钢渣粗骨料混凝土的耐久性能影响

朱磊磊

（新疆交通建设管理局项目执行一处，新疆 乌鲁木齐 830049）

引言

随着我国交通基础设施建设的快速发展，水泥、天然骨料等建筑材料的使用量急剧增加[1-2]。钢渣作为一种工业固体废物，其抗破碎、耐冻融等能力类似于天然骨料，且水硬活性良好，利用钢渣替代天然骨料制备混凝土，将带来显著的社会、经济及环保效益[3-4]。

近年来，国内学者在钢渣混凝土方面开展了不少研究，王辉等[5]将钢渣微珠替代天然砂，研究了不同钢渣微珠取代率对C30、C50 混凝土强度的影响规律；朱治国和李文凯[6]通过钢渣按照一定的比例等质量替代粗集料进行混凝土配合比设计，研究了钢渣混凝土与普通混凝土在工作性、力学性能等方面的差异，并对不同钢渣掺配比例时混凝土相关性能的改善效果进行评价；郑永超等[7]通过采用钢渣粉替代矿粉制备混凝土，分别对钢渣粉混凝土的力学性能与耐久性能进行了对比分析。

1 原材料

选用P·O 42.5 级普通硅酸盐水泥，各项指标见表1。粗骨料选用粒径为5 ～20 mm 的连续级配碎石，压碎值为7.8%；细骨料选用细度模数为2.72 的河砂；选用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。减水剂选用聚羧酸高效减水剂，减水率为19.5%。

表1 水泥基本参数

表2 钢渣主要化学成分

2 钢渣粗骨料混凝土配合比设计

钢渣粗骨料混凝土的配合比设计以C30 强度混凝土为基准，其中水灰比为0.52，钢渣粗骨料替代率分别为0%、25%、50%和75%，减水剂掺量为1%，配合比设计见表3。

表3 钢渣粗骨料混凝土的配合比设计

3 试验结果与分析

3.1 抗氯离渗透性能

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082—2009）中相关规范要求执行，抗氯离子渗透试验试件尺寸为10 cm×10 cm×5 cm，采用SDL 混凝土电通量测定仪分别测定试件28 d 和90 d 的抗氯离子渗透性能。通过对不同钢渣粗骨料替代率的混凝土试件进行抗氯离渗透性能测试，得到28 d、90 d 龄期混凝土试件的电通量试验结果见图1。

图1 不同钢渣掺量电通量变化曲线

根据图1 可知，随着钢渣替代率的增大，龄期为28 d 和90 d 的混凝土试件电通量均呈不断减小的趋势变化，且减幅较为显著，说明钢渣的掺入对混凝土抗氯离子渗透性能影响较大。当钢渣替代率由0%增至50%时，混凝土试件的电通量减小幅度较大，最大降幅达30%左右，而钢渣替代率超过50%后，混凝土试件的电通量减小幅度开始逐渐变小。随着电通量的减小，混凝土试件渗透等级也随之下降，从而可提升其抗氯离子渗透性能。由此可知，钢渣替代率选择50%对于提升混凝土的抗氯离子性能效果更好。

3.2 干燥收缩性能

钢渣粗骨料混凝土的干燥收缩性能试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082—2009）标准执行，干燥收缩试验试件尺寸为10 cm×10 cm×51.5 cm，采用卧式混凝土收缩仪分别测定试件1 ～180 d 龄期的收缩值。通过对不同钢渣粗骨料替代率的混凝土试件进行干燥收缩性能测试，得到不同龄期混凝土试件的收缩率变化规律见图2。

图2 不同钢渣替代率收缩率变化曲线

由图2 可知，随着龄期的增长，不同钢渣替代率的混凝土收缩率均呈现增大变化；随着钢渣替代率的增加，不同龄期混凝土的收缩率均呈现先减小后增大的变化，其中当钢渣替代率为0 时，不同龄期混凝土的收缩率均表现最大，而掺入钢渣后混凝土收缩率均有所减小，说明钢渣的掺入可以有效抑制混凝土的干燥收缩；当钢渣替代率由25%增至50%时，混凝土的收缩率出现明显地减小，而钢渣替代率达到50%以后，混凝土的收缩率又逐渐开始增大，说明钢渣替代率过大在一定程度上会诱发混凝土的收缩率增大，不利于混凝土的干燥收缩性能，因此，采用50%的钢渣替代天然粗骨料能有效改善混凝土的干燥收缩性能。

3.3 抗侵蚀性能

参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082—2009）中要求，抗侵蚀试验试件尺寸取10 cm×10 cm×10 cm，采用专用混凝土硫酸盐设备进行干湿循环，每次循环次数为40 次，循环试件不超过24 h。通过对不同钢渣替代率的混凝土试件进行抗硫酸盐侵蚀性能测试，得到干湿循环40 次和80 次混凝土试件的抗蚀系数结果见图3。

图3 不同钢渣替代率抗蚀系数变化曲线

根据图3 可知，随着干湿循环次数的增加，不同钢渣替代率混凝土的抗蚀系数均不断降低，说明增加干湿循环次数会导致混凝土抗侵蚀性能下降。混凝土的抗蚀系数随着钢渣替代率的增加而不断减小，经40 次干湿循环后，钢渣替代率为25%、50%及75%的混凝土抗蚀系数分别下降了8.3%、21.6%和36.5%。经80 次干湿循环后，钢渣替代率为25%、50%及75%的混凝土抗蚀系数分别下降了15.4%、33.2%和46.9%，说明钢渣替代率的增大会降低混凝土的抗蚀系数，且干湿循环次数越大，减小幅度越明显。因此，为保证混凝土的抗侵蚀性能，钢渣替代碎石的比例不宜过大。

4 结语

（1）钢渣的掺入可降低混凝土的电通量，钢渣替代率超过50%后，混凝土试件的电通量减小幅度开始逐渐变小，说明钢渣替代率50%对于提升混凝土的抗氯离子性能效果更好。（2）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。（3）钢渣替代率增大会降低混凝土的抗蚀系数，且干湿循环次数越大，减小幅度越明显，说明过量掺入钢渣会降低混凝土的抗侵蚀性能。