關(guān)于鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能的影響研究

呂芳禮 姜雨辰

（徐州工程學院，江蘇 徐州 221000）

隨著建筑工程建設(shè)數(shù)量的增加，工程項目的應(yīng)用安全變得愈加重要。自密實混凝土在建筑工程的應(yīng)用范圍較為廣泛，在正式使用時要合理規(guī)范材料性能，通過試驗總結(jié)鋼纖維、鋼渣與材料性能之間的關(guān)系，從而提高自密實混凝土的應(yīng)用效果。

1 自密實混凝土的基礎(chǔ)性能

自密實混凝土屬于性能較高的混凝土，簡稱為SCC，由粗、細骨料、膠結(jié)材料與外加劑混合而成，借助合適的配制比例，具有粘聚性佳、流動性高的優(yōu)勢，不會在實際使用時產(chǎn)生泌水、離析問題。實際施工中應(yīng)用自密實混凝土，無需開展振搗成型工作，可借助混凝土的流動完成縫隙填充工作。自密實混凝土多應(yīng)用于特殊形狀、鋼筋密集、澆筑高度大、澆筑深度深、澆筑量大的混凝土工程中。從自密實混凝土的應(yīng)用狀態(tài)來看，與普通混凝土相比，無論是性能試驗方式、質(zhì)量控制還是配合比例設(shè)計，都存有較大不同。同時，高效減水劑、骨料與礦物摻合料的配制比例會嚴重影響混凝土的內(nèi)部性能，需要深入分析礦物摻合料中的硅灰、鋼渣與粉煤灰等材料的使用狀態(tài)，科學完善調(diào)配比例，使自密實混凝土的內(nèi)部性能更佳。

2 鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能影響試驗過程

2.1 確認原材料

開展自密實混凝土性能檢測試驗前，要科學確認原材料。試驗中的原材料主要包括鋼渣、粉煤灰、水泥、鋼纖維、粗骨料、細骨料、外加劑等。鋼渣采用高粒狀鋼渣，細度為20.9%；粉煤灰為二級粉煤灰，表觀密度在2 300kg/m3，需水量為103%；水泥為PO42.5 類硅酸鹽水泥，表觀密度在3 150kg/m3左右；鋼纖維為端鉤類鋼纖維，直徑與長度分別為0.75mm、35mm；粗骨料粒徑在4.75～10mm 之間；2.35mm 的細骨料用水洗河砂；外加劑為高效減水劑，可將減水率控制在30%左右，應(yīng)用前還要規(guī)范稀釋減水劑。原材料選擇完成后，要了解鋼渣、粉煤灰與水泥等材料的化學成分，在明確配制比例的基礎(chǔ)上，適時增強各項原材料的使用效果。

2.2 設(shè)計配制比例

各項原材料調(diào)整配制比例時，要設(shè)置試驗研究目標，即探索鋼纖維、鋼渣與自密實混凝土性能的關(guān)系。具體來看，要適當挑選2 種鋼渣，以不同比例投放到對應(yīng)的混凝土材料中，摻量分別占據(jù)膠凝材料的30%和10%。確認鋼渣摻量的過程中，要科學把控摻量范圍，不可使自密實混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，還要在該類材料中添加適當?shù)匿摾w維，并將混合物的水膠比控制在0.37 左右，借助減水劑劑量的科學調(diào)整，將坍落度控制在700mm 以上。原材料攪拌時，相關(guān)人員要嚴格遵照攪拌流程，嚴格控制攪拌時間、攪拌位置，提高試驗的科學性。各項原材料比例調(diào)配完成后，要科學記錄實驗數(shù)據(jù)，科學控制鋼渣、鋼纖維的具體含量。

2.3 明確試驗方式

自密實混凝土性能試驗包括2 項測試內(nèi)容，即力學性能檢測與工作性能檢測，相關(guān)人員應(yīng)依照混凝土材料的不同性質(zhì)，為各項檢測工作挑選合適的方式。

（1）開展力學性能檢測的過程中，要嚴格遵循混凝土材料力學性能檢測方式標準，借助150mm×150mm×150mm 立方體來評估、測試混凝土材料的抗壓強度，不同配制比例要與對應(yīng)的立方體結(jié)合，每3 塊設(shè)置成1 組，將其應(yīng)用到混凝土28d 抗壓強度與7d 抗壓強度測試中，檢測加載速度為6kN/s。與抗壓強度檢測相似，要將150mm×150mm×150mm 的立方體應(yīng)用到抗拉試驗中，與抗壓強度相比，抗拉試驗的加載速度在1.3kN/s 左右，讓各個配合比與3個立方體相對應(yīng)，并提取3 個立方體的平均值當作抗拉強度值，適時縮減試驗誤差。還要對400mm×100mm×100mm 的棱柱體開展彎曲度試驗，其位移加載速率在0.1mm/min 左右，完成試驗后，可提取3 個試件的彎曲度，將平均數(shù)當作抗折強度。

（2）觀察自密實混凝土工作性能時，要合理檢測坍落度，了解該類材料的內(nèi)部性能。例如，正式檢測時，要及時記錄自密實混凝土材料流動停止期間的坍落擴展值，明確坍落擴展直徑，利用該項數(shù)據(jù)來精準評估自密實混凝土材料的流動狀態(tài)。當自密實混凝土材料的擴展度為500mm 時，要及時記錄該階段的流動時間，科學規(guī)范漏斗流動時間，再將該數(shù)據(jù)當作評價自密實混凝土粘聚性的依據(jù)。自密實混凝土增加鋼纖維后，進行坍落度測試時發(fā)現(xiàn)，鋼纖維的分布較為均勻，且未存有偏析或泌水現(xiàn)象。

3 鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能影響試驗結(jié)果分析

3.1 力學性能檢測結(jié)果分析

3.1.1 抗壓強度

關(guān)注抗壓強度變化，可得到自密實混凝土性能檢測中28d 與7d 的抗壓強度，分別為48.4～63.5MPa、35～46.6MPa。若鋼纖維摻量不變，7d 抗壓強度會隨鋼渣的增多而下降，將10%、30%的水泥替換為鋼渣后，可適時增加28d 的抗壓強度。引發(fā)抗壓強度變化較大的要素：鋼渣內(nèi)的二氧化硅含量要超出水泥材料內(nèi)的二氧化硅含量，鋼渣可適時縮減混凝土基體的孔隙率，提高骨料與漿體間的粘結(jié)程度，全面增強混凝土結(jié)構(gòu)的堅硬程度，從而增強自密實混凝土的抗壓強度。使用高含量的二氧化硅，不僅能增強自密實混凝土的整體抗壓強度，還能適當強化混凝土內(nèi)部的機械性能，全面提升該類材料的抗彎強度與抗壓強度。關(guān)注鋼渣與自密實混凝土抗壓強度的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，使用該材料后，混凝土抗壓強度有所增強，試驗中鋼渣的比表面積較小，也就是說，隨著鋼渣比表面積的增加，抗壓強度有所增強，即鋼渣比表面積與抗壓強度的聯(lián)系較為密切。使用10%、30%的鋼纖維后，混凝土的抗壓強度有些許改變，即10%的鋼纖維混凝土可適時增強混凝土整體抗壓強度，而隨著鋼纖維用量的變化，抗壓強度明顯下降，30%的鋼纖維混凝土可不斷縮減混凝土的抗壓強度，從試驗數(shù)據(jù)變化過程看出，當鋼纖維混凝土用量在16%時，其抗壓強度達到最佳狀態(tài)。

3.1.2 抗折強度與抗拉強度

分析自密實混凝土性能的抗折強度與抗拉強度時發(fā)現(xiàn)，混凝土材料28d 的抗折強度、抗拉強度分別為3.3～7.8MPa、4.2～6.4MPa。觀察鋼渣和鋼纖維使用狀態(tài)時發(fā)現(xiàn)，若將10%、30%的水泥替換為鋼纖維、鋼渣，會極大增強混凝土內(nèi)部的抗折強度、抗拉強度。提升抗折強度、抗拉強度的主要原因：當混凝土產(chǎn)生裂縫時，混凝土基體將與鋼纖維共同承擔相應(yīng)拉力，而在裂縫寬度增加的過程中，混凝土裂縫出現(xiàn)受拉破壞的情況，不會承擔更大的拉力，全部拉力附著在鋼纖維表面，使其出現(xiàn)脫落與拔出現(xiàn)象。增加鋼纖維的過程中，裂縫內(nèi)部的纖維數(shù)量有所增加，進一步增強了自密實混凝土的強度。若鋼渣、鋼纖維與混凝土結(jié)合，鋼渣中的骨料可極大增強纖維基體的粘結(jié)性，無形中增強了抗折強度、抗拉強度。完成抗折試驗與抗拉試驗后，相關(guān)人員應(yīng)適時檢查試樣內(nèi)部的破壞模式，即自密實混凝土遇到破壞后，其斷裂部分會被分割成兩半，呈現(xiàn)出脆性破壞。若自密實混凝土內(nèi)混有鋼纖維，則混合物的側(cè)面與加載面會產(chǎn)生較多裂縫，且在遭受破壞后仍能合理連接，強化混凝土材料的延性。

3.2 工作性能檢測試驗的結(jié)果分析

3.2.1 流動時間

流動時間包括漏斗流動時間與T500（新拌混凝土）流動時間。完成混凝土性能檢測試驗后得出漏斗流動時間、T500 流動時間范圍分別為7.3～17.4s、3.0～6.5s，要及時分辨不同漏斗的黏度等級，再根據(jù)等級變化適時找尋等級的對應(yīng)要求。若鋼纖維摻量保持不變，無論是漏斗流動時間還是T500 流動時間，都呈現(xiàn)出先縮減再增加的發(fā)展趨勢。鋼渣摻量會影響漏斗流動時間和T500 流動時間。在增加鋼渣和鋼纖維摻量的過程中，流動時間出現(xiàn)了不同程度的變化，需要探究增加的摻入量、流動時間的最大增加值。從鋼渣和鋼纖維摻入范圍來看，當鋼纖維增加0.9%、鋼渣增加30%時，流動時間出現(xiàn)最高值，漏斗流動時間增加了98%、T500 流動時間增加了2 倍。

3.2.2 坍落擴展度

坍落擴展度的變化與鋼纖維、鋼渣摻量的增加有關(guān)。在開展自密實混凝土性能試驗時，增加了鋼纖維、鋼渣后，其坍落度的變化范圍為652～760mm，混凝土內(nèi)部的所有混合物都達到當前坍落擴展等級要求，該要求標準處在660～750mm 之間。若鋼纖維摻量保持不變，自密實混凝土的坍落度會隨鋼渣用量的變化而發(fā)生改變，鋼渣用量增加時，坍落度呈現(xiàn)先增加后縮減的發(fā)展趨勢。若想改進混凝土材料坍落度的流動性，要選取15%的鋼渣，無論是超出15%還是未能達到15%，都難以看出坍落度的增長趨勢。若鋼渣用量由10%增加至30%，混凝土內(nèi)部的坍落擴展度將明顯下降，引發(fā)該類數(shù)值變化的原因為減水劑使用量未達到試驗標準，使用該類材料的主要原因是避免混凝土內(nèi)部材料產(chǎn)生離析與泌水現(xiàn)象。相關(guān)人員在完成試驗后，需要科學調(diào)整減水劑用量?；炷林刑砑愉摾w維后，其黏度明顯增長，坍落擴展度也發(fā)生了較大變化，即隨鋼纖維用量的增加而逐步縮減。通過觀察試驗數(shù)據(jù)，在混凝土中增加鋼渣可極大地改變該類材料的內(nèi)在性質(zhì)，坍落擴展度變化較大，利用鋼渣可有效縮減新拌混凝土與鋼纖維間的摩擦力，削減自密實混凝土內(nèi)部的流動阻力。

4 鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能影響試驗的結(jié)論分析

（1）探究鋼纖維、鋼渣與自密實混凝土性能的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，鋼纖維表面的水化物可增強基體和纖維間的粘結(jié)性，對鋼渣的內(nèi)部細度進行合理規(guī)范，利用該材料代替部分水泥，可出現(xiàn)不同類型的凝膠，該類凝膠能在不自覺中縫合基體表面裂縫，使材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，即自密實混凝土性能與鋼纖維充分融合后，可極大地提升內(nèi)部的力學性能。

（2）借用鋼渣代替部分水泥，可有效改進自密實混凝土內(nèi)部的抗折強度、抗拉強度與抗壓強度。在項目建設(shè)中，相關(guān)人員可采用鋼渣代替30%的水泥，再在混凝土中摻入0.9%的鋼纖維，適時加強該類土體的力學性能。從本文的試驗數(shù)據(jù)可以看出，使用一定量的鋼纖維、鋼渣，可明顯提升混凝土材料內(nèi)部的抗折強度、抗拉強度與抗壓強度。

（3）當前試驗中，在混凝土中加入30%的鋼渣，自密實混凝土的間隙通過性和粘聚性逐步變差；在混凝土中加入10%的鋼渣，可極大改善自密實混凝土的內(nèi)在性能?；炷羶?nèi)增加一定量的鋼纖維后，自密實混凝土的工作性能呈下降趨勢，從鋼纖維體積摻量來看，當體積摻量在0.6%以上時，自密實混凝土的間隙通過性快速下降，難以滿足混凝土性能測試的要求。

5 結(jié)語

綜上所述，通過自密實混凝土性能試驗，工作人員可科學探究出鋼纖維、鋼渣與混凝土性能的關(guān)系，合理規(guī)劃混凝土材料中的各項性能指標，及時解決建筑工程中混凝土材料的應(yīng)用問題，全面提高混凝土材料的使用質(zhì)量和自密實混凝土材料應(yīng)用的可持續(xù)性。