摘要 粉煤灰、鋼渣均為工業(yè)廢渣，主要成分均為硅酸鹽，且都具有較高的礦物活性。該文介紹了粉煤灰、鋼渣粉的生產(chǎn)及主要成分，通過系列試驗(yàn)研究二者礦物活性，以及作為摻和料在混凝土中的應(yīng)用，對混凝土和易性及力學(xué)性能影響的規(guī)律，該文研究成果旨在合理利用廢棄資源、降低對環(huán)境污染、提高混凝土質(zhì)量，以期取得較好的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞 粉煤灰；鋼渣粉；活性指數(shù)；強(qiáng)度；和易性

中圖分類號 TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0161-03

0 引言

粉煤灰為電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，由結(jié)晶體、玻璃體以及少量未燃盡的碳粒所組成，主要成分有：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO等，按燃煤品種分為F類粉煤灰及C類粉煤灰[1]。

轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼時(shí)所得的含硅酸鹽、鐵鋁酸鹽為主要礦物組成，經(jīng)穩(wěn)定化處理并且安定性合格的鋼渣。鋼渣的主要成分為硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，組成接近普通硅酸鹽水泥熟料，鋼渣經(jīng)磁選除鐵處理后粉磨達(dá)到一定細(xì)度的產(chǎn)品為鋼渣粉。

粉煤灰、鋼渣作為工業(yè)廢渣，是一種固體廢棄物，但其主要成分均為硅酸鹽和鋁酸鹽玻璃體，因此具有較高的礦物活性[2]，工程中合理利用粉煤灰和鋼渣，有利于改善生態(tài)環(huán)境、控制混凝土質(zhì)量及工程成本。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥

該試驗(yàn)使用四川省會(huì)東縣利森水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，代號P.O42.5，水泥檢測結(jié)果如表1所示。

（2）粉煤灰

該實(shí)驗(yàn)使用攀枝花市天盟建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的F類Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰檢測結(jié)果如表2所示。

（3）鋼渣粉

該試驗(yàn)采用涼山世宏建材有限公司生產(chǎn)的一級鋼渣粉，鋼渣粉檢測結(jié)果如表3所示。

（4）機(jī)制砂、碎石

該試驗(yàn)采用寧南縣大水溝料場生產(chǎn)的0～4.75 mm機(jī)制砂、5～26.5 mm碎石，機(jī)制砂、碎石檢測結(jié)果如表4、表5所示。

（5）減水劑

該試驗(yàn)使用攀枝花市吉源科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的JY-PC-02型緩凝型高性能減水劑，緩凝型高性能減水劑檢測結(jié)果如表6所示。

（6）水

該試驗(yàn)用水為飲用水，水檢測結(jié)果如表7所示。

1.2 粉煤灰、鋼渣粉活性指數(shù)試驗(yàn)

粉煤灰、鋼渣粉活性試驗(yàn)水泥膠砂配合比摻合料摻量由10%、20%、30%、40%、50%直至60%，活性指數(shù)試驗(yàn)采用水泥膠砂28 d抗壓強(qiáng)度作對比，具體配合比如表8、表9所示。

1.3 摻粉煤灰、鋼渣粉混凝土配合比試拌試驗(yàn)

該試驗(yàn)摻粉煤灰、鋼渣粉混凝土配合比試拌試驗(yàn)采用C30普通配合比進(jìn)行對比，摻合料摻量均為20%[3-5]，對摻粉煤灰、鋼渣粉及純水泥配合比試拌情況進(jìn)行對比。C30普通混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55—2011）進(jìn)行，設(shè)計(jì)坍落度180±20 mm，計(jì)算得到配合比如下：

（1）純水泥C30普通混凝土配合比

水膠比0.43，砂率44%，外加劑摻量1%，水∶水泥∶砂∶碎石∶減水劑=155 kg/m3∶360 kg/m3∶865 kg/m3∶110 kg/m3∶3.6 kg/m3，碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=110 kg/m3∶440 kg/m3∶550 kg/m3；

（2）摻粉煤灰C30普通混凝土配合比

水膠比0.43，砂率44%，粉煤灰摻量20%，外加劑摻量1%，水：水泥：粉煤灰∶砂∶碎石∶減水劑=155 kg/m3∶288 kg/m3∶72 kg/m3：865 kg/m3∶1100 kg/m3∶3.6 kg/m3，碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=110 kg/m3∶440 kg/m3∶550 kg/m3。

（3）摻鋼渣粉C30普通混凝土配合比

水膠比0.43，砂率44%，鋼渣粉摻量20%，外加劑摻量1%，水∶水泥∶鋼渣粉∶砂∶碎石∶減水劑=155 kg/m3∶288 kg/m3∶72 kg/m3：865 kg/m3∶1100 kg/m3∶3.6 kg/m3，碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=110 kg/m3∶440 kg/m3∶550 kg/m3。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰、鋼渣粉活性指數(shù)試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果匯總表如表10所示。

2.2 C30普通混凝土配合比試拌試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?1所示。

純水泥配合比，混凝土拌和物初始坍落度為180 mm，擴(kuò)展度為460 mm，容重2 485 kg/m3，含氣量3.2%，和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中）、2 h坍落度、擴(kuò)展度無損失，初凝時(shí)間7 h07 min，終凝時(shí)間10 h11 min。

摻粉煤灰配合比，混凝土拌和物初始坍落度為170 mm，擴(kuò)展度為480 mm，容重2 468 kg/m3，含氣量3.5%，和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴(kuò)展度無損失，初凝時(shí)間8 h46 min，終凝時(shí)間12 h08 min。

摻鋼渣粉配合比，混凝土拌和物初始坍落度為175 mm，擴(kuò)展度為485 mm，容重2 520 kg/m3，含氣量3.3%，和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中）、2 h坍落度、擴(kuò)展度無損失，初凝時(shí)間9 h38 min，終凝時(shí)間12 h57 min。

粉煤灰、鋼渣粉都具有較好活性，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，在水泥膠砂實(shí)驗(yàn)中，隨著粉煤灰、鋼渣粉摻量增加水泥膠砂強(qiáng)度逐漸下降，超過30%時(shí)下降的幅度變大，但粉煤灰活性指數(shù)下降幅度比鋼渣粉更大；同一摻量下鋼渣粉比粉煤灰活性指數(shù)更高，但粉煤灰比磷渣粉保水性更好[6]。

通過混凝土配合比試拌結(jié)果表明：純水泥混凝土配合比相對摻粉煤灰、鋼渣粉混凝土配合比7 d強(qiáng)度最高，7 d至90 d強(qiáng)度增長幅度較摻粉煤灰、鋼渣粉小，其中鋼渣粉強(qiáng)度增長最高，90 d混凝土抗壓強(qiáng)度摻鋼渣粉水泥混凝土配合比強(qiáng)度最高，摻粉煤灰水泥混凝土配合比其次，純水泥混凝土配合比最低；摻鋼渣粉水泥混凝土拌和物初、終凝時(shí)間較其他兩者更長，對現(xiàn)場施工提出了更高要求，但對泵送、水下、大體積混凝土施工控制更有利；但應(yīng)注意：摻鋼渣粉混凝土拌和物表觀密度相對于純水泥及粉煤灰混凝土有較大提高，在施工中應(yīng)注意密度的增加對結(jié)構(gòu)物安全帶來的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算控制，將風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)化解。

3 結(jié)語

粉煤灰、鋼渣粉均為工程施工過程中混凝土施工常用摻和料，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)摻入粉煤灰、鋼渣粉過后混凝土和易性、強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)相較于純水泥配合比得到了增強(qiáng)，因此加入適當(dāng)?shù)姆勖夯?、鋼渣粉對混凝土的質(zhì)量控制更加有利，同時(shí)節(jié)約了施工成本，減少了環(huán)境污染，為工程帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效應(yīng)、社會(huì)效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]曾慶玲.鋼渣粉、粉煤灰及礦粉單摻或復(fù)摻對混凝土耐久性的影響研究[J].江西建材，2023（5）：11-13.

[2]孫世國，王保民.鋼渣粉和粉煤灰對鋼渣混凝土力學(xué)性能的影響特點(diǎn)[J].粉煤灰綜合利用，2004（1）：26-28.

[3]劉宇澤.鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合混凝土的性能研究[J].山西建筑，2012（12）：130-131.

[4]茍鴻翔，朱敏濤.不同比例復(fù)摻粉煤灰和鋼渣粉的混凝土性能研究[J].上海建材，2021（6）：26-29.

[5]趙長江，陳琴.鋼渣粉取代粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用研究[J].商品混凝土，2020（8）：46-47.

[6]孫世國，白會(huì)人，林國棋，等.鋼渣、粉煤灰混凝土強(qiáng)度特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（1）：85-88.

收稿日期：2024-02-28

作者簡介：張昌軍（1989—），男，本科，工程師，主要從事高速公路建設(shè)工作。