一种全级配钢渣混凝土钢渣安定性的检测方法

摘要

本发明涉及工业环境保护的冶金行业固体废弃物资源再生利用的钢渣检测领域，特别涉及一种在高温蒸养环境下全级配钢渣混凝土钢渣安定性的检测方法领域。将钢渣原渣除铁磁选处理后选取钢渣微粉，其比表面积大于400m2/kg，钢渣细集料，细度模数小于3.5；钢渣粗集料，粒径为5-20mm；然后再将硅酸盐水泥、水、细集料、粗集料、外加剂按照一定配比制成混凝土棱柱体试件或砂浆试件，在高温蒸养环境下养护，检测试件膨胀率，评定钢渣微粉、钢渣细集料和钢渣粗集料的安定性。本测试方法准确、快速、有效地检测钢渣的安定性，减少钢渣混凝土维护检修成本，确保工程安全、高效、低成本运行，保证钢渣混凝土有一个比较长期的安全使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及工业环境保护的冶金行业固体废弃物资源再生利用的钢渣检 测领域，特别涉及一种在高温蒸养环境下全级配钢渣混凝土钢渣安定性的检测 方法。

背景技术

钢铁产品是人类社会非常重要的结构材料，也是产量最大、覆盖面最广的 功能材料。近年来，随着我国经济建设的快速增长，特别是建筑业转型和绿色 建筑的发展需求，钢铁工业得到了较好的发展，2010年我国粗钢产量已突破6 亿吨，其中绝大部分来自高炉—转炉流程。高炉炼铁工艺历经数百年的发展， 工艺已日趋成熟。固体废弃物资源化既减少对环境的直接破坏，又降低了自然 资源的消耗。在钢铁工业中，高炉矿渣已实现零排放，成为混凝土工业重要的 替代水泥基材料，然而钢渣的利用率并不高，且大部分用于筑路和回填。钢渣 可以作为集料替代传统的砂石制备强度高、耐磨性和耐久性好的混凝土，但是 由于我国许多钢厂钢渣的化学组成、矿物组成波动较大及可能存在安定性不良 的问题，制约了钢渣在混凝土中应用。

目前GB/T24175-2009《钢渣稳定性检测方法》和GB/T24764-2009《外 墙外保温抹面砂浆和粘接砂浆用钢渣砂》分别采用在2.0MPa的饱和水蒸气中 压蒸3h后钢渣颗粒的压蒸粉化率和钢渣砂浆试件膨胀率的方法来评价钢渣的 安定性，并规定钢渣砂浆试件完整且压蒸膨胀率不大于0.80％时为体积安定性 合格。目前的养护介质均为2.0MPa的饱和水蒸气(216℃)，与实际工况相差 甚远。基于压蒸处理的实验条件不同于实际工程中钢渣在混凝土的情况，不能 准确反映实际条件下的混凝土中钢渣的安定性问题，影响了钢渣的合理使用。

因此，合理检测钢渣混凝土中的钢渣安定性，更加严格规范混凝土工程使 用有安全风险的集料，是确保钢渣混凝土工程全生命周期安全、高效、低成本 运行的基础，这将有助于推动钢渣在混凝土中的更加广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种全级配钢渣混凝土钢渣安定性的检测方法，该方 法能根据实际工程中的混凝土中的钢渣情况，准确检测出混凝土中的不同粒径 钢渣的安定性，为钢渣在混凝土中的合理应用提供了可靠、准确的依据。

发明的目的可以通过以下方案来实现：

一种全级配钢渣混凝土钢渣安定性的检测方法，其步骤包括：

(1)选取除铁磁选处理的钢渣原渣，分别选取钢渣微粉，其比表面积大 于400m²/kg，钢渣细集料，其细度模数小于3.5；钢渣粗集料，其粒径为5-20mm；

(2)将硅酸盐水泥、水、细集料、粗集料、外加剂按照重量比为 1:0.5:1.9-2.2:3.5-4:0.007的比例制成混凝土棱柱体试件，并养护60-90天， 检测试件的膨胀率，评定钢渣粗集料和钢渣细集料的安定性；

所述细集料为钢渣细集料和天然黄砂按照重量比为0.4-2.5:1的比例混合 的混合细集料；所述粗集料为钢渣粗集料和天然碎石按照重量比为0.4-2.5:1 的比例混合的混合粗集料；

所述细集料和粗集料中的钢渣集料所占重量比小于等于50％时，混凝土棱 柱体试件的体积为75mm×75mm×285mm，并在试件侧面预埋钉头，振动成型， 采用比长仪测量膨胀率；试件膨胀率小于等于0.040％，则判定钢渣混凝土试件 中的钢渣安定性合格；

所述细集料和粗集料中的钢渣集料所占重量比大于50％时，混凝土棱柱体 试件的体积为300mm×300mm×500mm，并在混凝土试件内部埋入应变传感器， 分层浇筑、振捣成型，3天后脱模，养护，采用混凝土变形自动测量系统测量 其膨胀率；试件膨胀率小于等于0.040％，且外观无明显剥落、裂纹变形，则判 定钢渣混凝土中的钢渣安定性合格。

(3)将凝胶材料、水、细集料按照重量比为1:0.5:3.0制成40mm×40mm ×160mm的砂浆棱柱体试件，在砂浆棱柱体试件两端中心预埋钉头，振动成型， 养护80-90天，采用比长仪测量试件的膨胀率，试件膨胀率小于等于0.040％， 且外观无明显剥落、裂纹变形，则试件中的钢渣微粉安定性合格；

所述凝胶材料为钢渣微粉和硅酸盐水泥按照0.4-2.5:1的重量比混合的混 合料。

所述步骤(2)中的外加剂为减水率20％以上的聚羧酸。

所述天然黄砂细度模数为1.8-3.0。

所述混凝土棱柱体试件或砂浆棱柱体试件的养护条件为80±2℃的水中养 护或者水蒸汽养护。

所述钢渣原料为滚筒渣、热泼渣或热闷渣中的一种。

本发明是在水养护条件下提高养护介质的温度使混凝土胶凝材料和钢渣 中的方镁石和游离氧化钙在较短时间内绝大部分水化，用膨胀率和外观观察来 综合评定掺钢渣混凝土体积安定性，从而来判断混凝土钢渣的安定性。

试件膨胀率计算方法：

试件膨胀率按式(1)计算(准确至0.01％)：

式(1)中L₀—试件初长，mm；

L₁—某龄期时试件长度，mm；

Δ—测点之间金属测头的长度。

膨胀率以百分数表示，取一组3条试件膨胀率的平均值作为某一龄期试件 的膨胀率。当试件的膨胀率与平均值相差±15％时应重做。

当混凝土膨胀率小于等于0.040％；混凝土无剥落、开裂等现象，则说明混 凝土钢渣的安定性合格。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明是在高温蒸养环境下检测全级配钢渣混凝土中的钢渣安定性的 方法，是根据试件工程情况，将钢渣微粉制成砂浆试件，将钢渣砂、钢渣碎石 制成钢渣混凝土试件，通过测试其膨胀率来衡量钢渣的安定性是否合格。膨胀 率小于等于0.040％评定为钢渣的安定性合格，更加科学、合理。

2、本发明合理、正确的检测出钢渣安定性，保证了钢渣混凝土有一个比 较长期的安全使用寿命，减少由于钢渣不安定造成肿胀引起的混凝土开裂等破 坏而缩短工程使用寿命，节省混凝土维护加固成本。

3、本测试方法可以准确、快速、有效地检测钢渣的安定性，提高了钢渣 在混凝土中的利用率，避免了冶金资源浪费、环境二次污染的现象发生，为企 业带来经济效益。

附图说明

图1是钢渣微粉在分别取代30％、50％和70％水泥时所成型的砂浆试件在 80℃水中养护不同龄期的膨胀率变化图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

实施例1

1、实验用材料

水泥：P·O42.5普通硅酸盐水泥(海螺水泥厂)；

细集料：天然黄砂，细度模数为3.0；

钢渣细集料：细度模数为3.0；

粗集料：天然碎石，石灰石，粒径为5-20mm；

钢渣粗集料(钢渣碎石)：粒径为5-20mm；

外加剂：PCA-I聚羧酸型减水剂，减水率为20％(江苏博特新材料有限公 司生产)。

2、试模：用于膨胀率测定的试件模具满足DL/T5150、DL/T5433或GB/T 50081要求，膨胀率测定试模为棱柱体，试模最小边长应不小于最大集料粒径 的3倍。用于膨胀率测定的试模两端或侧面可以埋设不锈的金属测头。试模拼 装应牢固，不漏浆，振捣时不得变形。尺寸精度要求：边长误差不得超过1/150， 角度误差不得超过0.5°，平整度误差不得超过边长的0.05％。两端可埋设不 锈的金属测头，用做试件长度的测点。拼接要牢固，振动时不得变形，不漏浆。

3、钢渣微粉的安定性检测：

将凝胶材料、水、细集料按照重量比为1:0.5:3.0制成40mm×40mm×160mm 砂浆棱柱体试件，其中分别将钢渣微粉取代水泥用量的30％、50％、70％，胶砂 比为1:3，水胶比为0.5，试件两端中心预埋钉头，振动成型，采用比长仪测 量试件在80℃的水中养护不同龄期的膨胀率，具体如图1所示。从图中可看出， 80℃水中养护时，不同掺量钢渣微粉的砂浆试件在早期膨胀迅速，28d后趋于 平缓。钢渣微粉的取代量越大，其最终的膨胀率也越大。实验中砂浆试件的膨 胀率均小于等于0.040％，试件无明显变形、裂纹现象，说明被测试的钢渣微粉 的安定性合格。

4、钢渣混凝土中的钢渣碎石和钢渣细料的安定性测试：

混凝土的配合比按照水泥：水：天然黄砂：天然碎石：外加剂 ＝1:0.50:1.95:3.61:0.007，然后将钢渣细集料替代天然黄砂用量的30％、50％、 70％、100，5-20mm钢渣碎石替代天然碎石用量的30％、50％、70％制成钢渣混 凝土试件，在80℃水中养护，测试其不同养护龄期的膨胀率。

当钢渣碎石和钢渣细集料的总量在细集料和粗集料的所占重量比小于等 于50％时，混凝土棱柱体试件的体积为75mm×75mm×285mm，并在试件侧面预 埋钉头，振动成型，采用比长仪测量膨胀率；试件膨胀率小于等于0.040％，试 件无明显变形、裂纹现象，则试件中的钢渣安定性合格；

当钢渣碎石和钢渣细料的总量在细集料和粗集料的所占重量比大于50％ 时，混凝土棱柱体试件的体积为300mm×300mm×500mm，并在混凝土试件内部 埋入应变传感器，分层浇筑、振捣成型，3天后脱模，养护，采用混凝土变形 自动测量系统测量其膨胀率；试件膨胀率小于等于0.040％，试件外观无明显剥 落、裂纹变形，则试件中的钢渣安定性合格。

从检测结果来看，钢渣细集料替代天然黄砂用量的30％、50％，粗集料采用 钢渣碎石的混凝土试件的膨胀发展缓慢，至133d时膨胀约为0.030％，其钢渣 的安定性合格。

细集料采用天然黄砂，而不同掺量钢渣碎石混凝土试件在14d前膨胀发展 缓慢，此后膨胀快速发展，至28d时掺30％、50％和100％钢渣碎石混凝土试件 的膨胀为0.058％、0.068％和0.072％，其钢渣的安定性不合格。35d时掺30％、 50％和100％钢渣碎石混凝土试件均发生了开裂。

掺30％钢渣细集料和30％钢渣碎石、50％钢渣细集料和50％钢渣碎石、70％ 钢渣细集料和70％钢渣碎石的混凝土试件的28天的膨胀率分别为0.056％、 0.066％、0.097％，其钢渣安定性均不合格。35d时钢渣混凝土试件均发生了开 裂。

综上所述，砂浆试件80℃水养护28天，其膨胀率小于等于0.040％，试件 无明显变形、裂纹现象，说明被测试的钢渣微粉的安定性合格；

由钢渣细集料或钢渣碎石配制的混凝土试件经80℃水中养护90d后，混凝 土出现表面剥落、开裂或膨胀大于0.040％，说明混凝土中钢渣细集料和钢渣碎 石安定性不良，其原因是部分钢渣表面局部区域富集少量白色、黄色和褐色的 方镁石颗粒，80℃水中养护时，钢渣颗粒中呈团斑状的MgO和f-CaO水化生成 Mg(OH)2和Ca(OH)2时，产生膨胀应力，使混凝土局部剥落甚至严重开裂破坏。 所以，当混凝土试件膨胀大于0.040％或混凝土出现表面剥落、开裂时，可判定 混凝土中钢渣的安定性不合格。