关于钢渣和钢纤维对自密实混凝土性能的影响研究

2024-01-30吕芳礼姜雨辰

散装水泥 2023年6期

吕芳礼姜雨辰

（徐州工程学院，江苏徐州 221000）

随着建筑工程建设数量的增加，工程项目的应用安全变得愈加重要。自密实混凝土在建筑工程的应用范围较为广泛，在正式使用时要合理规范材料性能，通过试验总结钢纤维、钢渣与材料性能之间的关系，从而提高自密实混凝土的应用效果。

1 自密实混凝土的基础性能

自密实混凝土属于性能较高的混凝土，简称为SCC，由粗、细骨料、胶结材料与外加剂混合而成，借助合适的配制比例，具有粘聚性佳、流动性高的优势，不会在实际使用时产生泌水、离析问题。实际施工中应用自密实混凝土，无需开展振捣成型工作，可借助混凝土的流动完成缝隙填充工作。自密实混凝土多应用于特殊形状、钢筋密集、浇筑高度大、浇筑深度深、浇筑量大的混凝土工程中。从自密实混凝土的应用状态来看，与普通混凝土相比，无论是性能试验方式、质量控制还是配合比例设计，都存有较大不同。同时，高效减水剂、骨料与矿物掺合料的配制比例会严重影响混凝土的内部性能，需要深入分析矿物掺合料中的硅灰、钢渣与粉煤灰等材料的使用状态，科学完善调配比例，使自密实混凝土的内部性能更佳。

2 钢渣和钢纤维对自密实混凝土性能影响试验过程

2.1 确认原材料

开展自密实混凝土性能检测试验前，要科学确认原材料。试验中的原材料主要包括钢渣、粉煤灰、水泥、钢纤维、粗骨料、细骨料、外加剂等。钢渣采用高粒状钢渣，细度为20.9%；粉煤灰为二级粉煤灰，表观密度在2 300kg/m3，需水量为103%；水泥为PO42.5 类硅酸盐水泥，表观密度在3 150kg/m3左右；钢纤维为端钩类钢纤维，直径与长度分别为0.75mm、35mm；粗骨料粒径在4.75～10mm 之间；2.35mm 的细骨料用水洗河砂；外加剂为高效减水剂，可将减水率控制在30%左右，应用前还要规范稀释减水剂。原材料选择完成后，要了解钢渣、粉煤灰与水泥等材料的化学成分，在明确配制比例的基础上，适时增强各项原材料的使用效果。

2.2 设计配制比例

各项原材料调整配制比例时，要设置试验研究目标，即探索钢纤维、钢渣与自密实混凝土性能的关系。具体来看，要适当挑选2 种钢渣，以不同比例投放到对应的混凝土材料中，掺量分别占据胶凝材料的30%和10%。确认钢渣掺量的过程中，要科学把控掺量范围，不可使自密实混凝土出现离析现象，还要在该类材料中添加适当的钢纤维，并将混合物的水胶比控制在0.37 左右，借助减水剂剂量的科学调整，将坍落度控制在700mm 以上。原材料搅拌时，相关人员要严格遵照搅拌流程，严格控制搅拌时间、搅拌位置，提高试验的科学性。各项原材料比例调配完成后，要科学记录实验数据，科学控制钢渣、钢纤维的具体含量。

2.3 明确试验方式

自密实混凝土性能试验包括2 项测试内容，即力学性能检测与工作性能检测，相关人员应依照混凝土材料的不同性质，为各项检测工作挑选合适的方式。

（1）开展力学性能检测的过程中，要严格遵循混凝土材料力学性能检测方式标准，借助150mm×150mm×150mm 立方体来评估、测试混凝土材料的抗压强度，不同配制比例要与对应的立方体结合，每3 块设置成1 组，将其应用到混凝土28d 抗压强度与7d 抗压强度测试中，检测加载速度为6kN/s。与抗压强度检测相似，要将150mm×150mm×150mm 的立方体应用到抗拉试验中，与抗压强度相比，抗拉试验的加载速度在1.3kN/s 左右，让各个配合比与3个立方体相对应，并提取3 个立方体的平均值当作抗拉强度值，适时缩减试验误差。还要对400mm×100mm×100mm 的棱柱体开展弯曲度试验，其位移加载速率在0.1mm/min 左右，完成试验后，可提取3 个试件的弯曲度，将平均数当作抗折强度。

（2）观察自密实混凝土工作性能时，要合理检测坍落度，了解该类材料的内部性能。例如，正式检测时，要及时记录自密实混凝土材料流动停止期间的坍落扩展值，明确坍落扩展直径，利用该项数据来精准评估自密实混凝土材料的流动状态。当自密实混凝土材料的扩展度为500mm 时，要及时记录该阶段的流动时间，科学规范漏斗流动时间，再将该数据当作评价自密实混凝土粘聚性的依据。自密实混凝土增加钢纤维后，进行坍落度测试时发现，钢纤维的分布较为均匀，且未存有偏析或泌水现象。

3 钢渣和钢纤维对自密实混凝土性能影响试验结果分析

3.1 力学性能检测结果分析

3.1.1 抗压强度

关注抗压强度变化，可得到自密实混凝土性能检测中28d 与7d 的抗压强度，分别为48.4～63.5MPa、35～46.6MPa。若钢纤维掺量不变，7d 抗压强度会随钢渣的增多而下降，将10%、30%的水泥替换为钢渣后，可适时增加28d 的抗压强度。引发抗压强度变化较大的要素：钢渣内的二氧化硅含量要超出水泥材料内的二氧化硅含量，钢渣可适时缩减混凝土基体的孔隙率，提高骨料与浆体间的粘结程度，全面增强混凝土结构的坚硬程度，从而增强自密实混凝土的抗压强度。使用高含量的二氧化硅，不仅能增强自密实混凝土的整体抗压强度，还能适当强化混凝土内部的机械性能，全面提升该类材料的抗弯强度与抗压强度。关注钢渣与自密实混凝土抗压强度的关系时发现，使用该材料后，混凝土抗压强度有所增强，试验中钢渣的比表面积较小，也就是说，随着钢渣比表面积的增加，抗压强度有所增强，即钢渣比表面积与抗压强度的联系较为密切。使用10%、30%的钢纤维后，混凝土的抗压强度有些许改变，即10%的钢纤维混凝土可适时增强混凝土整体抗压强度，而随着钢纤维用量的变化，抗压强度明显下降，30%的钢纤维混凝土可不断缩减混凝土的抗压强度，从试验数据变化过程看出，当钢纤维混凝土用量在16%时，其抗压强度达到最佳状态。

3.1.2 抗折强度与抗拉强度

分析自密实混凝土性能的抗折强度与抗拉强度时发现，混凝土材料28d 的抗折强度、抗拉强度分别为3.3～7.8MPa、4.2～6.4MPa。观察钢渣和钢纤维使用状态时发现，若将10%、30%的水泥替换为钢纤维、钢渣，会极大增强混凝土内部的抗折强度、抗拉强度。提升抗折强度、抗拉强度的主要原因：当混凝土产生裂缝时，混凝土基体将与钢纤维共同承担相应拉力，而在裂缝宽度增加的过程中，混凝土裂缝出现受拉破坏的情况，不会承担更大的拉力，全部拉力附着在钢纤维表面，使其出现脱落与拔出现象。增加钢纤维的过程中，裂缝内部的纤维数量有所增加，进一步增强了自密实混凝土的强度。若钢渣、钢纤维与混凝土结合，钢渣中的骨料可极大增强纤维基体的粘结性，无形中增强了抗折强度、抗拉强度。完成抗折试验与抗拉试验后，相关人员应适时检查试样内部的破坏模式，即自密实混凝土遇到破坏后，其断裂部分会被分割成两半，呈现出脆性破坏。若自密实混凝土内混有钢纤维，则混合物的侧面与加载面会产生较多裂缝，且在遭受破坏后仍能合理连接，强化混凝土材料的延性。

3.2 工作性能检测试验的结果分析

3.2.1 流动时间

流动时间包括漏斗流动时间与T500（新拌混凝土）流动时间。完成混凝土性能检测试验后得出漏斗流动时间、T500 流动时间范围分别为7.3～17.4s、3.0～6.5s，要及时分辨不同漏斗的黏度等级，再根据等级变化适时找寻等级的对应要求。若钢纤维掺量保持不变，无论是漏斗流动时间还是T500 流动时间，都呈现出先缩减再增加的发展趋势。钢渣掺量会影响漏斗流动时间和T500 流动时间。在增加钢渣和钢纤维掺量的过程中，流动时间出现了不同程度的变化，需要探究增加的掺入量、流动时间的最大增加值。从钢渣和钢纤维掺入范围来看，当钢纤维增加0.9%、钢渣增加30%时，流动时间出现最高值，漏斗流动时间增加了98%、T500 流动时间增加了2 倍。

3.2.2 坍落扩展度

坍落扩展度的变化与钢纤维、钢渣掺量的增加有关。在开展自密实混凝土性能试验时，增加了钢纤维、钢渣后，其坍落度的变化范围为652～760mm，混凝土内部的所有混合物都达到当前坍落扩展等级要求，该要求标准处在660～750mm 之间。若钢纤维掺量保持不变，自密实混凝土的坍落度会随钢渣用量的变化而发生改变，钢渣用量增加时，坍落度呈现先增加后缩减的发展趋势。若想改进混凝土材料坍落度的流动性，要选取15%的钢渣，无论是超出15%还是未能达到15%，都难以看出坍落度的增长趋势。若钢渣用量由10%增加至30%，混凝土内部的坍落扩展度将明显下降，引发该类数值变化的原因为减水剂使用量未达到试验标准，使用该类材料的主要原因是避免混凝土内部材料产生离析与泌水现象。相关人员在完成试验后，需要科学调整减水剂用量。混凝土中添加钢纤维后，其黏度明显增长，坍落扩展度也发生了较大变化，即随钢纤维用量的增加而逐步缩减。通过观察试验数据，在混凝土中增加钢渣可极大地改变该类材料的内在性质，坍落扩展度变化较大，利用钢渣可有效缩减新拌混凝土与钢纤维间的摩擦力，削减自密实混凝土内部的流动阻力。

4 钢渣和钢纤维对自密实混凝土性能影响试验的结论分析

（1）探究钢纤维、钢渣与自密实混凝土性能的关系后发现，钢纤维表面的水化物可增强基体和纤维间的粘结性，对钢渣的内部细度进行合理规范，利用该材料代替部分水泥，可出现不同类型的凝胶，该类凝胶能在不自觉中缝合基体表面裂缝，使材料内部的微观结构更加稳定，即自密实混凝土性能与钢纤维充分融合后，可极大地提升内部的力学性能。

（2）借用钢渣代替部分水泥，可有效改进自密实混凝土内部的抗折强度、抗拉强度与抗压强度。在项目建设中，相关人员可采用钢渣代替30%的水泥，再在混凝土中掺入0.9%的钢纤维，适时加强该类土体的力学性能。从本文的试验数据可以看出，使用一定量的钢纤维、钢渣，可明显提升混凝土材料内部的抗折强度、抗拉强度与抗压强度。

（3）当前试验中，在混凝土中加入30%的钢渣，自密实混凝土的间隙通过性和粘聚性逐步变差；在混凝土中加入10%的钢渣，可极大改善自密实混凝土的内在性能。混凝土内增加一定量的钢纤维后，自密实混凝土的工作性能呈下降趋势，从钢纤维体积掺量来看，当体积掺量在0.6%以上时，自密实混凝土的间隙通过性快速下降，难以满足混凝土性能测试的要求。