鋼渣粗骨料混凝土力學(xué)及干燥收縮性能影響

喬從偉

（河北瑞志交通技術(shù)咨詢(xún)有限公司，河北 石家莊 050091）

引言

隨著我國(guó)路橋、建筑工程的大規(guī)模發(fā)展，混凝土天然骨料及水泥的用量急劇上升［1-2］。鋼渣作為工業(yè)廢渣，其化學(xué)成分與水泥基本相似，且活性較好，在滿足穩(wěn)定性要求的前提下，若能采用鋼渣替代天然骨料用于制備混凝土，不僅能解決鋼鐵公司的經(jīng)濟(jì)壓力，還能保護(hù)生態(tài)環(huán)境［3-4］。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在鋼渣對(duì)混凝土性能影響方面進(jìn)行了大量研究，袁晶晶和康洪震［5］研究了將鋼渣替代碎石及石粉替代水泥按不同摻量配制混凝土，對(duì)C30 混凝土進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。鄭永超等［6］采用鋼渣粉取代礦粉制備混凝土，并針對(duì)混凝土力學(xué)性能及耐久性能的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。韓均［7］發(fā)現(xiàn)鋼渣對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗碳化性能的負(fù)面影響在低水膠比時(shí)較弱，在高W/B 時(shí)，鋼渣有加速混凝土早期干縮發(fā)展的趨勢(shì)，但對(duì)混凝土90 d 的極限收縮影響不大。

1 原材料

1.1 水泥

采用P·O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥基本參數(shù)

1.2 粗骨料

采用粒徑為5～20 mm 的連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎值為7.8%。細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.7 的河砂。減水劑采用減水率為19.2%的聚羧酸高效減水劑。

1.3 鋼渣

采用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(jiàn)表2。

表2 鋼渣主要化學(xué)成分/%

2 試驗(yàn)方案及配合比設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)方案

鋼渣粗骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂抗拉強(qiáng)度均采用尺寸為10 cm×10 cm×10 cm 試件，參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，分別測(cè)定試件7～120 d齡期的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。干燥收縮試驗(yàn)試件尺寸取100 mm×100 mm×515 mm，采用臥式混凝土收縮儀分別測(cè)定試件1～360 d 齡期的收縮值。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

以C30 強(qiáng)度等級(jí)混凝土為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，水灰比為0.5，減水劑摻量為1%，分別采用0%、25%、50%和75%的鋼渣等質(zhì)量替代碎石粗骨料試驗(yàn)，配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 鋼渣粗骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 抗壓強(qiáng)度

制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件，并對(duì)比分析不同齡期混凝土試件的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同鋼渣取代率抗壓強(qiáng)度變化曲線

根據(jù)圖1 可知，隨著鋼渣粗骨料取代率的增大，不同齡期混凝土試件的抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，說(shuō)明鋼渣摻入后對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響。齡期7 d 增至28 d 時(shí)，不同鋼渣取代率的混凝土試件抗壓強(qiáng)度基本保持不變。齡期由28 d 增至60 d 時(shí)，不同鋼渣取代率的混凝土試件抗壓強(qiáng)度增幅均較大。但齡期超過(guò)60 d 后，鋼渣取代率為50%的混凝土試件抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，增幅最大可達(dá)22%，而其他試件的抗壓強(qiáng)度增幅則逐漸趨于穩(wěn)定，說(shuō)明鋼渣粗骨料取代率50%可有效增強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.2 劈裂抗拉強(qiáng)度

制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件，并針對(duì)不同齡期混凝土試件的劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同鋼渣取代率劈裂抗拉強(qiáng)度變化曲線

根據(jù)圖2 可知，隨著鋼渣取代率的增大，不同齡期混凝土試件的劈裂抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且增大趨勢(shì)較為明顯，說(shuō)明鋼渣的摻入對(duì)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度影響較大。齡期＜60 d 時(shí)，不同鋼渣取代率的混凝土試件劈裂抗拉強(qiáng)度增幅基本相似。而齡期超過(guò)60 d 后，摻入25%和75%鋼渣的混凝土試件劈裂抗拉強(qiáng)度增幅均有所下降，甚至要低于未摻鋼渣的試件強(qiáng)度。但摻入50%鋼渣的混凝土試件劈裂抗拉強(qiáng)度增幅較大，試件劈裂抗拉強(qiáng)度要優(yōu)于其他試件，說(shuō)明混凝土試件選擇摻入50%鋼渣對(duì)于提升其劈裂抗拉強(qiáng)度效果更優(yōu)。

3.3 干燥收縮性能

制備不同鋼渣粗骨料取代率的混凝土試件，并對(duì)比分析不同齡期混凝土試件的收縮率變化規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同鋼渣取代率收縮率變化曲線

根據(jù)圖3 可知，不同鋼渣取代率的混凝土收縮率均隨著齡期的增長(zhǎng)而不斷增大，其中未摻鋼渣的混凝土收縮率最大，而摻入鋼渣的混凝土收縮率明顯較小，說(shuō)明鋼渣的摻入可以有效抑制混凝土的干燥收縮。隨著鋼渣取代率的增加，混凝土的收縮率先減小后增大，當(dāng)鋼渣取代率由25%增至50%時(shí)，混凝土的收縮率呈減小趨勢(shì)。而鋼渣取代率超過(guò)50%后，混凝土的收縮率逐漸開(kāi)始增大，說(shuō)明摻入過(guò)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能。由此可知，采用50%的鋼渣替代碎石能有效提升混凝土的干燥收縮性。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）鋼渣粗骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增加逐漸增大；隨著鋼渣粗骨料取代率的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后減變化，25%鋼渣等量替代碎石的混凝土早期抗壓強(qiáng)度最優(yōu)，50%鋼渣粗骨料混凝土后期抗壓強(qiáng)度最佳。（2）隨著齡期的增加，鋼渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度逐漸增大；混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著鋼渣粗骨料取代率的增大呈現(xiàn)先增大后減小變化，50%鋼渣粗骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度最佳。（3）隨著鋼渣粗骨料取代率的增大，混凝土的收縮率呈現(xiàn)先減小后增大變化。摻入過(guò)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。