钢渣和矿渣复合掺合料对混凝土力学性能的研究与分析①

李光宇， 陈征征， 张玲玲

(宿州学院资源与土木工程学院,安徽 宿州 234000)

0 引 言

在工业生产中产生大量的钢渣矿渣等工业废渣，钢渣矿渣的堆积，对城市环境造成污染及占用生产用地[1]。通过大量的实践研究以及理论分析得知在混凝土中掺入等量的钢渣粉与矿渣粉，可以降低水泥的用量、降低生产成本及完善混凝土的各项性能[2]。目前，国内外学者进行研究，胡佳波[3]在对钢渣混凝土耐久性的研究中得出，钢渣以不同的掺量加入混凝土中能够改善混凝土的抗碳化性以及抗氯离子渗透性等。陈新星[4]等研究得出掺钢渣矿渣等微粉混凝土在高温条件下的最优掺量。李嘉琳[5]在对矿渣混凝土的研究中发现矿渣混凝土的抗氯离子渗透性要优于普通混凝土。施钟毅[6]等在对钢渣矿渣混凝土的研究中发现，适当的钢渣矿渣掺量能够提高混凝土的强度。费帆[7]等对钢渣粉与矿渣粉复合掺入混凝土对混凝土海工耐久性能的影响进行了深入的研究，研究发现矿渣与钢渣的比控制在6∶4左右时能够提高海工混凝土的性能。通过试验设置多个变量，以钢渣-矿渣复合掺合料不同总掺量和相同总掺量下钢渣和矿渣之间按照不同比例分别研究钢渣矿渣对混凝土耐久性的影响规律以及钢渣矿渣对混凝土耐久性的影响力大小的比较。

1 试 验

1.1 原材料

(1) 水泥：采用32.5级普通硅酸盐水泥由安徽海螺水泥厂所生产。

(2) 钢渣：采用灵寿县的汇岩矿产品加工厂所生产的钢渣粉，其主要化学成分见表1。钢渣粉细度为 400 目。

(3) 矿渣：试验采用S95级矿渣，其主要化学成分如表1所示。

(4) 粗集料：粗集料采用碎石，其粒径为 5 ～25 mm，级配连续，石子表面干净，含泥沙量较少。

(5) 细集料：采用河沙，其表观密度为2580kg/m3,堆积密度为1500kg/m3。

(6) 水：采用干净自来水。

表1 钢渣和矿渣主要化学成分

1.2 试验配合比

试验以C30混凝土的配合比为基础，将钢渣矿渣复合掺合料分别以10%、20%、30%、40%、50%代替等量水泥掺入混凝土中，其中钢渣粉和矿渣粉按照0∶0、0∶1、0.4∶0.6、0.6∶0.4、1∶0的比例配置钢渣矿渣复合掺合料。同时设置强度为C30的纯水泥混凝土作为空白对照组，一共21组试件，每组三个试件求得平均值以降低误差。试验配合比数据如表2所示。

表2 混凝土配合比(kg/m3)

图1 部分混凝土试件

1.3 试验方法

试验中的钢渣矿渣混凝土试件按照 GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行制备，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，试件制备完成且脱模后应在标准养护条件下进行28d的标准养护，其养护室温为20±2 ℃，其湿度应大于等于95%，如图1所示为部分制备完成的钢渣矿渣混凝土试件。

2 试验结果

2.1 钢渣等量替代对混凝凝土力学性能影响

将钢渣以0%、10%、20%、30%、40%、50%的比例等量替代水泥制备钢渣混凝土试件，在标准养护条件下养护28d，利用万能试验机进行单轴压缩试验研究钢渣混凝土的抗压强度，由图1所示，当钢渣粉的掺量在0%-20%之间时，掺钢渣混凝土28d抗压强度强度要高于纯水泥混凝土的抗压强度。但是当掺入钢渣粉的比例超过20%时，掺钢渣混凝土的抗压强度伴随钢渣粉掺量的增加而逐渐低于纯水泥混凝土的强度。由此可得，把钢渣粉等量替代水泥掺入混凝土中时，应将其掺入百分比控制在0%-20%之间，以保证混凝土的强度不受影响。

图2 钢渣等量代替水泥对混凝土抗压强度影响

图3 矿渣等量代替水泥对混凝土抗压强度影响

图4 钢渣矿渣复合掺合料对混凝土抗压强度影响

2.2 矿渣等量替代混凝土力学性能影响

矿渣等量代替水泥对混凝土强度的影响如图3所示，从图中可得，当矿渣粉掺量在20%-40%之间时，掺矿渣混凝土的强度要略高于纯水泥混凝土的强度，矿渣粉掺量在10%-20%之间时对混凝土的强度影响较小，当掺量超出40%时，矿渣混凝土的强度逐渐低于基准混凝土的强度，但是仍在基准混凝土的强度范围内。

2.3 钢渣矿渣复合掺合料对混凝土力学性能影响

将钢渣矿渣复合掺合料按照0%、10%、20%、30%、40%、50%的比例等量代替水泥制备混凝土，其中复合掺合料中钢渣和矿渣分别按照0.4:0.6、0.6:0.4的比例进行配置，将制备完成的混凝土按照标准条件养护28d，养护完成后进行单轴轴心抗压强度试验，实验结果见图4。从图中可以得到当钢渣矿渣复合掺合料掺量较小时，其强度与基准混凝土强度较为接近，甚至优于基准混凝土。当掺入量大于30%时，钢渣矿渣混凝土抗压强度明显降低。

由图中钢渣：矿渣分别为0.4∶0.6和0.6∶0.4的复合掺合料混凝土抗压强度曲线可得，复合掺合料中钢渣与矿渣的不同比例对钢渣矿渣混凝土的强度影响几乎相同，区别较小，只在复合掺入料比例为10%和30%时有略微差别。由此可见，钢渣与矿渣对混凝土的抗压强度影响比较接近。

3 结 论

(1)钢渣等量代替水泥的掺量在0%-20%之间时，能够使混凝土的抗压强度值有一定的提升。

(2)矿渣掺量在20%-40%之间时，矿渣混凝土的抗压强度值要略高于基准混凝土的强度值，而其他掺量的矿渣混凝土强度与基准混凝土的强度较为接近。

(3)钢渣与矿渣以不同比例配置的复合掺合料对混凝土抗压强度的影响曲线差别不大，基本吻合。从强度的角度来看，钢渣矿渣复合掺合料在合理范围内的掺入量能够一定程度上改善混凝土的性能。