鋼渣混凝土的性能研究

摘要：本文在論述鋼渣性能的基礎(chǔ)上，分析了鋼渣作集料對混凝土性能的影響。鋼渣由于自身特性和潛在水化活性，可以改善混凝土的性能，但其成分造成的混凝土體積不穩(wěn)定性和微觀反應(yīng)機理不明確性制約了鋼渣的資源化利用。本文對其應(yīng)用前景做了簡要預(yù)測和匯總，旨在為鋼渣混凝土的發(fā)展提供新思路。

關(guān)鍵詞：鋼渣;鋼渣混凝土;抗壓強度

引言：我國是產(chǎn)鋼第一大國，近年來，隨著我國粗鋼產(chǎn)量的快速增長，鋼渣堆存量越來越多，存在占用良田，污染環(huán)境的現(xiàn)象。鋼渣有著和天然砂石類似的強度，并且存在一定的水硬膠凝性，有利于提高膠結(jié)充填體強度。若將鋼渣用作混凝土骨料，不僅可以解決因鋼渣大量堆積造成巨大的環(huán)境污染難題，節(jié)約自然資源，還將增加煉鋼企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，鋼渣混凝土技術(shù)的研究與應(yīng)用已成為國內(nèi)學(xué)者的熱點課題，本文對目前我國鋼渣混凝土技術(shù)的研究與應(yīng)用加以整理介紹，并提出今后研究和應(yīng)用的方向。

1.鋼渣混凝土的抗壓強度

已有多項研究表明，鋼渣粗骨料替代砂石配置混凝土，其抗壓強度可以維持甚至優(yōu)于普通混凝土，特別是在高溫養(yǎng)護條件下。仔細分析邢琳琳等（2017）^[1]和 Saxena 等（2018）^[2]的研究結(jié)果，可以大致得出鋼渣置換天然粗骨料的替代率在 50% 左右時對提高混凝土抗壓強度效果最明顯。此外，多數(shù)研究表明鋼渣置換天然細骨料的替代率在 50%（含）以內(nèi)時對提高混凝土抗壓強度較為有效，但當(dāng)超過50%的替代率時會出現(xiàn)效果不明顯，甚至產(chǎn)生不利影響。原因是鋼渣置換天然細骨料的替代率超過 50%時會影響混凝土的和易性，從而間接影響混凝土的質(zhì)量。對提高混凝土抗壓強度有不利影響。綜上，鋼渣置換天然細骨料的替代率宜控制在 50%（含）以內(nèi)，此時其抗壓強度較優(yōu)于普通混凝土抗壓強度。

2.鋼渣混凝土和易性

多項研究表明鋼渣作為粗骨料和部分鋼渣粉使用，對混凝土的和易性影響較小，甚至有一些積極的效應(yīng);而鋼渣作為細骨料使用，對混凝土和易性不利影響較大，多數(shù)研究表明鋼渣置換天然細骨料的替代率大于 50% 時對混凝土和易性有不利影響，尤其是 100% 替代率，建議鋼渣置換細骨料的替代率不宜超過50%。所以鋼渣混凝土和易性較差的問題可通過控制鋼渣替代率的方法來解決。

3. 鋼渣混凝土體積安定性

鋼渣含有少量的游離氧化鈣（f-CaO）和游離氧化鎂（f-MgO），存在潛在的膨脹，會導(dǎo)致混凝土長期膨脹破壞。對此，Al-Negheimish and Al - Zaid（1997）^[3]在混凝土中應(yīng)用鋼渣粗骨料時發(fā)現(xiàn)鋼渣中的f-CaO會導(dǎo)致混凝土體積膨脹，出現(xiàn)體積不穩(wěn)定性。楊永民（2009）采用10%、20%、30%、40%的鋼渣等量置換細骨料配置混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)少量使用鋼渣不會產(chǎn)生體積不穩(wěn)定現(xiàn)象，但鋼渣摻量大時會表現(xiàn)出體積安定性不良的趨勢。

4.鋼渣混凝土耐久性

尚建麗等^[4]通過研究鋼渣集料混凝土的抗凍性、抗氯離子滲透性能和抗碳化實驗來研究了鋼渣集料混凝土的耐久性，研究結(jié)果表明全碎石的混凝土強度損失率、通過的電量和碳化深度均最大，摻量50%的大粒徑鋼渣次之，摻量50%的小粒徑鋼渣最小。這說明摻量為50%小粒徑粗集料混凝土相對于全鋼渣或全碎石混凝土來說結(jié)構(gòu)最密實耐久性最好，采用較小粒徑鋼渣做集料相對于大粒徑鋼渣集料能提高混凝土的耐久性。

鋼管混凝土由于延性好、承載力高及施工方便等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用在工業(yè)與民用建筑、大跨度橋梁等結(jié)構(gòu)中。如果將鋼渣混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼渣混凝土產(chǎn)生的體積膨脹不僅可以被外鋼管約束住，而且又可以提高鋼管混凝土的約束效應(yīng)，起到一舉兩得的效果。目前已經(jīng)開展了一些相關(guān)軸壓構(gòu)件的試驗研究，且得到了相應(yīng)較好的結(jié)果，但仍有很多相關(guān)構(gòu)件的力學(xué)性能需要進一步開展試驗研究。綜上，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)對鋼渣混凝土膨脹開裂問題的解決有著重要的意義。

鋼渣由于自身特性和存在的潛在活性，不僅滿足建筑用砂的性能要求，還能提高材料的強度和耐久性。這但鋼渣的應(yīng)用同時也受到了其本身成分穩(wěn)定性、體積穩(wěn)定性和微觀反應(yīng)機理不明確的限制，怎樣提高鋼渣成分穩(wěn)定性，提高鋼渣的體積安定性以及結(jié)合鋼管混凝土結(jié)構(gòu)合理利用鋼渣混凝土膨脹性等將會是未來對鋼渣混凝土研究的重點。

參考文獻

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[2]Saxena S， Tembhurkar A R. Impact of use of steel slag as coarse aggregate and wastewater on fresh and hardened proper-ties of concrete[J].Construction and Building Materials， 2018，165：126-137.

[3] Biskri Y， Achoura D， Chelghoum N， et al. Mechanical and durability characteristics of High Performance Concrete containing steel slag and crystalized slag as aggregates[J]. Constructionand Building Materials， 2017， 150：167-178.

[4]尚建麗，邢琳琳.鋼渣粗集料混凝土耐久性的試驗研究[J].特種混凝土與瀝青混凝土新技術(shù)及工程應(yīng)用，2012.

作者簡介：費強（1995.3—），男，漢族，湖南，碩士研究生，研究方向為鋼管鋼渣混凝土組合結(jié)構(gòu)。