钢渣混凝土力学性能与微观结构的研究

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钢渣是炼钢过程中产生的主要副产物,每炼制1吨的钢就伴随着130-200kg的钢渣产生。在中国,钢渣的利用率仅为29.5%,堆积量已高达400亿吨,这严重占用了土地资源,并且钢渣中的碱性渗滤液可能对水和土壤造成潜在污染。另一方面,粒化高炉矿渣(水渣)也是钢铁冶炼过程中的副产品,在中国,水渣年产量接近一亿吨。通过前期研究证明,钢渣和水渣并非完全的“固体废料”而是“放错了位置的宝贝”,通过进行一定程度的处理后对钢渣和水渣进行综合利用,不但可以减小对环境的污染,还能创造巨大的经济效益,是走向环保型,节约型,可持续发展型社会的重要举措和有效途径。现有研究表明,用钢渣替换部分或全部的天然骨料或水渣替换水泥所制备的新型混凝土可获得较高的强度与耐久性。因此,钢渣和水渣可作为新型环保的材料用于制备混凝土以达到推进绿色发展和缓解天然资源供应压力的目的。本文遵循最大限度利用钢渣的原则,利用钢渣和水渣设计了37组中、低强新型混凝土,首先使用钢渣粗骨料代替天然粗骨料,测试钢渣混凝土的力学性能及微观结构,然后在钢渣粗骨料最优替换率的基础上,将天然细骨料用钢渣细骨料进行替换,测试钢渣混凝土的力学性能及微观结构;最后在粗、细骨料最佳替换率的情况下,用水渣替换水泥制备混凝土并测试其力学性能和微观结构。试验结果表明:在低强钢渣混凝土中,粗骨料、细骨料和水渣的最佳替换率分别为40%、50%和10%;对于中强钢渣混凝土,粗骨料、细骨料和水渣的最佳替换率分别为50%、30%和5%。在钢渣粗骨料、钢渣细骨料和水渣的最佳替代率下,低强混凝土的7、28、440d抗压强度分别比普通混凝土提高13.42%、19.42%和19.74%;中强混凝土的7、28、90d抗压强度分别比普通混凝土提高5.41%、16.81%和19.26%。力学性能提高的原因是因为钢渣表面多孔粗糙,吸水率高,造成局部水胶比的降低,从而提升抗压强度;另一方面,通过微观电镜实验分析,由于钢渣水化反应后表面形成C-S-H和表面粗糙的特性,故掺入一定含量的钢渣可以显著改善混凝土的过渡界面区,而水渣的掺入同样会在一定程度上改善混凝土的过渡界面区,所以用适量的水渣替代水泥也能提升混凝土的力学性能。因此在混凝土中使用钢渣和水渣不仅有益于环境保护和材料的绿色使用,而且改善了混凝土的性能,提供了双赢的解决方案。
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