鋼渣粗骨料混凝土力學及干燥收縮性能影響

喬從偉

（河北瑞志交通技術咨詢有限公司，河北 石家莊 050091）

引言

隨著我國路橋、建筑工程的大規模發展，混凝土天然骨料及水泥的用量急劇上升［1-2］。鋼渣作為工業廢渣，其化學成分與水泥基本相似，且活性較好，在滿足穩定性要求的前提下，若能采用鋼渣替代天然骨料用于制備混凝土，不僅能解決鋼鐵公司的經濟壓力，還能保護生態環境［3-4］。

目前，國內外學者在鋼渣對混凝土性能影響方面進行了大量研究，袁晶晶和康洪震［5］研究了將鋼渣替代碎石及石粉替代水泥按不同摻量配制混凝土，對C30 混凝土進行力學性能試驗。鄭永超等［6］采用鋼渣粉取代礦粉制備混凝土，并針對混凝土力學性能及耐久性能的變化規律進行了研究。韓均［7］發現鋼渣對混凝土抗壓強度和抗碳化性能的負面影響在低水膠比時較弱，在高W/B 時，鋼渣有加速混凝土早期干縮發展的趨勢，但對混凝土90 d 的極限收縮影響不大。

1 原材料

1.1 水泥

采用P·O 42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥各項指標見表1。

表1 水泥基本參數

1.2 粗骨料

采用粒徑為5～20 mm 的連續級配碎石，壓碎值為7.8%。細骨料采用細度模數為2.7 的河砂。減水劑采用減水率為19.2%的聚羧酸高效減水劑。

1.3 鋼渣

采用5～20 mm 連續級配鋼渣，穩定性滿足試驗要求，壓碎值為11.8%，主要化學成分見表2。

表2 鋼渣主要化學成分/%

2 試驗方案及配合比設計

2.1 試驗方案

鋼渣粗骨料混凝土的抗壓強度試驗、劈裂抗拉強度均采用尺寸為10 cm×10 cm×10 cm 試件，參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2002）相關標準執行，分別測定試件7～120 d齡期的抗壓強度和劈裂抗拉強度。干燥收縮試驗試件尺寸取100 mm×100 mm×515 mm，采用臥式混凝土收縮儀分別測定試件1～360 d 齡期的收縮值。

2.2 配合比設計

以C30 強度等級混凝土為設計標準，水灰比為0.5，減水劑摻量為1%，分別采用0%、25%、50%和75%的鋼渣等質量替代碎石粗骨料試驗，配合比設計見表3。

表3 鋼渣粗骨料混凝土配合比設計

3 試驗結果與分析

3.1 抗壓強度

制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件，并對比分析不同齡期混凝土試件的抗壓強度變化規律，結果見圖1。

圖1 不同鋼渣取代率抗壓強度變化曲線

根據圖1 可知，隨著鋼渣粗骨料取代率的增大，不同齡期混凝土試件的抗壓強度均呈現先增大后減小的趨勢，說明鋼渣摻入后對混凝土的抗壓強度產生影響。齡期7 d 增至28 d 時，不同鋼渣取代率的混凝土試件抗壓強度基本保持不變。齡期由28 d 增至60 d 時，不同鋼渣取代率的混凝土試件抗壓強度增幅均較大。但齡期超過60 d 后，鋼渣取代率為50%的混凝土試件抗壓強度出現明顯增長，增幅最大可達22%，而其他試件的抗壓強度增幅則逐漸趨于穩定，說明鋼渣粗骨料取代率50%可有效增強混凝土的抗壓強度。

3.2 劈裂抗拉強度

制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件，并針對不同齡期混凝土試件的劈裂抗拉強度進行對比分析，結果見圖2。

圖2 不同鋼渣取代率劈裂抗拉強度變化曲線

根據圖2 可知，隨著鋼渣取代率的增大，不同齡期混凝土試件的劈裂抗拉強度均呈現先增大后減小的趨勢，且增大趨勢較為明顯，說明鋼渣的摻入對混凝土的劈裂抗拉強度影響較大。齡期＜60 d 時，不同鋼渣取代率的混凝土試件劈裂抗拉強度增幅基本相似。而齡期超過60 d 后，摻入25%和75%鋼渣的混凝土試件劈裂抗拉強度增幅均有所下降，甚至要低于未摻鋼渣的試件強度。但摻入50%鋼渣的混凝土試件劈裂抗拉強度增幅較大，試件劈裂抗拉強度要優于其他試件，說明混凝土試件選擇摻入50%鋼渣對于提升其劈裂抗拉強度效果更優。

3.3 干燥收縮性能

制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件，并對比分析不同齡期混凝土試件的收縮率變化規律，結果見圖3。

圖3 不同鋼渣取代率收縮率變化曲線

根據圖3 可知，不同鋼渣取代率的混凝土收縮率均隨著齡期的增長而不斷增大，其中未摻鋼渣的混凝土收縮率最大，而摻入鋼渣的混凝土收縮率明顯較小，說明鋼渣的摻入可以有效抑制混凝土的干燥收縮。隨著鋼渣取代率的增加，混凝土的收縮率先減小后增大，當鋼渣取代率由25%增至50%時，混凝土的收縮率呈減小趨勢。而鋼渣取代率超過50%后，混凝土的收縮率逐漸開始增大，說明摻入過量的鋼渣會導致混凝土的收縮率增大，不利于混凝土的干燥收縮性能。由此可知，采用50%的鋼渣替代碎石能有效提升混凝土的干燥收縮性。

4 結語

（1）鋼渣粗骨料混凝土的抗壓強度隨著齡期的增加逐漸增大；隨著鋼渣粗骨料取代率的增大，混凝土的抗壓強度呈現先增后減變化，25%鋼渣等量替代碎石的混凝土早期抗壓強度最優，50%鋼渣粗骨料混凝土后期抗壓強度最佳。（2）隨著齡期的增加，鋼渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉強度逐漸增大；混凝土的劈裂抗拉強度隨著鋼渣粗骨料取代率的增大呈現先增大后減小變化，50%鋼渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉強度最佳。（3）隨著鋼渣粗骨料取代率的增大，混凝土的收縮率呈現先減小后增大變化。摻入過量的鋼渣會導致混凝土的收縮率增大，不利于混凝土的干燥收縮性，而采用50%的鋼渣替代碎石能有效改善混凝土的干燥收縮性。