钢渣粗骨料混凝土力学及干燥收缩性能影响

乔从伟

（河北瑞志交通技术咨询有限公司，河北 石家庄 050091）

引言

随着我国路桥、建筑工程的大规模发展，混凝土天然骨料及水泥的用量急剧上升［1-2］。钢渣作为工业废渣，其化学成分与水泥基本相似，且活性较好，在满足稳定性要求的前提下，若能采用钢渣替代天然骨料用于制备混凝土，不仅能解决钢铁公司的经济压力，还能保护生态环境［3-4］。

目前，国内外学者在钢渣对混凝土性能影响方面进行了大量研究，袁晶晶和康洪震［5］研究了将钢渣替代碎石及石粉替代水泥按不同掺量配制混凝土，对C30 混凝土进行力学性能试验。郑永超等［6］采用钢渣粉取代矿粉制备混凝土，并针对混凝土力学性能及耐久性能的变化规律进行了研究。韩均［7］发现钢渣对混凝土抗压强度和抗碳化性能的负面影响在低水胶比时较弱，在高W/B 时，钢渣有加速混凝土早期干缩发展的趋势，但对混凝土90 d 的极限收缩影响不大。

1 原材料

1.1 水泥

采用P·O 42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥各项指标见表1。

表1 水泥基本参数

1.2 粗骨料

采用粒径为5～20 mm 的连续级配碎石，压碎值为7.8%。细骨料采用细度模数为2.7 的河砂。减水剂采用减水率为19.2%的聚羧酸高效减水剂。

1.3 钢渣

采用5～20 mm 连续级配钢渣，稳定性满足试验要求，压碎值为11.8%，主要化学成分见表2。

表2 钢渣主要化学成分/%

2 试验方案及配合比设计

2.1 试验方案

钢渣粗骨料混凝土的抗压强度试验、劈裂抗拉强度均采用尺寸为10 cm×10 cm×10 cm 试件，参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）相关标准执行，分别测定试件7～120 d龄期的抗压强度和劈裂抗拉强度。干燥收缩试验试件尺寸取100 mm×100 mm×515 mm，采用卧式混凝土收缩仪分别测定试件1～360 d 龄期的收缩值。

2.2 配合比设计

以C30 强度等级混凝土为设计标准，水灰比为0.5，减水剂掺量为1%，分别采用0%、25%、50%和75%的钢渣等质量替代碎石粗骨料试验，配合比设计见表3。

表3 钢渣粗骨料混凝土配合比设计

3 试验结果与分析

3.1 抗压强度

制备不同钢渣粗骨料取代率的混凝土试件，并对比分析不同龄期混凝土试件的抗压强度变化规律，结果见图1。

图1 不同钢渣取代率抗压强度变化曲线

根据图1 可知，随着钢渣粗骨料取代率的增大，不同龄期混凝土试件的抗压强度均呈现先增大后减小的趋势，说明钢渣掺入后对混凝土的抗压强度产生影响。龄期7 d 增至28 d 时，不同钢渣取代率的混凝土试件抗压强度基本保持不变。龄期由28 d 增至60 d 时，不同钢渣取代率的混凝土试件抗压强度增幅均较大。但龄期超过60 d 后，钢渣取代率为50%的混凝土试件抗压强度出现明显增长，增幅最大可达22%，而其他试件的抗压强度增幅则逐渐趋于稳定，说明钢渣粗骨料取代率50%可有效增强混凝土的抗压强度。

3.2 劈裂抗拉强度

制备不同钢渣粗骨料取代率的混凝土试件，并针对不同龄期混凝土试件的劈裂抗拉强度进行对比分析，结果见图2。

图2 不同钢渣取代率劈裂抗拉强度变化曲线

根据图2 可知，随着钢渣取代率的增大，不同龄期混凝土试件的劈裂抗拉强度均呈现先增大后减小的趋势，且增大趋势较为明显，说明钢渣的掺入对混凝土的劈裂抗拉强度影响较大。龄期＜60 d 时，不同钢渣取代率的混凝土试件劈裂抗拉强度增幅基本相似。而龄期超过60 d 后，掺入25%和75%钢渣的混凝土试件劈裂抗拉强度增幅均有所下降，甚至要低于未掺钢渣的试件强度。但掺入50%钢渣的混凝土试件劈裂抗拉强度增幅较大，试件劈裂抗拉强度要优于其他试件，说明混凝土试件选择掺入50%钢渣对于提升其劈裂抗拉强度效果更优。

3.3 干燥收缩性能

制备不同钢渣粗骨料取代率的混凝土试件，并对比分析不同龄期混凝土试件的收缩率变化规律，结果见图3。

图3 不同钢渣取代率收缩率变化曲线

根据图3 可知，不同钢渣取代率的混凝土收缩率均随着龄期的增长而不断增大，其中未掺钢渣的混凝土收缩率最大，而掺入钢渣的混凝土收缩率明显较小，说明钢渣的掺入可以有效抑制混凝土的干燥收缩。随着钢渣取代率的增加，混凝土的收缩率先减小后增大，当钢渣取代率由25%增至50%时，混凝土的收缩率呈减小趋势。而钢渣取代率超过50%后，混凝土的收缩率逐渐开始增大，说明掺入过量的钢渣会导致混凝土的收缩率增大，不利于混凝土的干燥收缩性能。由此可知，采用50%的钢渣替代碎石能有效提升混凝土的干燥收缩性。

4 结语

（1）钢渣粗骨料混凝土的抗压强度随着龄期的增加逐渐增大；随着钢渣粗骨料取代率的增大，混凝土的抗压强度呈现先增后减变化，25%钢渣等量替代碎石的混凝土早期抗压强度最优，50%钢渣粗骨料混凝土后期抗压强度最佳。（2）随着龄期的增加，钢渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉强度逐渐增大；混凝土的劈裂抗拉强度随着钢渣粗骨料取代率的增大呈现先增大后减小变化，50%钢渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉强度最佳。（3）随着钢渣粗骨料取代率的增大，混凝土的收缩率呈现先减小后增大变化。掺入过量的钢渣会导致混凝土的收缩率增大，不利于混凝土的干燥收缩性，而采用50%的钢渣替代碎石能有效改善混凝土的干燥收缩性。