鋼渣及鋼纖維對自密實混凝土性能的影響

劉智超

摘要：本文通過試驗研究了鋼渣及鋼纖維對自密實混凝土抗壓強度的影響。結果表明：①鋼渣鋼纖維的摻量與自密實混凝土立方體抗壓強度關系密切；②鋼渣摻量對自密實混凝土強度提高不是十分顯著；③鋼纖維摻量在一定范圍內對自密實混凝土可以起到促進作用。

Abstract： The effect of steel slag and steel fiber on the compressive strength of self-compacting concrete was studied through experiment. The results showed that the dosage of steel slag and steel fiber is close with the compressive strength of self-compacting concrete cube； it is not significant that the dosage of steel slag increases the self-compacting concrete strength； the dosage of steel fiber in a certain range can promote the self-compacting concrete.

關鍵詞：鋼渣；鋼纖維；自密實混凝土；摻量；強度

Key words： steel slag；steel fiber；self-compacting concrete；dosage；strength

中圖分類號：TU528.041 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0137-03

0 引言

自密實混凝土（SCC）是一種具有自填充性能的新型便捷混凝土，即使是在密集配筋的條件下也可以依靠自身的重力作用和高流動性能完成灌注工作，使工程達到密實狀態。自密實混凝土因為其具有的優點廣受好評，在我國各個地區已被普及使用。

鋼渣作為鋼鐵工業的衍生物，隨著鋼鐵需求的增大，其排量也逐年提高，為了促進資源的高效利用，鋼渣得到了深入的研究發展。鋼渣具有膠凝性能，用來制備混凝土能夠顯著減少骨料用量，降低CO2的排放，節能環保的同時還能改善混凝土的強度。

鋼纖維是開發較為完善的混凝土增強材料，它能夠改善混凝土的延性、流動性、抗壓強度等力學性能，有效防止混凝土開裂，因此應用發展前景十分廣闊，常被用于房屋建筑、道路橋梁、地下空間等建筑工程。

因為2%到8%摻量的鋼渣及鋼纖維對自密實混凝土的影響研究較少，因此本文結論及數據有著一定的研究價值。

1 自密實混凝土配合比

按照《自密實高性能混凝土設計與施工指南》初步確定了C30強度等級的自密實混凝土配合比，并合理添加聚羧酸高性能減水劑。鋼渣及鋼纖維的摻量分別取2%、5%、8%，減水劑摻量統一選取0.5%（見表1）。本次試驗共設計了七組配合比，每組三個試件，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，各個試件的立方體抗壓強度見表2。

2 試驗結果及分析

2.1 鋼渣對自密實混凝土抗壓強度的影響

鋼渣摻量的不同對自密實混凝土抗壓強度有著不同影響（見表3）。由于鋼渣中的硅酸三鈣、鈣鎂橄欖石等物質有著增加早強的作用，因此在實驗開始時鋼渣對其抗壓強度的增長十分顯著，但后期抗壓強度的增長則趨向緩慢。白敏等[1]研究表明：影響混凝土硬化后的強度的關鍵因素是水泥石和骨料界面位置的粘結強度，而水泥石和骨料界面強度則與水泥石本身的強度以及集料自身狀況（例如表面粗糙程度、棱角的多少等）、水化凝結條件以及混凝土的離析泌水性等因素有關。因為鋼渣的表面粗糙不平，所以摻入鋼渣的自密實混凝土粘結力較大，致使自密實混凝土的抗壓強度得到增強。

實驗數據表明，鋼渣的摻量對自密實混凝土強度有重要影響（見圖1）。剛摻入少量鋼渣時，自密實混凝土抗壓強度有一定提升；然而隨著鋼渣的逐步添加，水泥石的強度有所降低。盡管鋼渣中少量的微小顆粒可填充水泥石中的缺陷、孔隙并能夠提高界面的粘結強度，但是試驗配合比中水灰比較大，使得內部孔隙率增大，降低了自密實混凝土的抗壓強度。[2]

2.2 鋼纖維對自密實混凝土抗壓強度的影響

混凝土的強度包括抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等，抗壓強度與其他強度有著密切的關聯，可以參照抗壓強度估算出其他強度值，且在工程中混凝土主要承受壓力，因此混凝土對的抗壓強度是非常重要的一項性能指標。因此本次試驗按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法》中的規定，對標準養護的各組試塊進行立方體抗壓強度試驗（見表4）。

實驗表明，鋼纖維剛摻入自密實混凝土時，其立方體抗壓性能顯著提高；當鋼纖維摻量在2.0%以上時其強度反而大幅降低；但是隨著鋼纖維的進一步添加，自密實混凝土強度又出現了細微的上升趨勢（見圖2）。

將鋼纖維的摻量從2%提升到8%的過程中，自密實混凝土的抗壓強度從低發展到高，之后又由高發展到低，甚至出現負增長。由此可以看出鋼纖維對自密實混凝土抗壓強度有著雙重影響。因為鋼纖維的摻入對自密實混凝土的橫向膨脹起著抑制作用，因此會使其強度得到提高；但若摻入量過大，就會造成水泥石中的孔隙增大，缺陷增多，迫使自密實混凝土抗壓強度降低。這里體現了鋼纖維的雙重作用，有研究提出兩種相互矛盾作用的綜合效應主要取決于纖維的體積率這一參數，如果摻加體積率過小，鋼纖維不僅不能起到增強作用還會因混凝土界面接觸薄弱產生負效應，當摻加體積率過大時主要由于纖維分布不均或者結團引起混凝土強度降低。[3]

2.3 不同摻和料對自密實混凝土強度的影響

根據上述的實驗結果我們可以得知鋼纖維及鋼渣的加入對于自密實混凝土的強度起著不同的影響，對比兩者在相同摻量下對自密實混凝土強度的作用，并參照不加入摻和料的試塊強度，分析數據繪得表5，圖3。

根據實驗對比數據可以看出在摻量較小時，隨著摻量的增加，鋼渣及鋼纖維都對自密實混凝土的強度起著明顯的增強作用，且兩者對強度的增幅作用基本持平；當摻量大于2%后，鋼渣對自密實混凝土抗壓強度的增加幅度都有所下降，而鋼纖維則使得自密實混凝土抗壓強度呈現略微降低趨勢；當摻量從5%進一步增大至8%時，鋼渣及鋼纖維都使得自密實混凝土抗壓強度下降，其中鋼渣的影響更大。根據圖3的柱狀圖可以得知，鋼渣摻量的增加會使得自密實混凝土的強度逐漸降低，而鋼纖維的影響則呈現波動的起伏，但是二者均存在峰值，由此可以進一步探知，鋼纖維和鋼渣在適當的比例下進行復合雙摻，可能會發揮“疊加效應”，使得該配合比下的自密實混凝土性能優于單摻鋼渣或鋼纖維的性能。

3 結語

本論文將鋼纖維、鋼渣、自密實混凝土三個因素合理地融合在一起，配置了C30強度等級的鋼渣及鋼纖維自密實混凝土。試驗圍繞鋼渣以及鋼纖維的摻量變化重點研究了其變化對自密實混凝土立方體抗壓強度的影響。主要得出了以下結論：①鋼渣鋼纖維的摻量與自密實混凝土立方體抗壓強度關系密切；②鋼渣摻量對自密實混凝土強度提高不是十分顯著，且當摻和量達到2%之后，對自密實混凝土強度一直呈現下降趨勢；③鋼纖維摻量在一定范圍內對自密實混凝土強度可以起到增強作用，影響趨勢波折且不穩定；④鋼渣及鋼纖維的摻入可以提高界面粘結強度，起到早強等作用，能夠將鋼渣、鋼纖維及自密實三個技術融合在一起，提高混凝土的各方面性能，具有良好的應用前景。

參考文獻：

[1]白敏，尚建麗，張松榆，等.鋼渣替代粗集料配制混凝土的試驗研究[J].混凝土，2005（7）：62-70.

[2]施惠生，李東鋒，吳凱，郭曉潞.鋼渣對水泥混凝土性能影響的研究進展[J].水泥技術，2001，5.

[3]牟龍，梁麗濤，巫繁.鋼纖維摻量對混凝土立方體抗壓強度影響的研究[J].四川建材，2014，40（178）：29-31.