肖明華

吉安市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)中心 江西吉安 343000

自密實(shí)混凝土的發(fā)展極大地改變了混凝土的成型方法，并且使得混凝土具有更好的質(zhì)量。同時(shí)，隨著天然砂尤其是優(yōu)質(zhì)河砂資源的日趨匱乏及環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)，亟待需要找一種可以替代河砂做細(xì)集料的原材料。鋼渣是煉鋼后排除的廢渣，對(duì)環(huán)境具有不好的影響，但是其質(zhì)地堅(jiān)硬，可以部分用來(lái)替代河砂作為細(xì)集料拌制混凝土。本文研究了鋼渣部分取代河砂對(duì)自密實(shí)混凝土力學(xué)性能和耐久性的性能，為鋼渣在自密實(shí)混凝土的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：分宜海螺水泥有限責(zé)任公司P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，3d抗壓強(qiáng)度為25.7MPa ，28d抗壓強(qiáng)度為50.6MPa。（2）粉煤灰：井岡山華能電廠F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（45μm篩篩余）25.1%，密度2.32g/cm3，需水量比94.1%。（3）鋼渣：新余鋼鐵廠鋼渣，細(xì)度模數(shù)2.73，密度2.50g/cm3，粒徑范圍0.16－5mm，化學(xué)組成如表1所示。（4）粗集料：吉安縣油田5.00－25.00mm連續(xù)級(jí)配花崗巖碎石，表觀密度2710kg/m3，壓碎指標(biāo)值8.0%。（5）細(xì)集料：贛江天然河砂，表觀密度為2620kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.7，粒徑范圍0.16－5mm。（6）減水劑：某公司聚羧酸高性能減水劑，固含量18.3wt%，減水率28.4%。（7）配合比：28d齡期C30強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)，分別用0wt%、10wt%、20wt%和30wt%的鋼渣替代部分河砂，配合比組成見表2。

1.2 試驗(yàn)方法

流變性：混凝土坍落擴(kuò)展度、V型漏斗試驗(yàn)和L型箱試驗(yàn)根據(jù)JGJ/T 283-2012技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

力學(xué)性能：混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試根據(jù)GB/T 50081-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試件尺寸為150mm×150mm×150mm ，分別測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d、90d和180d齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度。

抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)：用試件尺寸為150mm×150mm×150mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56d后，將試塊移入到（80± 5）°C的烘箱中放置48h，然后開始浸泡SO42—溶液（用5% Na2SO4溶液配制而成），進(jìn)行干濕循環(huán)，平均每次干濕循環(huán)時(shí)間為48h，干濕循環(huán)次數(shù)n=0，30，60，90，120次。試驗(yàn)結(jié)果以抗壓耐蝕系數(shù)來(lái)評(píng)定，計(jì)算公式如下：

式中：Kf —抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)； fcn—經(jīng)過(guò)n次SO42—干濕循環(huán)侵蝕后試件的抗壓強(qiáng)度值；fc0為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度值。

表1 鋼渣的化學(xué)組成(wt%)

表2 試驗(yàn)混凝土配合比

表3 鋼渣對(duì)SCC流變性能的影響

2 結(jié)果與討論

2.1 流變性能

表3給出了S0－S30組SCC的流變性能參數(shù)對(duì)比?？梢钥闯?，隨著鋼渣摻量的增加，SCC的擴(kuò)展時(shí)間、V型漏斗流過(guò)時(shí)間和間隙通過(guò)性等參數(shù)呈逐漸增大的趨勢(shì)，說(shuō)明鋼渣對(duì)SCC的流變性能產(chǎn)生了負(fù)面作用，這主要是因?yàn)椋号c天然河砂相比，鋼渣具有較大的吸水性且與集料之間具有較大的摩擦力，因此鋼渣作為細(xì)集料會(huì)造成新拌混凝土流變性能變差。

圖1 鋼渣摻量對(duì)自密實(shí)混凝土不同養(yǎng)護(hù)齡期抗壓強(qiáng)度的影響

2.2 力學(xué)性能

圖1是自密實(shí)混凝土不同養(yǎng)護(hù)齡期的抗壓強(qiáng)度隨鋼渣摻量變化曲線。從縱向看，各組混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加都呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。從橫向看，摻入鐵渣的S10、S20和S30各試驗(yàn)齡期抗壓強(qiáng)度值相比純河砂S0組混凝土均有所增長(zhǎng)，其中28d齡期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率分別為11.4%、13.5%和8.1%，表明鋼渣的加入增大了自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度，提高了混凝土體系的密實(shí)性。且隨著鋼渣摻量的增多，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度先增大后降低，S20的各齡期抗壓強(qiáng)度值最大，當(dāng)鋼渣摻量增大或降低時(shí)，抗壓強(qiáng)度值均減小，表明鋼渣摻量為20wt%-30wt%的自密實(shí)混凝土力學(xué)性能最好。原因在于：相比天然河砂而言，鋼渣顆粒表面粗糙多孔，增大了鋼渣顆粒與水泥漿體之間的膠結(jié)力和摩擦力，有利于兩者更好的粘結(jié)。另外，鋼渣粒徑、細(xì)度模數(shù)略小于河砂，說(shuō)明鋼渣具有更大的比表面積，增大了與水泥漿體的膠結(jié)面積，有助于增大強(qiáng)度。根據(jù)相關(guān)研究可知，混凝土體系中，親水性大的骨料界面密實(shí)性更好，而鋼渣的親水性好于河砂，它的摻入有助于增大混凝土的密實(shí)性，使之具有更好的力學(xué)性能。

2.3 抗硫酸鹽侵蝕性能

由圖2可知，鋼渣摻量對(duì)各組混凝土抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)的影響。S0－S30在侵蝕過(guò)程中的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)變化均呈現(xiàn)先增大后減小的相同趨勢(shì)，可以分為侵蝕前期強(qiáng)化后期劣化。侵蝕前期（≤60次），S0－S30的抗壓強(qiáng)度有所增加，抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)大于1，這主要由于SO42-擴(kuò)散進(jìn)入混凝土內(nèi)部與水泥水化產(chǎn)物進(jìn)行反應(yīng)，生成的鈣礬石侵蝕產(chǎn)物填充了混凝土毛細(xì)孔隙，使其更加致密，同時(shí)膠凝材料繼續(xù)水化，有利于混凝土強(qiáng)度的增加；侵蝕后期，當(dāng)水泥石致密結(jié)構(gòu)形成后，混凝土內(nèi)部孔隙減少，SO42-進(jìn)入混凝土內(nèi)部生成的鈣礬石或者石膏產(chǎn)物，在干濕循環(huán)作用下發(fā)生結(jié)晶甚至出現(xiàn)硫酸鈉自結(jié)晶，鹽結(jié)晶產(chǎn)生的結(jié)晶壓力壓迫混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔壁，從而促進(jìn)微裂紋的形成、擴(kuò)展，使得混凝土的性能劣化。因此侵蝕后期，混凝土的抗壓強(qiáng)度值明顯降低。

對(duì)比后期N=120次干濕循環(huán)侵蝕的各組混凝土的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)：各組混凝土的抗硫酸鹽耐蝕系數(shù)大小排序?yàn)镾30＞S20＞ S10≈S0，說(shuō)明鋼渣含量越高，混凝土的抗SO42-侵蝕性能越優(yōu)，主要原因?yàn)殇撛缺砻娣e大，且鋼渣界面區(qū)域粗糙度增大可以與水泥水化產(chǎn)物起到“錨固”的作用，另外，鋼渣中的活性成分能夠參與火山灰反應(yīng)，提供混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)歐的致密性，有效地阻礙了SO42-侵入混凝土內(nèi)部。

圖2 鋼渣摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)的影響

3 結(jié)語(yǔ)

（1）鋼渣取代部分河砂使SCC的流變性能稍微變差。但可極大提高混凝土的力學(xué)性能。

（2）隨著鋼渣取代量的增加，SCC的抗氯離子滲透性、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性得到提高，鋼渣摻量在20%時(shí)，上述性能最優(yōu)。

（3）隨著優(yōu)質(zhì)天然砂資源的日趨匱乏及環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)，鋼渣可以部分用來(lái)替代河砂作為細(xì)集料拌制混凝土。并具有一定的市場(chǎng)性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。為鋼渣的推廣及應(yīng)用提供有力技術(shù)支撐。