陳征征，朱 樂，周太華，李光宇

(宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 235300)

隨著建筑業(yè)工業(yè)化發(fā)展，工業(yè)廢渣造成環(huán)境污染、材料浪費(fèi)的問題突顯，通過研究發(fā)現(xiàn)工業(yè)廢渣之一鋼渣可以改善混凝土力學(xué)性能。國內(nèi)關(guān)于鋼渣替代水泥膠凝研究較多，但是對于鋼渣作為礦物摻合料的研究較少。工業(yè)生產(chǎn)中形成的礦渣會對空氣產(chǎn)生污染，為改善環(huán)境，提高礦渣的利用率，以礦物摻合料的形式再使用，分析它對混凝土強(qiáng)度的影響。目前，國內(nèi)外對鋼渣礦渣進(jìn)行研究，成果頗多。胡延燕[1]系統(tǒng)地研究石英粉、礦粉、粉煤灰三種礦物摻合料對混凝土力學(xué)性能的影響，研究得出在10%-30%范圍內(nèi)，摻加石英粉提高混凝土力學(xué)性能效果較好。鄧侃[2]研究得出鋼渣、水泥復(fù)合膠凝材料中，隨著鋼渣摻量的提高，膠砂試件各齡期強(qiáng)度下降。何良玉[3]提出膠凝材料設(shè)計(jì)制備理論，其中膠凝材料為鋼渣粉-?；郀t礦渣粉、鋼渣砂作細(xì)集料，提出堿激發(fā)密實(shí)微膨脹鋼管混凝土的設(shè)計(jì)與制備方法，其中膠凝材料為鋼渣、粒化高爐礦渣。田萬溪[4]等基于正交試驗(yàn)以礦渣為主要原料并摻入適量鋼渣，得出各礦物組成的最佳配合比設(shè)計(jì)。李曉峰[5]等通過建立碳化深度模型，研究混凝土中摻入粉煤灰、礦渣粉、鋼渣粉摻合料，其量值變化對碳化深度的影響。王飛虎[6]等研究將鋼渣粉、粉煤灰和礦渣粉分別摻入鋼渣混凝土中得出鋼渣粉、粉煤灰和礦渣粉對鋼渣混凝土的最優(yōu)摻量，鋼渣為20% 、粉煤灰為10% 、礦渣為 30%?？岛ｖ蝃7]等以粉煤灰為對比，單摻0%、10%、15%、25%鋼渣到礦渣混凝土中得出摻25%時(shí)礦渣混凝土力學(xué)性能最佳。安邦國[8]研究當(dāng)鋼渣粗細(xì)骨料體積摻量為1∶1、骨膠比5.3、水膠比0.26時(shí)透水性能最佳，抗壓強(qiáng)度為31.37 MPa，抗折強(qiáng)度為5 MPa。

本研究通過試驗(yàn)，研究摻合料按不同的比例摻入混凝土中對混凝土性能的影響。

1 試驗(yàn)原材料

本文試驗(yàn)原材料：水泥、砂、碎石、鋼渣、礦渣、水、粉煤灰、減水劑。

實(shí)驗(yàn)所用主要儀器：微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)，混凝土振動(dòng)臺，SHBY-40B水泥砼恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱。

1.1 水泥

本試驗(yàn)所用水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，水硬性膠凝材料，主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 普通硅酸鹽水泥性能指標(biāo)

1.2 砂

采用級配合格的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.3，中砂，砂的基本性質(zhì)如表2所示。

表2 砂的基本性能

1.3 碎石

級配合格的碎石，粒徑5-20 mm，最大粒徑為20 mm，表觀密度為2.79 g/cm3。

1.4 鋼渣

本試驗(yàn)采用鋼渣酸除銹磨細(xì)并室外放置6個(gè)月以上，粒徑小于0.16 mm，比表面積為447 m2/kg ，表觀密度為2.43 g/cm3，其主要化學(xué)成分如表3所示。

表3 鋼渣部分主要化學(xué)成分

1.5 礦渣

本試驗(yàn)采用浙江某公司磨細(xì)礦渣粉(見表4)，密度為2.89 g/cm3，S95級，比表面積480 m2/kg。

表4 礦渣粉主要化學(xué)成分

1.6 粉煤灰

粉煤灰可改善和易性，本試驗(yàn)采用I級粉煤灰，表面密度為2.37 g/cm3，粉煤灰性能指標(biāo)如表5所示。

表5 粉煤灰主要性能指標(biāo)

1.7 水與減水劑

本試驗(yàn)用水為宿州市某區(qū)地下水，減水劑采用安徽省某公司生產(chǎn)的樹脂系高效減水劑，減水劑溶液濃度為30%，最佳摻量為1.5%，減水率為20%。

2 試驗(yàn)研究

2.1 配合比

試驗(yàn)以C35混凝土配合比為基礎(chǔ)，將鋼渣礦渣復(fù)合摻合料分別以0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%摻入混凝土中，其中鋼渣粉和礦渣粉按照0∶0、0∶1、0.4∶0.6、0.5∶0.5 、0.6∶0.4、1∶0配鋼渣礦渣復(fù)合摻合料。設(shè)置C35混凝土為空白組，一共31組試件，每組取平均值。

試驗(yàn)配合比數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 混凝土配合比 /kg·m-3

試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，試件制備完成脫模在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)室溫度控制在25 ℃，其濕度≥95%，如圖1所示。

圖1 部分混凝土試件

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1單摻鋼渣結(jié)果分析

將鋼渣以0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%的比例摻入混凝土試件中，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d，進(jìn)行試驗(yàn)，研究鋼渣混凝土抗壓強(qiáng)度，由圖2可知，當(dāng)鋼渣摻量在0%-25%之間時(shí)，摻鋼渣混凝土28 d抗壓強(qiáng)度大于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度。當(dāng)摻入鋼渣超過20%時(shí)，摻鋼渣混凝土抗壓強(qiáng)度低于混凝土強(qiáng)度。應(yīng)將鋼渣摻入量控制在0%-20%之間，以保證混凝土的強(qiáng)度滿足要求。

圖2 鋼渣摻量對抗壓強(qiáng)度影響

2.2.2單摻礦渣結(jié)果分析

礦渣混凝土抗壓強(qiáng)度如圖3所示。由此可知，在礦渣混凝土中隨著礦渣摻量的增加，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)遞增的變化趨勢，在單摻量為30%時(shí)抗壓強(qiáng)度到達(dá)極值，強(qiáng)度等級達(dá)到了C40。相對摻鋼渣混凝土而言，礦渣會提高混凝土強(qiáng)度，這主要和礦渣中的元素有關(guān)，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)長的增加，摻礦渣的混凝土強(qiáng)度會遞增，具有較高的后期強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度：48 d>28 d>14d>3 d。

圖3 礦渣摻量對混凝土強(qiáng)度影響

2.2.3不同比例復(fù)合礦物摻合料結(jié)果分析

將礦物摻合料按照0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%制備混凝土，其中摻合料中鋼渣∶礦渣按照0∶0、0.4∶0.6、0.5∶0.5 0.6∶0.4的比例，正常養(yǎng)護(hù)28 d，進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。圖4中系列1為0.4∶0.6強(qiáng)度曲線，系列2為0.5∶0.5強(qiáng)度曲線，系列3為0.6∶0.4強(qiáng)度曲線，系列4為空白組，從中可以得出礦物摻合料比例在0%-20%時(shí)接近空白組強(qiáng)度，摻礦渣強(qiáng)度大于摻鋼渣強(qiáng)度。當(dāng)鋼渣礦渣摻合料較少時(shí)，其強(qiáng)度與空白組混凝土強(qiáng)度相接近。當(dāng)摻入量大于25%時(shí)，鋼渣礦渣混凝土抗壓強(qiáng)度明顯降低。

圖4 復(fù)合礦物摻合料對抗壓強(qiáng)度影響

3 結(jié)論

鋼渣在0%-20%之間時(shí)，能夠提高混凝土抗壓強(qiáng)度，改善混凝土性能。

礦渣在30%左右時(shí)，礦渣混凝土抗壓強(qiáng)度高于空白混凝土強(qiáng)度值，隨著齡期的增加，強(qiáng)度增大。

鋼渣礦渣按不同比例配置復(fù)合摻合料對混凝土抗壓強(qiáng)度影響差別不大，接近混凝土設(shè)計(jì)值。從設(shè)計(jì)強(qiáng)度來說，摻合料在合理范圍內(nèi)，能夠提高混凝土力學(xué)性能。