掺入电弧炉渣和不合格粉煤灰的 UHPC 基体的抗压强度与环境评估

《Scientific Reports》：Compressive strength and environmental assessment of UHPC matrices incorporating electric arc furnace slag and off specification fly ash

　　

摘要

超高性能混凝土（UHPC）具有卓越的力学性能，但通常依赖大量的波特兰水泥和高加工度粉末，从而增加了其环境负担。本研究探讨了利用细电炉渣（EAFS）和高烧失量超规格粉煤灰（OSFA）生产高强度UHPC的可行性。原材料通过X射线荧光、X射线衍射、扫描电子显微镜和颗粒尺寸分析进行了表征。正交中心复合设计与改良Andreasen和Andersen堆积模型相结合，配制了18种配合比。波特兰水泥含量、水胶比和聚羧酸盐型高效减水剂掺量进行了变化，而EAFS、OSFA和石英微砂则通过颗粒堆积和体积闭合进行调整。新拌性能通过扩展流动度进行评估，并在常规养护条件下测量了1天、7天和28天的抗压强度。扩展流动度范围为199.2至273.0毫米，28天抗压强度在130.4至150.1 MPa之间变化。水胶比主要控制流动性，而水泥富集配合比与外加剂掺量的耦合作用则控制了强度发展。表现最佳的实验配合比含650 kg/m3波特兰水泥（PC）、262.8 kg/m3 EAFS和61.5 kg/m3 OSFA，水胶比为0.170，实现了最高28天抗压强度150.1 MPa，同时保持273毫米的扩展流动度。本研究关注的是无筋UHPC基体，因此硬化状态评估仅限于抗压强度，不应被解读为对纤维增强UHPC的拉伸、弯曲、开裂后或结构性能的全面评估。此外，在采用的从摇篮到大门系统边界、截断分配方法和区域运输假设下，生命周期评估表明，与传统UHPC相比，在评估的十个影响类别中环境负担降低了约5.4%至19.3%，其中全球变暖潜势降低了19.3%。总体而言，结果表明，通过统计设计与堆积模型相结合的方法，可将EAFS和高烧失量OSFA掺入致密、高抗压强度的UHPC基体中；但在确认其更广泛的结构性能之前，仍需进行拉伸、弯曲、耐久性和微观结构表征。