［关键词］钢渣粉矿粉复合掺合料混凝土
中图分类号：TF734.62+2文献标识码：A文章编号：
1、前言
我国混凝土目前仍然面临着高水泥用量的现象，不仅会造成自然资源的浪费，同时带来能源和环境污染问题，不利于混凝土的可持续发展。如何将混凝土发展成绿色材料呢？近年来国外已经有人在研究低水泥用量的混凝土，国内吴中伟院士也提出了“环保高效水泥基材”的命题，要做到这个目标，必须多使用高细磨的矿物掺和料（工业废料为主），也就是通过高效活性矿物掺合料来改善混凝土性能，减少水泥用量，发展高强高性能的混凝土。
目前，一般搅拌站使用较广泛的活性矿物掺和料主要有两种，它们是粉煤灰、矿渣粉。而我国钢铁产业每年排放的大量固体废渣中，钢渣排放量也近上亿吨，而钢渣经过磨细后作混凝土活性混合材使用的却不多。依据吴中伟院士生前积极倡导的复合化是材料进化的主要途径之一的科学新思想，我们采用矿粉、钢渣粉、粉煤灰、石灰石粉复合，配制复合混凝土掺合料，充分利用多种组分活性矿物掺合料的性能超叠加效应(即1+2≥3)，充分发挥其优良特性的组合效果，既可克服单一品种的性能缺陷，降低混凝土生产成本，制备绿色高性能混凝土，又可以变废为宝，节约资源，实现建材行业可持续发展。
2、原材料及试验方法
2.1原材料
（1）水泥
试验选用南通海门海螺水泥有限公司生产的海螺P.O42.5水泥，其技术性能指标见表1。（2）粉煤灰
粉煤灰选用南通华能电厂的Ⅱ级粉煤灰，细度（0.045mm筛余）为20％，需水量比102％，烧失量3.2％，SO3含量1.3％，含水率0.2％。
表1水泥物理性能指标
（3）矿粉
矿粉选用沙钢S95矿渣粉，其比表面积为420m2/kg，密度2.92g/cm3，流动度比为102％，7d活性指数为81％，28d活性指数为106％，含水率0.2％。
（4）钢渣粉
钢渣粉选用马钢钢渣粉，其比表面积为430m2/kg，密度3.19g/cm3，流动度比为101％，7d活性指数为65％，28d活性指数为83％，含水率0.2％。钢渣粉的化学组分见表2。
表2钢渣的主要化学成分
（5）细骨料
细骨料用天然河砂，细度模数2.6，筛底6％，含泥量1.1％，泥块含量为0％，表观密度为2620kg/m3，堆积密度为1590kg/m3。
（6）粗骨料
粗骨料采用5～16mm、16～31.5mm的碎石二种级配，二者比例为3：7，混合后满足5～31.5mm的连续级配要求，含泥量为0.5％，泥块含量为0％，针片状颗粒含量为6.2％，压碎值指标为7.2％，表观密度为2710kg/m3。
(7)外加剂
外加剂用海门浦发建材生产的PH-AⅠ型高效缓凝减水剂，减水率﹥15％，净浆流动度﹥180mm。
2.2试验方法
（1）试验目的
用钢渣粉作为混凝土掺合料，将钢渣粉和矿粉按不同比例混合，根据各种材料复合的相互激发叠加效应，粉料微颗粒的相互填充效应，用矿粉、钢渣粉、粉煤灰三种复合在一起，取长补短的，充分发挥各种掺合料的作用，制取一种混凝土复合矿物掺合料，以满足绿色高性能混凝土发展的需要。
（2）试验方法及配合比
本试验采用钢渣粉和矿粉混合比例分别为A组1：1、B组2：3和C组3：7，通过胶砂测定不同混合比例复合料的活性指数变化规律，胶砂实验按GB/T2419-2004和GB/T17671-1999测定复合材料的胶砂流动度和胶砂强度。按GB/T18046-2008对复合胶凝材料进行活性评定，胶砂试验配比见表3。
分别用A、B、C三种复合材料以20%、30%、40%的掺量等量替代水泥，抽取公司C30生产常用配合比配制混凝土。混凝土配合比见表4。
表3钢渣粉和矿粉复合材料的胶砂试验配比
表4钢渣粉和矿粉复合材料的混凝土试验配比
3、试验结果与讨论
3.1不同混合比例的钢渣、矿粉混合料的活性试验
参照GB/T18046-2008的方法，测定钢渣粉和矿粉复合掺合料的活性，结果列于表4
表5不同比例复合粉活性指数和流动度比
从表5试验结果可以看出：随着钢渣粉掺入比例的增加，复合粉的活性指数逐渐下降。A组钢渣粉和矿粉混合比例1：1及B组钢渣粉和矿粉混合比例4：6时，混合粉的活性均能达到S75级指标，B组复合料的活性接近S95指标；C组钢渣粉和矿粉混合比例3：7混合时，复合粉可达到S95级指标。
分析原因：因马钢钢渣属于高碱度渣，游离氧化钙含量比较高，超细粉磨后易水解生成氢氧化钙，而矿粉在碱性溶液环境中反应速度才会加快，因此钢渣的水化对矿粉产生了激发效应。
3.2钢渣粉和矿粉复合粉与粉煤灰三掺时混凝土的工作性能
表6钢渣粉和矿粉及粉煤灰三掺时混凝土性能
图1复合粉对混凝土坍落度的影响
从表6试验结果可知：掺入复合粉后，混凝土坍落度均在210以上（见图1），相比基准样均提高了15～25mm，1小时经时坍落度损失也比基准样减少，且流动性比基准样好，整体工作性能优于基准样。由于钢矿渣粉比水泥颗粒小，在球磨过程中颗粒圆形度增大，掺入后填充在水泥的间隙周围分散了水泥颗粒，起到的作用，同时大量的复合粉的加入，降低了水泥在胶凝材料中的比例，降低了水化速度，使混凝土的和易性较好，工作状态改善。
3.3钢渣粉和矿粉复合粉与粉煤灰三掺时混凝土的强度
掺入复合粉后，七天强度均有不同程度的下降，而且随着取代水泥量的增加，强度呈下降趋势。并且随着复合粉中钢渣粉比例的增大，七天强度也随着下降（见图2）。说明早期复合粉水化反应速度慢，钢渣粉的活性较矿粉低，水化程度低。
图2复合粉掺量对混凝土7天抗压强度影响
掺入复合料的混凝土28天强度均能达到C30设计强度等级（见图3），随着钢渣粉复合比例的增加，强度有所下降，但在取代量20%~40%时，均可以用于配制C30混凝土。钢渣粉与矿粉复合比例为3：7，且取代水泥量为20%~30%时，混凝土的28天强度和基准样基本一致，取代量为40%，28天强度略有下降，且七天强度均达到基准样的82%以上，在各组复合粉中强度最高，是最佳复合比例。
图3复合粉掺量对混凝土28天抗压强度影响
4结论
4.1马钢钢渣粉和矿粉以3：7制成复合粉，按矿粉活性检测方法，其活性可达到S95等级技术指标。
4.2马钢钢渣粉和矿粉3：7制成复合粉，等量取代水泥20%~40%配制混凝土，28天强度基本与不掺时强度相近，同时混凝土工作性能大大改善。
4.3利用钢渣粉作为混凝土掺合料是钢渣高价值利用的最佳途径，通过推广钢渣粉和矿粉复合粉的应用，可以降低混凝土生产成本，同时解决钢铁生产的废弃物，减少环境污染，实现资源的综合利用，节约自然资源和能耗，有重大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]叶平，李文翔，陈广言，钢渣和高炉渣微粉做水泥和混凝土掺和料的研究，中国冶金，2004年3月，第3期（总第76期）
[2]吴伟中，廉惠珍，高性能混凝土，中国铁道出版社，1999
[3]P.K.Mehta，PauloJ.M.Monteiro.混凝土结构、性能和材料[M].中国电力出版社.2008
[4]普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000，中华民国行业标准.中国建筑科学研究院.2001.
关键词：建筑工程；大宗材料；资料用量分析
中图分类号：TU198文献标识码：A
一、建筑工程结构材料用量
住宅结构体单位面积之材料用量，并区分为中、低楼层实际建筑所用的结构材料数量，透过统计学分析，目前在该地区不同楼层之间钢筋混凝土结构物在柱、梁、板、墙等部位的单位面积材料用量情形如下:
1.总单位面积钢筋用量随楼层高度有明显之增加，以梁筋用量随楼高增加最为显著，次高者为墙筋用量，柱和板筋用量则较不明显。
2.总单位面积模板用量与楼层高度成正比。
3.总单位面积混凝土用量随楼层高度明显增加，以梁混凝土与墙混凝土的用量随楼高增加最为显著。以一般工程估算惯例，都是使用单位楼地板面积的材料用量作为计算基准，此单位用量可用在评估建材使用数量及工程费用时，以单位用量系数乘以楼地板面积即可迅速算出粗略值。
模板工程单位用量(m²/m²)=模板总施工数量(m²)/总楼地板面积(m²)
钢筋工程单位用量(吨/m²)=钢筋总施工重量(吨)/总楼地板面(m²)
混凝土工程单位用量(m³/m²)=混凝土总施作体积(m³)/总楼地板面积(m²)
二、建筑工程材料用量影响因子分析
1.单位钢筋用量影响因素
单位钢筋用量相对于混凝土用量，影响因素相较简单。对于不同建筑平面几何形状(ㄇ型、L型、H型、圆型、矩形等)因考虑双向地震力及地震系数，需在不规则处加强柱梁、斜撑等构材之承载能力；建筑物室内空间配置，如同样楼地板面积办公用途及住宅用途开间进深亦对钢筋用量造成影响。
2.单位混凝土用量影响因素
单位混凝土用量影响因素较多，包含地域性的设计习惯、绿建筑外墙隔热(开窗率)、临海远近、地上结构与地下结构平面型状不同须增加混凝土用量抵挡上浮力、外墙不规则形状、开放式空间设计等皆对混凝土用量造成影响，但影响程度为何，须更进一步探讨。
3.单位钢板及型钢用量影响因素
单位钢板及型钢用量影响较小，以耐震系统、大垮度空间设计及楼层高度为影响因素。建筑工程单位楼地板面积钢筋、混凝土、钢板及型钢共三项建筑材料使用量影响因子。
三、建筑工程材料用量影响因子统计
多数研究都针对在建筑材料与建筑工程经费预测，少有能提出确切影响因子及影响程度的数据，以下为影响因子及影响程度的相关分析。建筑工程单位楼地板面积钢筋、混凝土、钢板及型钢使用量影响因子繁多，包括建筑构造种类、建筑用途型式、使用工法、工程造价、乃至设计者设计风格习惯等，各因子间交互作用也值得深入探讨。
1.工程契约金额
部分公共工程发包金额不单只对建筑物本身造价，亦包含特殊机设备、机电工程、绿化园林工程、采购等一起纳入工程契约金内计算，建筑物用途、功能、构造不同会对工程契约金额造成之外，劳务及材料的平均价格及不同年度之物价指数也会对工程契约金额造成影响，导致工程契约金额不为影响单位楼地板钢筋、混凝土、钢板及型钢用量的主要因子。
2.地上、下楼层数
地上楼层数会对单位楼地板钢筋、混凝土、钢板及型钢用量产生影响，但多显现在中高楼层(7~15楼)有较明显的差异，建筑物是否拥有地下室对单位楼地板面积钢筋使用量有明显之影响，混凝土用量则变动因素较多影响性不显著，地下室结构需抵挡地下土压、水压、及地上结构体等横、竖向压力，配筋设计自然较无地下室结构复杂；在不同地质条件下，若是基地位于软弱地质，必须使用钢筋及混凝土进行基地补强，加强地下结构安全性，经资料检结果发现有地下室建筑物较无地下室建筑物钢筋用有明显增加。
3.总楼地板面积
单位楼地板面积钢筋用量、单位楼地板面积混凝土用量、单位楼地板面积钢板及型钢用量；钢筋、混凝土、钢板及型钢使用量都平均分摊于楼地板面积中。
4.建筑物最小载重
建筑物构造的活荷载，因楼地板用途而不同，而最小活荷载亦不同，进而影响单位楼地板面积钢筋、混凝土用量，进行资料分析前，先依建筑物最小活荷载进行分类，在不同活荷载限制下资料分析显示结果为主要影响因子。
最小载重最直接影响为楼板，而钢骨结构或钢筋混凝土建筑，因钢板及型钢最主要目地为支撑建筑结构体，即使是钢骨构造，在楼地板的部分还是采用混凝土灌浆，造成建筑活荷载成为单位钢板及型钢用量主要影响因子。
5.建筑物用途
建筑物用依建筑技术规则总则定义之建筑用途共分为类，包括公共集会类、商业类、工业及仓储类、休育文教类、宗教殡葬类、卫生文教类、办公服务类、住宿类等，不同建筑物用途的确会影响单位钢筋、混凝土用量，但用途必须明确区分，例如，体育馆、展览中心、住宅等加以细分，在此种情况下，依建筑用途分类进行资料分析并无法准确的判别出各建筑用途的明显差异，而导致建筑物用途并不为其主要影响因子。
6.建筑构造型式
建物构造形式影响建筑物单位楼地板钢筋、混凝土、钢板及型钢用量，建筑构造主要包括钢筋混凝土(RC)、钢骨(SS)或钢筋混凝土钢骨型式(SRC)；相较于钢骨构造，钢筋混凝土构造的单位钢筋及单位混凝土用量必定有所不同。
7.工程所在地
汶川地震后，建筑结构抗震规范更进一步细分和提高各地的抗震等级，对结构设计用钢量影响很大。另外各地区地质条件不同、活动断层分部等区域性因素影响，间接造成单位楼地板面积之钢筋、混凝土用量因各地区基地条件不同而有所差异；再者因各地区设计习惯、当地风格、功能需求、防空避难规定或公共工程特殊需求等因素，亦会影响单位楼地板面积钢筋、混凝土使用量。
结论
过去国内对于建筑材料使用系数评估或对工程金额与建筑材料相关性，多因条件限制而锁定在RC构造或是同种类建筑上进行探讨，然而科技进步，建筑工程施工技术也不断创新，要将所有不同结构、性质的工程做全面性调查统计往往受限于实际案例，使其因子及系数难以取得大量、完整且正确的数据。本文通过统计分析结果显示，建筑材料单位楼地板面积使用量主要受构造形式、工程所在地、是否拥有地下室等因子影响，而依据资料分析确认影响后，依影响因子排序建立单位用量，目的是为便利工程机关快速审核，若单位钢筋、混凝土、钢版及型钢用量与本研究分析差异过大，应审慎检查大宗资材用量，避免资源浪费。
参考文献：
[1]麻兴中；预应力混凝土梁质量控制要点[J]；广东建材；2011年07期2.1建筑工程材料用量影响因子之研究
[2]田照福;施工企业实施准时化采购的对策研究[J];建筑技术;2004年01期
[3]李璟,任磊;基于建材采购管理系统的研究与实现[J];计算机应用研究;2004年11期
关键词：粉煤灰应用研究现状存在问题
一、前言
随着各行各业对粉煤灰的开发和利用，特别是近几年全国高速公路的迅猛发展，粉煤灰的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝”。粉煤灰在各项工程中的利用，不但使工程造价大大降低，而且在节约土地、环境保护方面的意义将是非常深远的。但是，到目前为止我国粉煤灰形势依然严峻，每年的粉煤灰治理费耗资1.5亿元以上，缴纳粉煤灰排污费1000多万元。因此，需要分析研究粉煤灰的应用现状，找出目前存在的问题，促进粉煤灰的进一步开发应用。
二、粉煤灰综合利用现状
粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排除的一种工业废渣。早在1914年，美国Anon发表了《煤灰火山特性的研究》，首先发现粉煤灰中氧化物具有火山灰特性。国外对粉煤灰的研究，可追溯到1920年后的电厂大型锅炉改造，也就从此开始有人研究粉煤灰的综合利用[1]。而粉煤灰在混凝土中应用比较系统的研究工作是由美国伯克利加州理工学院的R.E.维斯在1933年后进行的，后来其应用不断扩展到各个利用领域[2]。但粉煤灰问题真正引起人们重视是在二战结束之后，尤其是冷战时期爆发的石油危机之后，许多国家发电厂的燃料结构都发生变化，都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。随之而来的是大量灰渣的排放，这更一步促进人们重视粉煤灰资源的综合利用。于是在一些工业发达国家里，粉煤灰的综合利用逐渐形成了一个新兴产业。
目前，国内外粉煤灰综合利用途径归纳起来主要有以下7种：
1．粉煤灰加气混凝土。粉煤灰加气混凝土是新型、轻质保温节能的墙体材料。主要原料为粉煤灰，占70％左右，其它为石灰、水泥、石膏、发气剂等，将这些原料经过加工配料、搅拌、浇注、发气稠化、切割、蒸压养护等工序制成。可用作屋面保温、维护墙、隔断墙，亦可做最高楼层为五层的承重墙，特别适用于高层建筑填充墙、寒冷地区的外墙和地震区使用，可减轻墙重，增加使用面积[3-5]。
2．粉煤灰混凝土空心砌块。近年来，粉煤灰混凝土空心砌块发展较快，其主要原料为粉煤灰、集料、水泥等，原料经计量配料、搅拌、成型、养护等工序制成。在普通混凝土砌块和轻集料混凝土砌块中，也可掺入粉煤灰，但作为掺合料加入。而在粉煤灰混凝土砌块中，粉煤灰既是掺合料又是细集料，掺量较高[6-7]。
3．水泥粉煤灰膨胀珍珠岩混凝土保温砌块。其工艺流程基本上与粉煤灰混凝土空心砌块相似。珍珠岩砌块具有重量轻、保温性能好，且有一定的强度等特点，影响密度与强度的因素有：珍珠岩的掺量，粉煤灰与水泥的比例以及工艺流程的控制。还可加入适量的外加剂，以提高砌块强度[8]。
4．粉煤灰混凝土路面砖。粉煤灰混凝土路面砖以水泥和粉煤灰为混合胶结料再配以粗骨料等，原料经计量搅拌、成型、养护制成，变更成型的模具可制成方砖、连锁路面砖、仿古砖，绿化种草砖、路沿块及其它形状的路面砖等。成型采用分层面料，即粉煤灰混凝土料和彩色料，还可制成各种彩色的路面砖。粉煤灰混凝土路面砖不但具有普通混凝土路面砖的优点和用途，而且重量轻、导热系数小，长期性能更好。用于车行道、人行道、园林道路、广场、亭院、仿古建筑道路、停车场、护坡和绿化等[9-10]。
5．粉煤灰砖。以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和骨料，经坯料制备，压制成型，高压或常压蒸汽养护而成的粉煤灰砖。以粉煤灰为主，采用水泥为主要胶结料，经坯料制备、压制成型，常压蒸注养护或自然养护而制成的粉煤灰砖。利用85％-90％的粉煤灰与部分添加剂为主要原料，经搅拌半硬塑挤出或半干压法成型砖坯，经燃烧而成的无粘土烧结粉煤灰砖。这种砖打破了国内外烧结砖中最多掺60%粉煤灰的界限[11-12]。
6．粉煤灰陶粒及混凝土制品。陶粒是一种人造轻集料。粉煤灰陶粒以粉煤灰为主要原料，经加工成球，烧结或烧胀而成的称为粉煤灰陶粒；经常温或蒸汽养护而成的称非烧结粉煤灰轻集料。粉煤灰陶粒可用于大型外墙板和混凝土砌块等新型墙体材料[13-15]。
7．粉煤灰混凝土轻质隔墙板。主要是在轻度墙板的基础上，配料时加入部分粉煤灰生产轻度隔墙板，或用水泥粉煤灰泡沫混凝土生产轻度墙板[16-18]。
此外，粉煤灰还可用于合成肥料，用作废水，废气的絮凝剂等用途。
三、国内粉煤灰综合利用状况及存在的问题
我国有丰富的煤炭资源，近些年电力工业的发展，也仍然以燃煤火力发电为主。2000年粉煤灰排放量达到1.6亿吨。对我们这个水资源缺乏，可耕地人均占有率很低的国家来说，如何做好粉煤灰的利用和处置确实是一个十分重要的问题。
我国的粉煤灰利用工作历经半个世纪，从开始至今大致经历了三个时期：（1）初始阶段，从50年代开始，以建材制品和混凝土利用为主的科学实验和建立一批建材制品示范厂为其标志。（2）发展时期，从60年代后期开始，以生产建材制品为主，这一时期的标志是建材的利用量占利用总量的80%，而建材利用又以蒸汽制品为主。（3）调整时期，80年代开始，以粉煤灰大量增长，利用途径的多样化和建材利用比例的相对降低为其标志[19]。
尽管我国的粉煤灰绝对利用率并不低，而且随着相关科学技术的发展与突破和强制性政策的出台，粉煤灰利用途径也日益增多；但是和发达国家相比，我国粉煤灰资源开发和综合利用的“质”还是与欧美的发达国家存在不小差距，所以我国的粉煤灰形势依然严峻，任重而道远。存在的主要问题如下[20-22]：