1、文章编号：1671-7872(2023)02-0213-06钢渣细骨料泡沫混凝土的制备及性能王浩，项国圣，李华健(安徽工业大学 建筑工程学院,安徽 马鞍山 243032)摘要：以钢渣作为细骨料，采用不同粒径、取代量的钢渣制备钢渣泡沫混凝土(SSFC)。根据自然养护 7 d SSFC 的无侧限抗压强度，得出制备 SSFC 的最优配比；基于正交试验分析钢渣粒径、钢渣取代量、水胶比三因素对 SSFC 抗压强度的影响程度；在此基础上，探讨钢渣取代量对 SSFC 导热性、抗折强度、吸水率等力学性能的影响，分析不同钢渣取代量下 SSFC 的微观结构。结果表明：制备 SSFC 的最优配比为钢渣粒径 1.18
2、 mm、钢渣取代量(质量分数，下同)20%、水胶比 0.45；三因素对 SSFC 抗压强度的影响程度为钢渣取代量钢渣粒径水胶比；随钢渣取代量的增加，SSFC 的导热性和吸水率逐渐减小、抗折强度先增后减，钢渣取代量为 20%时 SSFC 抗折强度最大，这是因为 20%钢渣取代量下的 SSFC 平均孔径最小、孔隙分布最均匀。关键词：泡沫混凝土；最优配合比；抗压强度；钢渣；水胶比中图分类号：TU 528.2文献标志码：Adoi：10.12415/j.issn.16717872.22072Preparation and Properties of Steel Slag Fine Aggregate F
3、oamed ConcreteWANG Hao,XIANG Guosheng,LI Huajian(School of Civil Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan 243032,China)Abstract：Steel slag was used as fine aggregate,and steel slag foam concrete(SSFC)was prepared by using steelslag with different particle size and replacement amount.Accor
4、ding to the unconfined compressive strength of SSFCnaturally cured for 7 d,the optimal mix proportion was obtained.Based on the orthogonal test,the influence of steelslag particle size,steel slag substitution and water-cement ratio on the compressive strength of SSFC was analyzed.On this basis,the i
5、nfluence of steel slag substitution on the mechanical properties of SSFC such as thermalconductivity,flexural strength and water absorption was explored,and the microstructure of SSFC under differentsteel slag substitution was analyzed.The results show that the optimal proportion for preparing SSFC
6、is 1.18 mmsteel slag particle size,20%steel slag replacement(mass fraction,the same below),and 0.45 water cement ratio.Theinfluence degree of three factors on compressive strength is steel slag substitution steel slag particle size waterbinder ratio.With the increase of steel slag substitution,the t
7、hermal conductivity and water absorption of SSFCgradually decreases,and the flexural strength first increases and then decreases.When the steel slag replacementamount is 20%,the flexural strength of SSFC is the largest,because the average pore size of SSFC with 20%steelslag substitution is the small
8、est and the pore space distribution is the most uniform.Keywords：foam concrete;optimum mix proportion;compressive strength;steel slag;water binder ratio 收稿日期：2022-03-04基金项目：国家自然科学基金项目(41702311)作者简介：王浩(1997)，男，安徽明光人，硕士生，主要研究方向为建筑材料。通信作者：项国圣(1986)，男，江苏泰兴人，博士，副教授，主要研究方向为建筑材料。引文格式：王浩，项国圣，李华健.钢渣细骨料泡沫混凝土的
9、制备及性能 J.安徽工业大学学报(自然科学版)，2023，40(2):213-218.Vol.40 No.2安 徽 工 业 大 学 学 报 (自然科学版)第 40 卷 第 2 期April2023J.of Anhui University of Technology(Natural Science)2023 年4 月泡沫混凝土(foam concrete，FC)是一种通过发泡剂将空气截留在浆体中的轻质混凝土1，具有流动性高、水泥含量低、集料消耗少、质量轻和隔热性能好等优点，被广泛用于外墙保温隔热2、屋面保温3、室内地面保温和桥空洞填充4等方面。钢渣作为钢铁生产中的副产品，产量大(为粗钢的 15
10、%20%)，但综合利用率低，大量钢渣被填埋或堆放，不仅严重污染环境且造成资源浪费5。钢渣与硅酸盐水泥的成分相似，也具有一定的胶凝性，可部分取代水泥。因此，将钢渣用于制备混凝土，变固废为资源，是实现钢渣再生循环利用的一种新途径，对促进绿色发展、推动碳达峰、碳中和具有重要意义68。越来越多的学者采用钢渣部分取代水泥制备混凝土，研究其对混凝土力学性能的影响。袁振等9、回丽丽等10研究表明，水泥中掺入适量的钢渣可降低混凝土的放热量，减少 FC 因热应力而产生的裂缝，一定程度上可改善 FC 的力学性能；黄伟等11研究表明，在混凝土中掺入钢渣有利于胶凝材料的生成，混凝土结构更密实、稳定；张耄耋等12、Qa
11、srawi 等13研究表明，钢渣与水泥具有协同作用，一定程度上可提高钢渣泡沫混凝土(steel slag foamed concrete,SSFC)的后期强度；周学军等14研究表明，钢渣掺量和水胶比对 SSFC 的导热系数、抗压强度影响较大。但目前学者多采用钢渣微粉替代水泥，钢渣细骨料替代部分水泥制备 SSFC，可减少化学激发和超细粉磨步骤，降低工程成本，利于实现钢渣的大宗量使用1516。鉴于此，选用钢渣细骨料替代部分水泥制备 SSFC，研究钢渣取代量(钢渣与钢渣、水泥总质量比，下同)、钢渣粒径及水胶比(水与钢渣、水泥总质量比，下同)对 SSFC 力学性能和导热性能的影响，以期进一步促进钢渣的
12、循环利用。1试验 1.1原料安徽海螺牌 P.O 42.5 级普通硅酸盐水泥、安徽马鞍山马钢钢渣、自来水、武汉市某公司生产的发泡剂。水泥与钢渣的的表观密度分别为 3 100，3 400 kg/m3，化学成分如表 1。1.2试验过程SSFC 制备流程及性能测试如图 1，依据固定原材料质量法设计试验原料配合比，制备的 SSFC 干密度为 700 kg/m3。使用电子天平按设计比例称取钢渣、水泥与水，放入适当体积的容器中混合搅拌得水泥混合浆体，搅拌时间约 3 min；将 50 g 发泡剂与水按质量比 130 混合，使用泡沫制备机(HT60 型，河南华泰新材科技股份有限公司)制备出稳定细小泡沫。将制备的
13、泡沫加入浆体中进行二次搅拌，制备出均匀的泡沫水泥混合浆体，将其浇筑到 100 mm100 mm100 mm 的模具中 1 d 后脱模，在自然养护条件下养护至适当龄期后；将试件放入(605)的电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)内烘干至 4 h 内质量无变化，取出冷却至室温，进行相应的性能测试。1.2.1优选配比试验按图 1 所示流程制备 SSFC，其中钢渣取代量取 10%，20%，30%，40%，50%；钢渣粒径取 0.60，1.18，2.36 mm 水泥钢渣搅拌二次搅拌泡沫液泡沫发泡机水泥混合浆体泡沫水泥混合浆体浇筑,脱模养护至龄期性能测试掺入水泡沫剂水图1SSFC 的制备流程及性能测
14、试Fig.1Preparation process and performance test of SSFC 表 1 水泥和钢渣的化学成分w/%Tab.1Chemical composition of cement and steel slagw/%材料CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOTiO2SO3K2OP2O5MnO其他水泥57.2123.546.124.572.510.612.310.852.28钢渣58.8512.85.2114.392.630.920.311.512.201.18214安 徽 工 业 大 学 学 报(自然科学版)2023 年 连续级配；钢渣水胶比取 0.35，0
15、.40，0.45，0.50，0.55。参照 JG/T 2662011泡沫混凝土进行 SSFC 试件抗压强度试验，测试不同钢渣取代量、钢渣粒径及钢渣水胶比下 SSFC 试件的抗压强度，通过分析不同因素下SSFC 抗压强度变化趋势，得出制备 SSFC 的原料最优配合比。1.2.2正交试验基于配比优选试验，设计 L9(33)正交试验。三因素的三水平分别为钢渣粒径 0.60，1.18，2.36 mm 连续级配；钢渣取代量 20%，30%，40%；水胶比 0.40，0.45，0.50。按图 1 所示流程制备不同因素、水平下的 SSFC 试件。试件养护至龄期后，采用压力试验机(TYE2000 型，无锡建仪
16、仪器机械有限公司)，电动抗折试验机(DKZ6000 型，无锡建仪仪器机械有限公司)，扫描电子显微镜(JEM6510 型)，导热系数测试仪(TC3000E 型，西安夏溪电子科技有限公司)等，参照 JG/T 2662011泡沫混凝土、GB/T 119682020蒸压加气混凝土砌块、GB/T 320642015建筑用材料导热系数和扩散系数瞬态平面热源测试法对试件进行相关性能测试。2结果与分析 2.1SSFC 的优选配合比在水胶比(水与钢渣、水泥总质量比，下同)0.45，钢渣粒径 0.60，1.18，2.36 mm 条件下，钢渣取代量与SSFC 试件抗压强度的关系如图 2。由图 2 可看出：3 种粒径下随钢渣取代量的增大，SSFC 的抗压强度均呈先增后减的变化趋势；钢渣取代量为 20%，30%，40%时的抗压强度高于取代量为 10%，50%，钢渣掺量过小或过大时试件抗压强度较低，钢渣掺量适量时试件抗压强度较高。这是因为水泥与钢渣具有协同作用，可促进相互的水化反应，随钢渣掺量的增加，生成更多的胶凝物质，利于试件抗压强度的提高，但随钢渣掺量的不断增加，浆体易发生分层离析现象，气泡分布不均匀，试件上
