以硅铬渣为细骨料的混凝土性能研究

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发布时间：2021-09-03

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以硅铬渣为细骨料的混凝土性能研究
张潇，水中和，汪发红
(1．武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点试验室，430070；
2．青海建筑职业技术学院，西宁810012)
摘要：对硅铬渣作为细骨料全部或部分取代天然河砂制备的混凝土性能进行了研究，包括混凝土的力学性
能、耐久性能，并通过扫描电子显微镜(SEM )和显微硬度测试技术初步探讨了硅铬渣对混凝土界面过渡区的影响。
试验结果表明．硅铬渣具有一定火山灰活性，作为混凝土细骨料能提高混凝土强度，改善混凝土过渡区结构，使混凝
土耐久性能得到显著提高．其中掺80％硅铬渣作为细骨料制备的混凝土效果更好。
关键词：硅铬渣；力学性能；耐久性能；界面过渡区
Abstract：The basic properties of the concrete in which silicon chromium slag(SOS)substituted natural river sand are
studied，including the mechanical properties and the durability of hardened concrete．Based on the testing technology of
SEM and microhardness．the influence of SCS on the interfacial transition zone(ITZ)was also studied．The results indicate
that the SCS has a certain pozzolanic activity，SCS that was used as fine aggregates can effectively raise concrete compres
sive strength and improve structure of interfaeial transition zone，which significantly make the good durability performance
of concrete．The concrete which was mixed with 20％ fine sand and 80％ SCS has better performances than that of con．
crete with 1oo％ SCS．
Key words：Silicon chromium slag；Mechanical properties；Durability；Interfacial transition zone
中图分类号：TU528．041 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2016)03—13—04
0 前言
铬渣即含铬废渣。主要是冶金及化工部门生产
铬合金或铬盐过程中所排放的固体废弃物【1叫。硅铬
渣中的铬是变价元素．毒性与价态及水溶性密切相
关[4-q，六价铬【Cr(VI)卜一般以铬酸根(如铬酸钠、铬
酸钙)阴离子形式存在，当铬渣浸水后，部分铬溶入
水中，导致土壤、水源的污染，且Cr(VI)被国际癌症
调研机构充分证实是对动物有致癌性的物质／71。由
于铬渣是在厂区附近露天堆放。对大气、地下水和
周边环境造成巨大威胁。因此，铬渣的资源化利用
问题一直是国内外学者的研究热点。
在工业实践中，多种工业废渣已经成功地应用
于水泥混凝土，且水泥水化后形成的网状凝胶结构
可以有效固化废渣中的重金属，使废渣得到安全有
效的利用。丁建础嗍等研究表明。用铬渣代替部分天
然砂可制备强度等级为C15的普通混凝土．混凝土
作浸出毒性试验得出Cr(VI)浸出值远小于国家规
定的标准值。刘惠兰[91等研究表明。铬渣经适度加工
后制成符合混凝土质量标准的细骨料用于配制混
凝土。其结果表明铬渣具有活性，能提高混凝土的
基金项目：国家“863”计划课题(No．2012AA06A112)。
强度。基于以上对铬渣混凝土的研究，硅铬渣作为
铬渣的一种，本试验初步研究了硅铬渣作为细骨料
对于混凝土的界面结构及耐久性能的影响，为硅铬
渣的综合利用开辟了一条行之有效的使用途径。
1 原材料与试验方法
1．1 原材料
硅铬渣取自青海省干河滩工业园区，是由高碳
铬铁和硅矿石按比例混合冶炼硅铬铁产生的废渣。
目前。采用铁粉磁取技术进行铁粉回收后进行堆
弃，堆弃后的尾渣颜色为深灰色。硅铬渣的化学成
分和颗粒组成见表1和表2。
根据表2可以看出．硅铬渣的颗粒过粗，级配
不佳。为了满足试验用砂需要，可以调整其所属级
配区和细度模数，将天然细砂与硅铬渣按一定比例
掺配使用。
胶凝材料采用P·0 42,5级水泥，性能指标如表
3所示。
混凝土成型采用的碎石为0~5mm、5～16．5mm
和16．5—26．5mm三种粒径碎石掺配使用，碎石的压
碎值为8．0％：天然河砂的表观密度为2640k~m。，堆
积密度为1458k~m。，细度模数为2．9l，属中砂；减水
剂采用聚羧酸减水剂，固含量为40％，减水率为
一1 3—
2016年第3期混凝土与水泥制品总第239期
28％。
1．2 试验方法
采用的混凝土配合比如表4所示。试样CO为
普硅酸盐水泥混凝土．试样C1是以20％细砂和
80％的硅铬渣作为细骨料制备的混凝土。试样C2为
细骨料全部为硅铬渣制备的混凝土。由于硅铬渣相
比于天然河砂表面少棱角、较光滑，导致其与水泥
浆和碎石的黏结性能不良，因而适当提高了混凝土
的砂率。为了对比试验结果，三组混凝土配合比的
胶凝材料、用水量均一致。
混凝土试样拌合后，成型采用lOOmmxlOOmmx
lOOrnm三联试模，标准条件下分别养护3d、7d和
28d，根据GB／T 50081-2002(普通混凝土力学性能
试验方法标准》测试试样抗压强度。试样破碎后分
别进行扫描电镜(SEM)和显微硬度测试。参照GB／
T 50082-2009(普通混凝土长期性能和耐久性能试
验方法标准》，测试混凝土的耐久性能。参照GB／T
7023-2011《低、中水平放射性废物固化体标准浸
出试验方法》，测试硅铬渣混凝土的铬离子表面浸
出率．评价其作为建筑材料使用的环境安全性能。
2 试验结果分析及讨论
2．1 显微硬度测量与分析
界面过渡区显微硬度是界面性能的综合反映。
本文对硅铬渣混凝土以及普通混凝土的细骨料与
水泥浆体界面区显微硬度进行了测试，在经过抛光
的试样表面，从细骨料与水泥浆体界面开始至水泥
石基体801~m范围内打点，间隔为lOl~m，取各点1O
次测试的平均值，结果见图l。
一14一
一
喜
5oo
4oo
2o0
10o
0 10 20 30 40 50 60 70 8O 9O
与细骨料距离，“m
图1 标准养护28d界面过渡区的显微硬度
由图1可见，虽然试样C2与CO界面过渡区的
宽度并没有明显不同但硅铬渣混凝土试样C2与
对照组试样CO相比，硅铬渣混凝土界面过渡区的
显微硬度值有着不同程度的提高，下降程度较低，
试样C2的显微硬度值明显大于试样C0。这表明硅
铬渣作为细骨料能改善界面过渡区结构，使界面过
渡区致密化，改善了黏结状况。因而铬渣混凝土的
微观性能得到了大幅改善。
2．2 界面区形貌分析
图2中a、b分别是天然河砂和硅铬渣与水泥浆
体界面过渡区的SEM图。从图2(a)中可以看出，天
然河砂与水泥浆之间的界面比较明晰，且界面区结
构比较疏松，孔隙发达，孔径较大，说明天然河砂与
水泥浆没有发生化学反应。从图2(b)中可以首先看
出，观察到其界面区孔隙细小、结构致密，未发现较
大孔洞存在。从界面过渡区的显微硬度和SEM可以