钢渣粉对混凝土性能的影响

王戎

钢渣粉对混凝土性能的影响

王戎

成都航空职业技术学院 建筑工程学院, 四川 成都 610061

将钢渣粉加入混凝土取代部分胶凝材料可以提高工业固体废弃物利用，有效保护环境。基于此，利用室内试样方法制备了不同钢渣微粉掺量的混凝土试件，测试了干缩率、渗水高度、单轴抗压强度、抗折强度和抗拉强度随钢渣微粉掺量的变化规律。研究结果表明：1）混凝土的干缩率随着钢渣粉替换率的增大而减小；2）钢渣粉的加入可以有效提高混凝土的抗渗性能，尤其是其替换量在小于30%时；3）钢渣微粉掺量大于30%时，混凝土的抗压强度、抗拉强度和抗折强度出现显著降低，建议钢渣微粉掺量不超过30%。

钢渣粉; 混凝土; 力学特性

随着我国工业的快速发展，以钢渣、矿渣和粉煤灰为代表的工业固体废弃物不可避免的快速增长[1]。截至目前，我国钢铁年产量已10亿t，超过全球总产量的50%[2]。而工业固体废弃物综合利用率超过60%，但仍有超过30%的工业固体废弃物被处置、贮存和倾倒[3]。我国的工业固体废弃物综合利用率呈现出逐年递增的良好趋势，但仍有很大的提高空间[4]。混凝土具有高强度、长寿命、高承载能力等特点已经成为土木工程中普遍使用的材料[5]，在建筑[6]、道路[7]等领域中得到了广泛应用。我国目前每年混凝土生产量超过20亿m3，将工业固体废弃物加入混凝土中取代部分胶凝材料，可以提高固体废弃物的综合利用率，有效保护环境，已成为热点的研究课题[8]。

在钢渣混凝土的使用性能方面，大量学者开展了大量的研究工作。张忠哲等[9]研究了不同养护方式和养护类型条件下，钢渣混凝土抗压强度随养护时间的变化规律；申春梅等[10]研究了不同钢渣掺量条件下，钢渣混凝土的轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度；吴福飞等[11]研究了锂渣和钢渣的总掺量为35~75%条件下混凝土28 d和84 d抗氯离子渗透能力，并分析了不同加载条件下氯离子渗透系数的变化规律；韩艳丽等[12]利用钢渣替代部分水泥，并分析了钢渣混凝土的前期和后期抗折、抗压强度的发展变化规律。在上述研究的基础上，本文利用室内试样方法制备不同钢渣微粉掺量的混凝土试件，测试干缩率、渗水高度、单轴抗压强度、抗折强度和抗拉强度随钢渣微粉掺量的变化规律。

1 试验材料

试验材料主要包括水泥、钢渣粉、碎石、河砂和水。其中，水泥采用安阳海工水泥厂生产的P·O 42.5，经检验满足《通用硅酸盐水泥》标准要求；钢渣粉采用安阳锦冶钢渣微粉，其基本参数如表1所示；粗骨料、细骨料和搅拌水均满足《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。

为了研究钢渣微粉掺量对混凝土使用性能的影响规律，制备了不同钢渣微粉掺量的混凝土试件，其配比如表2所示，其中钢制微粉掺量分别为0%、10%、20%、30%、40%和50%；水灰比为0.4。试件制备完成后分别依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试了不同钢渣微粉掺量下的干缩率、渗水高度、单轴抗压强度、抗折强度和抗拉强度。

表 1 钢渣微粉的基本参数

表 2 混凝土试件配比

2 试验结果分析

2.1 干缩率

不同钢渣粉替换率下混凝土的干缩率变化曲线如图1所示。当钢渣粉替换率分别为0%、10%、20%、30%、40%和50%时，钢渣混凝土的干缩率则分别为0.96、0.8、0.65、0.5、0.45和0.42。这说明，随着钢渣粉替换率的增大，混凝土的干缩率逐渐减小；当钢渣替换率超过30%后，混凝土的干缩率减小开始变得不是十分明显。这主要是因为钢渣粉的细度较小，能够在混凝土中起到很好的填充作用，使得混凝土的结构变得更加密实，其干缩率变小；但过量掺入则会使水泥量过少，水泥水化速率变慢，混凝土结构非均质性增加，此时，它的干缩率变化就不明显。

图 1 不同钢渣粉替换率下混凝土的干缩率变化曲线

2.2 渗水高度

不同钢渣粉替换率下混凝土的渗水高度变化曲线如图2所示。由于钢渣粉的加入有助于提高混凝土的密实度，减小了混凝土的渗水孔隙通道面积，因此，当钢渣粉替换率分别为10%、20%、30%、40%和50%时，钢渣混凝土的渗水高度分别比基准混凝土降低了25 mm、44 mm、54 mm、65 mm和72 mm。可见，钢渣粉的加入可以有效提高混凝土的抗渗性能，尤其是其替换量在小于30%时。

图 2 不同钢渣粉替换率下混凝土的渗水高度变化曲线

2.3 单轴抗压强度

图 3 不同钢渣粉替换率下混凝土的抗压强度变化曲线

图3为不同钢渣粉替换率下混凝土的抗压强度变化曲线。当钢渣粉替换率为0%时，混凝土立方体试件的单轴抗压强度为37.9 MPa；当钢渣粉替换率为10%时，混凝土立方体试件的单轴抗压强度为32.5 MPa；当钢渣粉替换率为20%时，混凝土立方体试件的单轴抗压强度为34.4 MPa；当钢渣粉替换率为30%时，混凝土立方体试件的单轴抗压强度为33.5 MPa；当钢渣粉替换率为40%时，混凝土立方体试件的单轴抗压强度为28.6 MPa；当钢渣粉替换率为50%时，混凝土立方体试件的单轴抗压强度为21.4 MPa。由此可见，钢渣粉替换越多的水泥对混凝土的抗压性能越为不利，原因在于，虽然钢渣粉加入有助于改善混凝土的孔隙结构，在一定程度上可以提高混凝土的抗压性能，但由于其本身不会参与水化反应，在替换相同量水泥的情况下就会使得混凝土本身的胶凝材料数量减小，最终导致混凝土抗压强度降低。由图可知，30%以下的钢渣粉替换水泥量并不会使得钢渣混凝土的抗压强度降低太多，而一旦超过30%，则钢渣混凝土抗压强度降低就十分明显。

2.4 抗折强度

图 4 不同钢渣粉替换率下混凝土的抗折强度变化曲线

图4所示为不同钢渣粉替换率下混凝土的抗折强度变化曲线。可以看出，当钢渣粉替换量为0%时，基准混凝土的抗折强度为4.68 MPa；而当钢渣粉替换率为10%、20%、30%、40%和50%时，钢渣混凝土的抗折强度分别比基准混凝土降低了7.7%、5.1%、10.2%、20.5%和38.5%。这说明钢渣替换相同量的水泥也对混凝土的抗折性能不利，但如钢渣粉替换率较小时，这种不利影响相对较小，而一但钢渣粉替换率超过30%，钢渣混凝土抗折强度降低就十分明显。因此建议实际生产过程中，钢渣的掺量不宜超过30%。

2.5 抗拉强度

不同钢渣粉替换率下混凝土的抗拉强度变化曲线如图5所示。由图可知，当钢渣粉替换率为10%时，钢渣混凝土的抗拉强度比基准混凝土降低了5.2%；当钢渣粉替换率为20%时，钢渣混凝土的抗拉强度比基准混凝土仅降低了3.4%；而当钢渣粉替换率超过30%时，钢渣混凝土的抗拉强度就开始迅速降低，其中，30%钢渣替换率降低了12%、40%钢渣替换率就降低15.9%、50%钢渣替换率则降低超过32%。因此，从混凝土抗拉性能方面考虑，建议钢渣混凝土的钢渣掺量为20%。

图 5 不同钢渣粉替换率下混凝土的抗拉强度变化曲线

3 结论

（1）随着钢渣粉替换率的增大，混凝土的干缩率逐渐减小；当钢渣替换率超过30%后，混凝土的干缩率减小开始变得不是十分明显；

（2）钢渣粉的加入可以有效提高混凝土的抗渗性能，尤其是其替换量在小于30%时；

（3）30%以下的钢渣粉替换水泥量并不会使得钢渣混凝土的抗压强度降低太多，而一旦超过30%，则钢渣混凝土抗压强度降低就十分明显；

（4）钢渣替换相同量的水泥也对混凝土的抗折和抗拉性能不利，但如钢渣粉替换率较小时，这种不利影响相对较小。

[1] 陈瑛,凌江,温雪峰.一般工业固体废物污染防治对策研究[J].环境保护,2016,44(1):31-33

[2] 高洪成,娄成武.“十二五”期间中国钢铁工业发展的战略思考与路径选择[J].中国软科学,2012(6):6-14

[3] 刘大海.工业固体废物现状及环境保护防治措施[J].中国资源综合利用,2017,35(7):55-57

[4] 於林锋,徐兵,王琼,等.钢渣混凝土性能的试验研究及应用前景分析[J].混凝土,2014(1):79-81

[5] 张云发,章青,袁锋华,等.混凝土初始缺陷对其弯曲性能的影响研究[J].混凝土,2015(1):41-44

[6] 张希黔,王军.现代混凝土技术在建筑工程中的创新与应用[J].施工技术,2014,43(1):7-13

[7] 张翼.公路施工中混凝土路面施工技术的应用分析[J].黑龙江交通科技,2014(8):7,9

[8] 中国混凝土与水泥制品协会混凝土材料与工程检测分会.2017年度混凝土检测行业现状与发展趋势报告[J].混凝 土世界,2018(3):16-20

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[10] 申春梅,崔艳艳.钢渣-复掺纳米SiO2混凝土抗拉强度试验研究[J].混凝土,2016(11):24-27

[11] 吴福飞,侍克斌,董双快.不同加载量下锂渣钢渣复合混凝土的渗透特性[J].中国农村水利水电,2014(8):142-145

[12] 韩艳丽,冯勇,晋强,等.不同水泥的钢渣混凝土基本力学性能试验研究[J].水利与建筑工程学报,2014,12(6):98-101

Influence of Steel Slag Powder on Concrete Performance

WANG Rong

610061,

It can improve the utilization of industrial solid waste and effectively protect the environment adding steel slag powder to concrete instead of some cementitious materials. Based on this, concrete specimens with different contents of steel slag micro-powder were prepared by using laboratory sample method. The variation rules of dry shrinkage rate, seepage height, uniaxial compressive strength, flexural strength and tensile strength with the content of steel slag micro-powder were tested. The results showed that: 1) The dry shrinkage of concrete decreased with the increase of steel slag powder replacement rate. 2) The addition of steel slag powder could effectively improve the impermeability of concrete, especially when the replacement amount was less than 30%. 3) When the content of steel slag powder was more than 30%, the compressive strength, tensile strength and flexural strength of concrete were significantly reduced, and it was recommended that the content of steel slag powder should not exceed 30%.

Steel slag powder; concrete; mechanical properties

TU528.01

A

1000-2324(2019)02-0221-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.02.009

2018-03-26

2018-05-07

王戎(1970-),女,本科,副教授,主要研究方向为绿色建筑技术. E-mail:wangr0202@163.com