鋼渣粗骨料混凝土的耐久性能影響

朱磊磊

（新疆交通建設管理局項目執行一處，新疆 烏魯木齊 830049）

引言

隨著我國交通基礎設施建設的快速發展，水泥、天然骨料等建筑材料的使用量急劇增加[1-2]。鋼渣作為一種工業固體廢物，其抗破碎、耐凍融等能力類似于天然骨料，且水硬活性良好，利用鋼渣替代天然骨料制備混凝土，將帶來顯著的社會、經濟及環保效益[3-4]。

近年來，國內學者在鋼渣混凝土方面開展了不少研究，王輝等[5]將鋼渣微珠替代天然砂，研究了不同鋼渣微珠取代率對C30、C50 混凝土強度的影響規律；朱治國和李文凱[6]通過鋼渣按照一定的比例等質量替代粗集料進行混凝土配合比設計，研究了鋼渣混凝土與普通混凝土在工作性、力學性能等方面的差異，并對不同鋼渣摻配比例時混凝土相關性能的改善效果進行評價；鄭永超等[7]通過采用鋼渣粉替代礦粉制備混凝土，分別對鋼渣粉混凝土的力學性能與耐久性能進行了對比分析。

1 原材料

選用P·O 42.5 級普通硅酸鹽水泥，各項指標見表1。粗骨料選用粒徑為5 ～20 mm 的連續級配碎石，壓碎值為7.8%；細骨料選用細度模數為2.72 的河砂；選用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。減水劑選用聚羧酸高效減水劑，減水率為19.5%。

表1 水泥基本參數

表2 鋼渣主要化學成分

2 鋼渣粗骨料混凝土配合比設計

鋼渣粗骨料混凝土的配合比設計以C30 強度混凝土為基準，其中水灰比為0.52，鋼渣粗骨料替代率分別為0%、25%、50%和75%，減水劑摻量為1%，配合比設計見表3。

表3 鋼渣粗骨料混凝土的配合比設計

3 試驗結果與分析

3.1 抗氯離滲透性能

按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082—2009）中相關規范要求執行，抗氯離子滲透試驗試件尺寸為10 cm×10 cm×5 cm，采用SDL 混凝土電通量測定儀分別測定試件28 d 和90 d 的抗氯離子滲透性能。通過對不同鋼渣粗骨料替代率的混凝土試件進行抗氯離滲透性能測試，得到28 d、90 d 齡期混凝土試件的電通量試驗結果見圖1。

圖1 不同鋼渣摻量電通量變化曲線

根據圖1 可知，隨著鋼渣替代率的增大，齡期為28 d 和90 d 的混凝土試件電通量均呈不斷減小的趨勢變化，且減幅較為顯著，說明鋼渣的摻入對混凝土抗氯離子滲透性能影響較大。當鋼渣替代率由0%增至50%時，混凝土試件的電通量減小幅度較大，最大降幅達30%左右，而鋼渣替代率超過50%后，混凝土試件的電通量減小幅度開始逐漸變小。隨著電通量的減小，混凝土試件滲透等級也隨之下降，從而可提升其抗氯離子滲透性能。由此可知，鋼渣替代率選擇50%對于提升混凝土的抗氯離子性能效果更好。

3.2 干燥收縮性能

鋼渣粗骨料混凝土的干燥收縮性能試驗按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082—2009）標準執行，干燥收縮試驗試件尺寸為10 cm×10 cm×51.5 cm，采用臥式混凝土收縮儀分別測定試件1 ～180 d 齡期的收縮值。通過對不同鋼渣粗骨料替代率的混凝土試件進行干燥收縮性能測試，得到不同齡期混凝土試件的收縮率變化規律見圖2。

圖2 不同鋼渣替代率收縮率變化曲線

由圖2 可知，隨著齡期的增長，不同鋼渣替代率的混凝土收縮率均呈現增大變化；隨著鋼渣替代率的增加，不同齡期混凝土的收縮率均呈現先減小后增大的變化，其中當鋼渣替代率為0 時，不同齡期混凝土的收縮率均表現最大，而摻入鋼渣后混凝土收縮率均有所減小，說明鋼渣的摻入可以有效抑制混凝土的干燥收縮；當鋼渣替代率由25%增至50%時，混凝土的收縮率出現明顯地減小，而鋼渣替代率達到50%以后，混凝土的收縮率又逐漸開始增大，說明鋼渣替代率過大在一定程度上會誘發混凝土的收縮率增大，不利于混凝土的干燥收縮性能，因此，采用50%的鋼渣替代天然粗骨料能有效改善混凝土的干燥收縮性能。

3.3 抗侵蝕性能

參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082—2009）中要求，抗侵蝕試驗試件尺寸取10 cm×10 cm×10 cm，采用專用混凝土硫酸鹽設備進行干濕循環，每次循環次數為40 次，循環試件不超過24 h。通過對不同鋼渣替代率的混凝土試件進行抗硫酸鹽侵蝕性能測試，得到干濕循環40 次和80 次混凝土試件的抗蝕系數結果見圖3。

圖3 不同鋼渣替代率抗蝕系數變化曲線

根據圖3 可知，隨著干濕循環次數的增加，不同鋼渣替代率混凝土的抗蝕系數均不斷降低，說明增加干濕循環次數會導致混凝土抗侵蝕性能下降。混凝土的抗蝕系數隨著鋼渣替代率的增加而不斷減小，經40 次干濕循環后，鋼渣替代率為25%、50%及75%的混凝土抗蝕系數分別下降了8.3%、21.6%和36.5%。經80 次干濕循環后，鋼渣替代率為25%、50%及75%的混凝土抗蝕系數分別下降了15.4%、33.2%和46.9%，說明鋼渣替代率的增大會降低混凝土的抗蝕系數，且干濕循環次數越大，減小幅度越明顯。因此，為保證混凝土的抗侵蝕性能，鋼渣替代碎石的比例不宜過大。

4 結語

（1）鋼渣的摻入可降低混凝土的電通量，鋼渣替代率超過50%后，混凝土試件的電通量減小幅度開始逐漸變小，說明鋼渣替代率50%對于提升混凝土的抗氯離子性能效果更好。（2）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。（3）鋼渣替代率增大會降低混凝土的抗蝕系數，且干濕循環次數越大，減小幅度越明顯，說明過量摻入鋼渣會降低混凝土的抗侵蝕性能。