路网将基本建成，高速公路总里程达到10.8万公里。由此可见，高速公路发展实施国、省干线公路升级改造，推动公路事业发展具有重要意义。沥青混凝土路面作为高速公路工程施工的重要组成部分，其具有平整度良好、行车舒适等特点，在我国高速公路工程建设中得到了广泛地应用与推广。为此，施工单位必须重视沥青混凝土路面施工技术的应用，规范施工流程，提升公路工程建设的整体质量。

一、工程案例

某工程施工路段总长度为17.9公里，线路总体走向为由东向西，地势为东高西低，双向4车道为线路设计，25.5米为路基总宽度，22米为路面宽度，主线路面结构主要构成部分如下：

细粒式（4厘米）沥青混凝土、中粒式（6厘米）沥青混凝土、6%水泥稳定砂砾基层（30厘米）、天然级配砂砾底基层（17厘米）。

选取AC-13I型作为细粒式沥青混凝土矿料级配，选取AC-20I型作为中粒式沥青混凝土矿料级配，0.239毫米为路面设计弯沉。

二、高速公路工程沥青混凝土路面施工准备

1、材料准备

（1）沥青材料

以针入度为指标我国道路沥青可分为7个标号。各个标号沥青又可分为3个等级：A、B、C，以此适用于等级不同的公路。作为影响沥青路面路用性能的主要因素，石油沥青标号、等级选择对高速公路质量提升至关重要。根据工程案例分析，本工程重交通路面可选取AH-90沥青材料。为确保沥青质量符合施工规定，应严格遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》相关规范，对沥青密度、针入度、软化点（环与球软化点法）、延度（延度仪）等进行检测，其各项技术要求如下表1所示。

（2）粗集料

粗集料是指集料内粒径在4.75毫米以上的材料，如碎石、破碎砾石、钢渣等。一般选取碎石、破碎砾石作为高速公路沥青路面的粗集料。要求该材料必须具备清洁、干燥、表面粗糙等特点，根据工程需要，石灰岩等碱性材料作为中下层材料，选取玄武岩等作为上面层材料，并对其针片状颗粒含量进行有效控制，以此提升粗集料的整体质量。

（3）细集料

细集料是指集料内粒径在4.75毫米以下的部分材料。一班选取天然砂、人工砂、石屑等作为沥青面层细集料，清洁、坚硬、干燥、无风化等为细集料的主要特点。

（4）填料

填料是指粒径在0.075毫米以下的材料。沥青混合料强度形成的重要因素为沥青、填料混合形成的胶浆。通常选取强基性岩石如石灰岩、岩浆岩等材料磨成的矿粉作为填料，要求其具有清洁、干燥等特点，不能出现泥土杂质或团粒等现象。选取干法除尘的方式利用拌和机对作为矿粉一部分的粉尘进行回收利用，一般回收粉尘量必须控制在填料总量的50%以下，添加粉尘的填料塑性指数需控制在4%以下。

2、其他准备

遵循工程量、施工规定等，在施工前進行机械设备数量、组合方式的确定。要求拌和、运输等施工机械配置合理，确保施工能够不间断进行。保养、调试及试机作业应在施工前进行，同时遵循施工设计标准进行施工质量检测仪器的配置，并指派质检人员对其质量进行检查，确保其精度符合施工要求。

三、高速公路工程沥青混凝土路面施工工艺

1、拌和

根据设计配合比在施工前对各种集料、沥青用量进行调试，并进行混合料拌制。在准确配料与均匀拌和后，如无离析现象，方可用于施工。混合料拌制过程中，应对其配合比进行准确掌握，通过计量工具对投入拌和机的材料，如粗细集料等进行称量，要求对用水量进行有效控制，拌和前可遵循天气状况，对施工材料含水量进行有效测量，并对具体用水量进行调整拌制。根据材料投放顺序，进行减水剂的添加，可同时进行投料与搅拌施工。遵循搅拌机特性与拌合物的和易性进行拌和时间的确定。

2、沥青混合料运输

混合料拌和后，通过自卸车直接向施工现场进行运输。选用整洁、有金属底板的自卸汽车（载重15吨以上）作为沥青混合料的运输车辆，应清理干净车槽内部、车辆底部及两边。分3次进行车辆装料施工，车厢前部为第一次装料，车厢后部为第二次装料，车厢中部为第三次装料。与拌和能力、摊铺能力相比，车辆运输能力应高出一点，以此确保摊铺施工的连续性。运输施工中，可将篷布盖在车辆混合料上，降低水分严重流失。

3、摊铺

下承层准备工作应在沥青路面摊铺前完成，首先清理下承层，选取人工结合空压机的方式。其次复测下承层平整度等相关指标，要求在规范合理范围内有效控制其平整度，如出现凸出现象，需及时选取铣刨机械进行施工。

根据路面宽度确定摊铺机熨平板宽度，一次进行全路幅摊铺，可大大降低人工、机械作业量与成本，要求摊铺路面表层必须具备均匀性及良好的平整度，摊铺施工中不能出现纵向施工缝。如多次分路幅完成摊铺施工，可以梯队形式进行施工，同时利用2台摊铺机施工，两者间距需控制在10到15厘米之间。根据该路段路面结构设计，其宽度为11.07米，路缘石设计不存在，可选取一次单幅摊铺施工，10.75米为摊铺机组合宽度，选取预钉木条的方式对结构边缘尺寸进行有效控制，并防止浪费混合料现象的出现。

根据作业工期、质量等因素对摊铺机行驶速度进行有效控制。通常在80摄氏度前完成沥青路面压实工作，应确保作业段长度在25米以上，摊铺机行驶速度则需控制在每小时1.5米以上。为确保整个工作时间内摊铺机能够均匀、连续摊铺，其速度可由以下公式计算：

其中：摊铺机作业速度由V表示;

沥青拌合站生产能力由G表示;

路面宽度由W表示;

压实后的混合料容重（可按每立方2.33t）由P表示。

4、碾压

碾压施工应与该工程具体施工情况相结合，需选取2台双轮双振压路机、2台轮胎压路机、1台钢轮压路机与静作用压路机进行施工。在初压、复压、终压过程中，各类压路机碾压速度应与下表2相符。

初压。在混合料温度较高情况进行初压施工，稳定及提升铺设层承载力为其施工作用。通过静作用压路机进行初压施工，碾压速度控制在每小时1.5到2千米，最高速需控制在每小时3千米以内。

复压。铺层强度符合施工规定后，可进行复压施工。为提升路面密实度，必须选用振动压路机进行复压施工，揉搓压实时可选用轮胎压路机施工。根据工程需求选用双驱双振双钢轮压路机作为振动压路机施工，其重量为12t。根据铺层厚度，薄层、次薄层路面（3厘米到10厘米）应选用0.3毫米到0.55毫米的振动压实振幅。根据工程碾压施工规定，其碾压速度应控制在每小时2到3.5千米，最高不得超过每小时4千米。

终压。轮迹消除及路面平整度提升为沥青混凝土路面终压施工的作用。双钢轮静作用压路机作为终压的施工机械，其行驶速度可控制在每小时2到4千米之间，最高碾压次数为3遍以此达到轮迹消除的作用。

5、养生

碾压施工质量符合设计要求后，施工单位应做好养生湿润工作，在路面上选用透水土工布进行覆盖，通常养护时间为7天，该阶段应确保路面湿润，并做好交通管制工作，避免车辆在养护路面通行。

四、结束语

综上所述，随着科学技术的不断进步，大量新技术、新结构、新工艺、新材料等涌入高速公路工程建設，在将其广泛用于生产实践的同时，也推动了我国道路交通事业的快速发展。沥青路面作为高速公路工程建设的重要内容，其施工质量是否良好将直接影响到沿线经济发展，为此，施工单位必须重视高速公路沥青混凝土路面施工技术的应用，并与施工案例充分结合，做好施工准备工作，规范施工工艺，为我国公路事业的可持续发展提供可靠的保障。

参考文献

[1]王明宇.高等级公路高性能沥青路面配合比设计及应用技术研究[D].北京工业大学 2012

[2]董海波.高速公路沥青混凝土路面机械化施工技术与质量控制[J].黑龙江科技信息，2013（05）

[3]苏昌，曹勇涛.浅谈高速公路沥青混凝土路面施工实用技术[J].建设机械技术与管理，2009（08）

[4]卢亦昭，郭小宏.沥青砼路面机械化施工系统资源优化配置（Ⅰ）——系统资源的静态配置[J].重庆交通学院学报，2003（01）

[5]常行运，齐彩玲，丁荣花.沥青混凝土路面的质量控制[J].国防交通工程与技术，2004（03）

钢渣沥青混凝土研究 篇10

国家发布的文件《“十二五”冶金渣产业规划》指出, “十二五”末冶金渣的综合利用率要高出“十一五”期间18%, 同时争取真正实现冶金渣的“零排放”。其中钢渣的综合利用率要从2010年的21%提升到60%, 从国家产业政策支持来看钢渣利用前景广阔。实现钢铁渣的“零排放”目标, 已经成为钢铁工业发展循环经济, 保护生态环境, 响应国家“节能减排”号召的一项艰巨而紧迫的任务。钢渣微粉由于活性发挥缓慢, 利用率普遍偏低, 因而, 采用蒸压养护方式探索钢渣微粉的有效利用途径具有重大的现实意义。

1 试验原料与仪器

1.1 试验用原材料

1.1.1 P·O42.5水泥

实验用P·O42.5水泥取自海阳龙凤热电, 其化学组成见表1, 物理性能见表2。

1.1.2 钢渣微粉

试验用钢渣微粉取自日照京华新型建材有限公司钢渣粉磨生产线, 满足GB/T 20491-2006中一级钢渣粉的要求, 其化学组成见表3, 物理性能指标见表4。

1.1.3 粉煤灰

试验所用粉煤灰满足GB/T 1596-2005中Ⅱ级粉煤灰的标准要求, 其物理性能见表5。

1.1.4 其他

加气混凝土试验中所用生石灰满足JCT 621-2009标准要求, 其0.08 mm筛余为13%, 有效CaO含量为70%, 消化时间为13min。

加气混凝土试验中所用铝粉、稳泡剂均取自海阳龙凤热电加气混凝土砌块生产线, 其各项性能指标均满足相应国家标准要求。

1.2 试验用仪器

试验所用仪器包括:水泥胶砂搅拌机;水泥净浆搅拌机;标准恒温恒湿养护箱;水泥试块压力试验机等;电阻炉;X射线衍射分析仪;X射线荧光光谱分析仪;扫描电子显微镜等。

2 钢渣微粉蒸压活性实验

参照GB/T 20491-2006与GB/T 1596-2005中粉煤灰与钢渣粉活性实验方法, 将水泥分别与钢渣粉、粉煤灰按7:3比例混合, 按标准方法进行胶砂成型。一组按正常程序常温养护28 d, 另一组常温养护1 d后脱模置于蒸压条件下养护, 之后测量两组试块的抗压强度, 实验数据见表6。

由表6知:蒸压养护条件下, 分别掺有30%钢渣微粉与粉煤灰的胶砂试块强度可达到正常养护条件下28 d的抗压强度。但蒸压后活性指数相比正常养护28 d的活性指数要低, 原因是掺加钢渣微粉与粉煤灰的胶凝材料中活性矿物相比硅酸盐水泥熟料要少的多, 蒸压条件下纯硅酸盐水泥试块的活性发挥要更大一些。综上所述, 蒸压养护手段是解决钢渣微粉-水泥胶凝材料缓凝与早期强度低的有效手段, 钢渣微粉在高温激发条件下具有巨大的应用潜力。

3 钢渣微粉取代粉煤灰对B05粉煤灰加气混凝土料浆需水量与试块抗压强度的影响

参照海阳龙凤热电加气混凝土砌块厂的实际生产配比, 设定基础配比为:粉煤灰85%、水泥3.2%、石膏1.8%、生石灰10%、铝粉0.12%、稳泡剂0.06%。分别用10%~60%的钢渣微粉代替粉煤灰, 通过控制水胶比将加气混凝土的容重控制在500 kg/m3~525 kg/m3左右。蒸压养护完成后, 依照GB/T 11969-2008将试块切割烘干, 测定其干密度与抗压强度, 试验数据见表7。

3.1 钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土料浆需水量的影响

为控制加气混凝土的容重, 需控制料浆的稠度 (用扩展度标的) , 此实验通过调整水胶比, 控制料浆扩展度在240 mm~280 mm之间。

由图1知, 随着钢渣微粉取代粉煤灰量的增加, 为保证加气混凝土料浆扩展度控制在240 mm~280 mm之间, 需要增加用水量。原因是钢渣微粉的比表面积远大于粉煤灰, 随着钢渣微粉取代粉煤灰量的增加, 料浆中钢渣微粉吸附水含量增加, 为控制料浆稠度, 必须提高水胶比。

3.2 钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土抗压强度的影响

由图2知, 钢渣微粉取代粉煤灰的量在0~40%之间时, 随着钢渣微粉取代粉煤灰量的增加, B05加气混凝土的抗压强度逐渐增大;当钢渣微粉取代粉煤灰的量超过40%时, B05加气混凝土抗压强度快速降低。因此, 钢渣微粉取代粉煤灰的适宜量为40%。

4 钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土水化产物的影响

为研究钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土微观结构的影响, 从以下方面进行研究:一是研究钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土水化产物组成的影响;二是研究钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土水化产物形貌的影响。

4.1 钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土水化产物组成的影响

钢渣微粉分别取代0%、20%、40%、60%粉煤灰的加气混凝土水化产物进行XRD分析结果见图3。

由图3知, 钢渣微粉含钙量较高, 随着钢渣微粉取代粉煤灰量的增加, 加气混凝土体系Ca/Si比逐渐增大, 加气混凝土水化产物中托勃莫来石、硬硅钙石、铁相RO相含量逐渐增加, 而莫来石、SiO2含量逐渐减少。其中铁相RO存在于钢渣中, 在蒸压条件下几乎没有活性, 随着钢渣取代粉煤灰量的增加, 会增加惰性矿物铁相RO的含量。莫来石与SiO2是粉煤灰的主要组成矿物, 加气混凝土中的莫来石主要是粉煤灰中未参与反应的莫来石, 随着钢渣粉取代粉煤灰量增加, 莫来石与SiO2的引入量减少, 而参与反应的莫来石与SiO2含量增加。托勃莫来石与硬硅钙石含量的增加主要是由于加气混凝土体系Ca/Si比提高造成的, 这两种矿物在钢渣适宜掺量范围内对加气混凝土强度起到促进作用。但当钢渣粉取代粉煤灰量过多时, 会减少水化产物中的C-S-H凝胶数量, 对加气混凝土强度产生不利影响。当钢渣微粉取代粉煤灰量为40%时, 加气混凝土水化产物适宜的矿物组成与良好的宏观孔结构对加气混凝土强度发展是最有利的。

4.2 钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土水化产物微观形貌的影响

为研究钢渣微粉取代粉煤灰对加气混凝土水化产物微观形貌的影响, 分别对钢渣微粉取代0%、20%、40%、60%粉煤灰加气混凝土的水化产物进行SEM分析, 实验结果见图4~图7。

由图4~图7知, 钢渣微粉取代0%、20%粉煤灰加气混凝土的水化产物中大部分是卷曲状的C-S-H凝胶, 并未看到托勃莫来石, 且结构较为致密。钢渣微粉取代40%、60%粉煤灰加气混凝土的水化产物中除C-S-H凝胶之外, 水化产物空隙中交叉共生着少量针状托勃莫来石与硬硅钙石, 且结构疏松, 特别是钢渣微粉取代60%粉煤灰加气混凝土水化产物结构最为疏松, 水化产物量稀少。原因是粉煤灰数量大幅度减少导致参与蒸压水化反应的Ca元素增加, 而Si元素大量减少, 打破了加气混凝土体系适宜的Ca/Si比, 从而导致水化产物数量急剧减少。这与前述XRD分析相呼应, 说明适量钢渣微粉取代粉煤灰可以改善加气混凝土水化产物组成结构, 而过量钢渣粉会引起水化产物C-S-H凝胶数量的急剧减少, 降低加气混凝土的强度。

5 结论

钢渣微粉-水泥胶凝材料的胶砂试块经蒸压后, 强度可达到并略超过正常养护条件下的28d强度, 蒸压手段是解决钢渣微粉-水泥胶凝材料缓凝及早期强度过低的重要手段。

为保证加气混凝土料浆适宜稠度, 随着钢渣微粉取代粉煤灰量的增加, 加气混凝土料浆用水量逐渐增大;对B05加气混凝土而言, 随着钢渣微粉取代粉煤灰量增加, 其强度在0~40%取代量范围内逐渐增大, 之后快速降低, 钢渣微粉取代粉煤灰的适宜量为40%。

随着钢渣微粉取代粉煤灰量增加, 加气混凝土体系Ca/Si比逐渐增大, 加气混凝土水化产物中托勃莫来石、硬硅钙石、铁相RO相含量逐渐增加, 而莫来石、SiO2含量逐渐减少。适量钢渣微粉取代粉煤灰可改善水化产物组成与结构, 过量钢渣微粉取代粉煤灰会导致C-S-H凝胶等水化产物数量急剧减少, 使加气混凝土水化产物结构变得极为疏松。钢渣微粉取代粉煤灰量为40%时, 加气混凝土水化产物适宜的矿物组成与良好的宏观孔结构对加气混凝土强度发展最有利。

摘要：将钢渣微粉应用于加气混凝土中, 通过实验研究发现:钢渣微粉较高的比表面积使其需水量偏大, 钢渣微粉取代粉煤灰的适宜量为40%, 适量钢渣微粉取代粉煤灰可使加气混凝土具有良好的水化产物组成与结构, 过量的钢渣微粉取代粉煤灰会导致加气混凝土水化产物C-S-H凝胶数量的大幅度减少。

关键词：钢渣微粉,粉煤灰加气混凝土,需水量,水化产物

参考文献

[1]李光强, 彭其春, 章奉山.日本钢铁厂的少渣冶炼工艺和钢渣再利用[C].2003年冶金能源环保生产技术会议论文集, 2003.