謝維鵬

（廈門(mén)地鐵物資有限公司）

0 前言

環(huán)境和資源問(wèn)題正成為影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要因素，而工業(yè)廢渣的再生利用是減少?gòu)U棄物排放量的有效途徑之一。作為工業(yè)廢渣之一的鋼鐵工業(yè)中的高爐礦渣，目前在我國(guó)已基本完成零排放，變?yōu)榛炷廉a(chǎn)業(yè)的重要材料，而與礦渣組成和結(jié)構(gòu)以及水硬性相似的同為鋼鐵工業(yè)廢棄物的鋼渣利用率卻長(zhǎng)期處于低位。

在我國(guó)，全國(guó)煉鋼廠堆積的鋼渣總量數(shù)量龐大，每年堆積的數(shù)量以3000多萬(wàn)噸的速度增長(zhǎng)。這些鋼渣若得不到綜合治理或合理利用，就會(huì)大量占用土地，導(dǎo)致環(huán)境污染、資源浪費(fèi)。將鋼渣取代部分水泥用于制備高強(qiáng)度混凝土，不僅可以改善混凝土的和易性，而且能提高其結(jié)構(gòu)致密性及力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)又使鋼渣得到了有效利用，保護(hù)環(huán)境，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義顯而易見(jiàn)[1-2]。

本試驗(yàn)主要以不同的鋼渣摻量配制高強(qiáng)混凝土，分析鋼渣摻量對(duì)其流動(dòng)性、強(qiáng)度和耐久性的影響，尋求高摻量鋼渣的高強(qiáng)度混凝土配合比，以減少水泥用量，降低工程成本。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

采用52.5普通硅酸鹽水泥，5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石作為粗骨料，細(xì)集料則采用細(xì)度模數(shù)為2.85的中河砂，以三鋼鋼渣作為混凝土摻合料。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土流動(dòng)性能按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50080-2016）進(jìn)行試驗(yàn)；

力學(xué)性能按照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2019）進(jìn)行試驗(yàn)，其中抗壓強(qiáng)度試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸為150mm×150mm×150mm。

干縮按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5150-2017）進(jìn)行試驗(yàn)。采用后埋測(cè)釘，待試件成型后，帶模養(yǎng)護(hù)1～2d后拆模，拆模后，對(duì)軸心測(cè)釘立即采用環(huán)氧樹(shù)脂或其他化學(xué)粘結(jié)劑進(jìn)行加固。3d齡期后從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出并立即移入干縮室測(cè)量初始長(zhǎng)度，從移入干縮室測(cè)完初始長(zhǎng)度后開(kāi)始計(jì)算干縮齡期，在1、3、7、14、28、60、90、120、150、180d測(cè)量試件長(zhǎng)度。

試樣編號(hào)按照鋼渣摻量比例來(lái)確定，具體見(jiàn)表1。

表1

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鋼渣摻合料對(duì)高強(qiáng)混凝土流動(dòng)性能的影響

分別對(duì)不同摻量的鋼渣高強(qiáng)混凝土的性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)定凝結(jié)時(shí)間時(shí)，用試驗(yàn)篩將砂漿從混凝土拌合物中篩出，攪拌均勻，將砂漿一次性分別裝入三個(gè)試樣筒中，試樣筒為帶有蓋子的剛性不透水的金屬圓筒，圓筒尺寸為：上口內(nèi)徑160mm、下口內(nèi)徑150mm、凈高150mm。試驗(yàn)從混凝土攪拌加水開(kāi)始算起，每隔0.5h測(cè)量一次，在接近初凝和終凝時(shí)，縮短測(cè)量間隔時(shí)間。采用平面尺寸不小于1500mm×1500mm、厚度不小于3mm的鋼板測(cè)量混凝土塌落度[4]。試驗(yàn)對(duì)比了不同摻量的鋼渣高強(qiáng)混凝土的初終凝時(shí)間以及塌落度，見(jiàn)表2。

從表2可以看出，當(dāng)鋼渣部分取代高強(qiáng)混凝土中的水泥時(shí)，混凝土的初終凝結(jié)時(shí)間均有增加，特別是當(dāng)取代量達(dá)到30%時(shí)，增加幅度非常大。這是由于鋼渣粉主要為球形微粒，這些顆?？梢詼p小骨料間的摩擦力，在骨料間起到潤(rùn)滑作用，從而增加了水泥漿流動(dòng)性，導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性增大。

表2 鋼渣的摻入對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間和塌落度的影響

2.2 鋼渣摻合料對(duì)高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的影響

試驗(yàn)對(duì)高強(qiáng)混凝土在不同摻量鋼渣下的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，從抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量這兩個(gè)參數(shù)的試驗(yàn)對(duì)比來(lái)觀察不同摻量鋼渣對(duì)高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的影響，見(jiàn)表3、圖1、圖2。測(cè)定抗壓彈性模量時(shí)，采用150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，按公式⑴計(jì)算[5]：

圖1 不同鋼渣摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

Δn=εα-ε0

式中，

Ec——混凝土受壓彈性模量（MPa）；

Fα——應(yīng)力為1/3軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)的荷載（N）；

F0——應(yīng)力為0.5 MPa時(shí)的荷載（N）；

εα——Fα?xí)r試件兩側(cè)變形的平均值(mm)；

ε0——F0時(shí)試件兩側(cè)變形的平均值(mm)。

從表3、圖1和圖2可以看出，隨著鋼渣摻量的不斷增加，混凝土的早期強(qiáng)度均有不同程度降低；當(dāng)鋼渣摻量達(dá)到30%時(shí)，降低幅度非常大；但是當(dāng)鋼渣摻量在10%時(shí)，混凝土強(qiáng)度降低很少，甚至當(dāng)齡期90d時(shí)，強(qiáng)度還略高于無(wú)鋼渣混凝土的強(qiáng)度。這是由于鋼渣微粒早期基本不參與水泥水化反應(yīng)，不影響混凝土需水量，當(dāng)鋼渣摻量控制在一定程度時(shí)，鋼渣微?？商畛渌嘣缙谒粝碌目障?，從而減小空隙，提高混凝土強(qiáng)度，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展有利。不同的鋼渣摻量對(duì)混凝土抗壓彈性模量的影響與抗壓強(qiáng)度是一致的。

圖2 不同鋼渣摻量對(duì)混凝土抗壓彈性模量的影響

表3 鋼渣摻入對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量的影響

2.3 鋼渣摻合料對(duì)高強(qiáng)混凝土耐久性能（干縮）的影響

表4為不同摻量的鋼渣對(duì)混凝土干燥收縮的影響分析，通過(guò)干燥收縮率來(lái)表示。試驗(yàn)采用100mm×100mm×515mm的棱柱體試件，對(duì)不同齡期下的不同摻量的鋼渣高強(qiáng)混凝土進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)，每個(gè)齡期測(cè)長(zhǎng)時(shí)，重復(fù)測(cè)2次，取平均值。按照公式⑵計(jì)算干縮率[6]：

表4 鋼渣對(duì)混凝土耐久性能（干縮）的影響

式中，

εt——t天齡期時(shí)混凝土的干縮率；

Lt——t天齡期時(shí)試件的長(zhǎng)度（mm）；

L0——試件的初始長(zhǎng)度（mm）；

Δ——金屬測(cè)頭的長(zhǎng)度。

從表4可以看出，隨著鋼渣摻量的不斷增加，相同齡期混凝土干縮率降低趨勢(shì)變緩；當(dāng)鋼渣摻量在20%以內(nèi)時(shí)，混凝土干縮率降低最為明顯；當(dāng)鋼渣摻量在20%～30%時(shí)，混凝土干縮率降低較少。另外，隨著齡期的增長(zhǎng)，所有試驗(yàn)混凝土試件干縮率均呈逐漸變大的趨勢(shì)，早期混凝土干縮率增長(zhǎng)較快，后期增長(zhǎng)趨于平緩，這主要由于鋼渣中含有一定量的CaO、MgO[3]，在水泥水化過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使體積產(chǎn)生小膨脹，在一定程度上補(bǔ)償了混凝土的收縮作用。

3 結(jié)論

在高強(qiáng)混凝土中加入部分鋼渣，可以顯著改善混凝土的流動(dòng)性，隨著摻量的增大，流動(dòng)性的改善越明顯，不過(guò)這會(huì)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間；鋼渣的摻入使得混凝土的早期強(qiáng)度較低，干縮率降低明顯，但隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，干縮率增長(zhǎng)趨于平緩。