鋼渣粗骨料混凝土的耐久性能影響

朱磊磊

（新疆交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行一處，新疆 烏魯木齊 830049）

引言

隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)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(yè)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(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益[3-4]。

近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)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(duì)C30、C50 混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律；朱治國(guó)和李文凱[6]通過鋼渣按照一定的比例等質(zhì)量替代粗集料進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，研究了鋼渣混凝土與普通混凝土在工作性、力學(xué)性能等方面的差異，并對(duì)不同鋼渣摻配比例時(shí)混凝土相關(guān)性能的改善效果進(jìn)行評(píng)價(jià)；鄭永超等[7]通過采用鋼渣粉替代礦粉制備混凝土，分別對(duì)鋼渣粉混凝土的力學(xué)性能與耐久性能進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 原材料

選用P·O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)指標(biāo)見表1。粗骨料選用粒徑為5 ～20 mm 的連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎值為7.8%；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為2.72 的河砂；選用5～20 mm連續(xù)級(jí)配鋼渣，穩(wěn)定性滿足試驗(yàn)要求，壓碎值為11.8%，主要化學(xué)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(shù)

表2 鋼渣主要化學(xué)成分

2 鋼渣粗骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

鋼渣粗骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)以C30 強(qiáng)度混凝土為基準(zhǔn)，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(shè)計(jì)見表3。

表3 鋼渣粗骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 抗氯離滲透性能

按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082—2009）中相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行，抗氯離子滲透試驗(yàn)試件尺寸為10 cm×10 cm×5 cm，采用SDL 混凝土電通量測(cè)定儀分別測(cè)定試件28 d 和90 d 的抗氯離子滲透性能。通過對(duì)不同鋼渣粗骨料替代率的混凝土試件進(jìn)行抗氯離滲透性能測(cè)試，得到28 d、90 d 齡期混凝土試件的電通量試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同鋼渣摻量電通量變化曲線

根據(jù)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(shì)變化，且減幅較為顯著，說明鋼渣的摻入對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能影響較大。當(dāng)鋼渣替代率由0%增至50%時(shí)，混凝土試件的電通量減小幅度較大，最大降幅達(dá)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(jí)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(duì)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(yàn)按《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082—2009）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，干燥收縮試驗(yàn)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(cè)定試件1 ～180 d 齡期的收縮值。通過對(duì)不同鋼渣粗骨料替代率的混凝土試件進(jìn)行干燥收縮性能測(cè)試，得到不同齡期混凝土試件的收縮率變化規(guī)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(zhǎng)，不同鋼渣替代率的混凝土收縮率均呈現(xiàn)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(xiàn)先減小后增大的變化，其中當(dāng)鋼渣替代率為0 時(shí)，不同齡期混凝土的收縮率均表現(xiàn)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(dāng)鋼渣替代率由25%增至50%時(shí)，混凝土的收縮率出現(xiàn)明顯地減小，而鋼渣替代率達(dá)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(huì)誘發(fā)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(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082—2009）中要求，抗侵蝕試驗(yàn)試件尺寸取10 cm×10 cm×10 cm，采用專用混凝土硫酸鹽設(shè)備進(jìn)行干濕循環(huán)，每次循環(huán)次數(shù)為40 次，循環(huán)試件不超過24 h。通過對(duì)不同鋼渣替代率的混凝土試件進(jìn)行抗硫酸鹽侵蝕性能測(cè)試，得到干濕循環(huán)40 次和80 次混凝土試件的抗蝕系數(shù)結(jié)果見圖3。

圖3 不同鋼渣替代率抗蝕系數(shù)變化曲線

根據(jù)圖3 可知，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，不同鋼渣替代率混凝土的抗蝕系數(shù)均不斷降低，說明增加干濕循環(huán)次數(shù)會(huì)導(dǎo)致混凝土抗侵蝕性能下降。混凝土的抗蝕系數(shù)隨著鋼渣替代率的增加而不斷減小，經(jīng)40 次干濕循環(huán)后，鋼渣替代率為25%、50%及75%的混凝土抗蝕系數(shù)分別下降了8.3%、21.6%和36.5%。經(jīng)80 次干濕循環(huán)后，鋼渣替代率為25%、50%及75%的混凝土抗蝕系數(shù)分別下降了15.4%、33.2%和46.9%，說明鋼渣替代率的增大會(huì)降低混凝土的抗蝕系數(shù)，且干濕循環(huán)次數(shù)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(jié)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(duì)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(huì)導(dǎo)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(huì)降低混凝土的抗蝕系數(shù)，且干濕循環(huán)次數(shù)越大，減小幅度越明顯，說明過量摻入鋼渣會(huì)降低混凝土的抗侵蝕性能。