鋼渣石混凝土力學(xué)和變形性能試驗(yàn)研究

我國(guó)是產(chǎn)鋼第一大國(guó)，近年來，隨著我國(guó)粗鋼產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，鋼渣堆存量越來越多，存在占用良田，污染環(huán)境的現(xiàn)象。我國(guó)對(duì)于鋼渣的回收利用一直處于較低水平，綜合利用率在10%左右。環(huán)境和資源問題正成為制約鋼鐵企業(yè)發(fā)展的瓶頸，鋼渣的再利用是可持續(xù)發(fā)展的核心議題之一[1]。加之近幾年基礎(chǔ)設(shè)施和城市化建設(shè)的加快，對(duì)混凝土的需求也日益增多，傳統(tǒng)混凝土多以砂石為骨料，大規(guī)模開采砂石也對(duì)環(huán)境有著不利影響。若將鋼渣用作混凝土骨料，可以解決因鋼渣大量堆積造成的巨大環(huán)境污染難題，可節(jié)約自然資源、增加煉鋼企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2-4]。研究表明，鋼渣集料替代混凝土中的粗細(xì)集料后，在一定程度上提高了鋼渣混凝土的力學(xué)性能，但是工作性能有所降低。本文采用馬鋼四鋼軋總廠300t轉(zhuǎn)爐渣熱悶工藝產(chǎn)生的鋼渣石取代天然石子，制備C30鋼渣石混凝土，研究鋼渣石對(duì)混凝土力學(xué)和變形性能的影響。

1、試驗(yàn)部分

1.1原材料水泥：安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其基本性能見表1。表1

水泥的基本性能細(xì)集料：普通中砂，屬于Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.87，其具體特性見表2。

表2河砂的基本特性粗集料：5~20mm連續(xù)級(jí)配的石灰石，石灰石相關(guān)性能的檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3石灰?guī)r碎石的基本特性鋼渣石：馬鞍山鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)，塊狀鋼渣，灰黑色，粒徑20mm以下，為5~20mm連續(xù)級(jí)配，采用XRF分析方法對(duì)其化學(xué)組成進(jìn)行分析，其結(jié)果見表4；其相關(guān)物理特性檢測(cè)結(jié)果見表5。表4鋼渣石的主要化學(xué)組成%

表5鋼渣石的基本特性1.2試驗(yàn)配合比由于鋼渣混凝土的配制方法還不成熟，因此該試驗(yàn)參照普通C30混凝土進(jìn)行配制。為了研究不同鋼渣石取代率的鋼渣混凝土與普通混凝土在力學(xué)性能上的差別，采用鋼渣石等質(zhì)量（0%、25%、50%、75%、100%）替代普通混凝土中的天然石子進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，具體配合比見表6。

表6混凝土配合比

1.3試驗(yàn)方法按照GB/T50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求制備混凝土試件，養(yǎng)護(hù)到規(guī)定的齡期后測(cè)試混凝土試件各齡期的立方體抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度及彈性模量。

2、結(jié)果及分析

2.1立方體抗壓強(qiáng)度每組制備9個(gè)試塊，5組試驗(yàn)共45個(gè)試塊，尺寸為150mm×150mm×150mm，分別測(cè)試其在不同齡期下的立方體抗壓強(qiáng)度，每組9個(gè)試塊取平均值，測(cè)試結(jié)果及關(guān)系曲線見表7、圖1。

表7不同齡期鋼渣混凝土立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果圖1不同齡期鋼渣石混凝土立方體的抗壓強(qiáng)度由表7和圖1可以看出，不同鋼渣石取代率的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度都隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而提高。（1）養(yǎng)護(hù)齡期不超過14d時(shí)，取代率不超過50%的鋼渣石混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度較普通混凝土的高，取代率超過50%的鋼渣石混凝土立方體抗壓強(qiáng)度較普通混凝土的低。（2）養(yǎng)護(hù)齡期為28d時(shí)，不同取代率鋼渣石混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度均大于30MPa，滿足C30混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度指標(biāo)要求，且均低于普通混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。（3）在不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，取代率為25%的鋼渣石混凝土（P1）的立方體抗壓強(qiáng)度與普通混凝土的最為接近。（4）養(yǎng)護(hù)齡期不超過14d時(shí)，鋼渣石混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著鋼渣石取代率的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)；養(yǎng)護(hù)齡期為28d時(shí)，鋼渣石混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著鋼渣石取代率的增加而下降。2.2抗折強(qiáng)度每組制備3個(gè)試塊，5組試驗(yàn)共15個(gè)試塊，邊長(zhǎng)為150mm×150mm×450mm，分別測(cè)試其在28d齡期下的抗折強(qiáng)度，每組3個(gè)試塊取平均值，結(jié)果見表8。表8鋼渣石混凝土28d抗折強(qiáng)度由表8可知，養(yǎng)護(hù)齡期為28d的鋼渣石混凝土抗折強(qiáng)度均低于普通混凝土；僅取代率為100%的鋼渣石混凝土（P4）的抗折強(qiáng)度小于3.5MPa，其他組別均大于3.5MPa，都滿足C30混凝土的抗折強(qiáng)度指標(biāo)要求；隨著鋼渣石取代率的增加，鋼渣石混凝土抗折強(qiáng)度呈先增加后減小的趨勢(shì)。2.3軸心抗壓強(qiáng)度每組制備3個(gè)試塊，5組試驗(yàn)共15個(gè)試塊，邊長(zhǎng)為150mm×150mm×300mm，分別測(cè)試其在28d齡期下的軸心抗壓強(qiáng)度，每組3個(gè)試塊取平均值，結(jié)果見表9。表9鋼渣石混凝土28d軸心抗壓強(qiáng)度由表9可知，養(yǎng)護(hù)齡期為28d的鋼渣石混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度均高于普通混凝土，說明鋼渣石的加入有利于增加混凝土的軸心抗壓能力；鋼渣石取代率為25%時(shí)（P1），其強(qiáng)度相對(duì)普通混凝土有最大的提高，提高了14%。2.4彈性模量每組制備3個(gè)試塊，5組試驗(yàn)共15個(gè)試塊，邊長(zhǎng)為150mm×150mm×300mm，分別測(cè)試其在28d齡期下的彈性模量，每組3個(gè)試塊取平均值，結(jié)果見表10。表10鋼渣石混凝土28d彈性模量由表10可知，養(yǎng)護(hù)齡期為28d的鋼渣石混凝土彈性模量均大于普通混凝土，且彈性模量隨著鋼渣石取代率的增加而增加。結(jié)論

（1）養(yǎng)護(hù)齡期為28d時(shí)，普通混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均高于鋼渣石混凝土，而軸心抗壓強(qiáng)度低于鋼渣石混凝土