辽宁科技大学 吕久熙 114051
摘要：我国的钢渣堆积量大且污染环境，为了减少其对环境的污染，本文利用钢渣掺入混凝土替代部分水泥配置混凝土进行实验。运用规范的实验方法，比较不同配合比的钢渣混凝土的工作性能和力学性能，分析钢渣对混凝土相关性能的影响。实验结果表明，随着钢渣掺量的逐渐增加，混凝土坍落度降低；其抗压强度和耐久度也逐渐降低。综合考虑钢渣掺量应保持在30%以内，超过30%会影响混凝土安定性。
关键词：钢渣；抗压强度；钢渣混凝土；钢渣掺量
引言
近年来随着钢铁产业的快速发展，钢渣作为钢铁产业的主要废料之一，其排放造成了严重污染。我国钢渣的综合利用率只有10%左右[1]与西方国家相比仍有很大差距。将钢渣作为掺合料的混凝土应用并推广出去，那么将会产生非常显著的社会效应，并且能够推动行业的可持续发展。随着近几年基础设施建设和城市化建设，对混凝土的需求日益增多，传统的混凝土采用砂子和石子作为骨料，而大量的进行采石作业对环境有着非常不利的影响。钢渣有着与天然砂石相近的强度，并且存在一定的水硬胶凝剂，有利于提高胶结充填体强度[2]。国内其他研究也表明，发现合适比例的钢渣用量在混凝土中进行再生利用是可行的。但是关于钢渣配置混凝土的研究还不尽完善。鉴于此，笔者从实验出发以不同钢渣掺量配置混凝土，研究混凝土的物理性质和力学性能，并测得标准养护期龄后混凝土的抗压强度，分析不同钢渣掺量对混凝土抗压强度和其他性能的影响。
1原材料及配合比设计
1.1原材料
a.本实验采用PO32.5型普通硅酸盐水泥。
b.钢渣为磨细的碱性氧炉钢渣，颗粒为20-40目小颗粒。钢渣的主要成分及其含量见表1。
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c.粗骨料为10~30mm的石灰石骨料。
d.细集料为天然河沙，细度为2.0。
e.水采用生活用的自来水。
1.2配合比设计
这个实验方案采用固定的水灰比与砂率，通过减少水泥用量加入一定量的钢渣进行实验。表2为设计C25强度的混凝土配合比。
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2试验方法
2.1新拌混凝土坍落度试验
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082—2009）开展混凝土坍落度试验。在测定坍落度实验中，每组三个试块每个实验组平行测定三次，取平均值作为最终结果。
2.2混凝土抗压强度试验
实验试件采用150mm×150mm×150mm标准模具，使用振动台将各试件振捣均匀后放入养护箱进行养护28d，达到养护期后进行抗压强度试验，并进行抗压强度分析。
2.3混凝土膨胀性试验
利用养护达到28d的试块，使用测量仪器量取试块的长宽高，计算体积并与初始标准体积比较，从而得出膨胀率。
3试验结果与分析
3.1混凝土工作性能
本实验采用固定的水灰比和砂率，通过减少水泥的用量来掺入钢渣，试验得到的混凝土坍落度结果见表3。
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由表3得知，随着钢渣的掺入量的加大，各组试件的流动性总体出现了降低的情况。通过观察不同钢渣掺量组之间的坍落度的变化，可知钢渣掺量在30%以内时坍落度变化不大，而掺量达到30%以上时坍落度变化开始变大。这是因为作为掺合料的钢渣与水泥比表面积区别并不大，且掺量在30%之内，钢渣的加入对总面积的改变不大，因此对流动性影响较小[3]。
3.2混凝土抗压强度
本实验采用200t压力试验机对混凝土进行抗压强度试验，加载速率为0.3~0.5MPa/s，试块为150mm×150mm×150mm标准试块，试块在养护室养护28d后开展抗压强度试验，每组配合比取三块试块求平均。5种不同配比混凝土抗压强度试验结果见表4。
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由表4可知：5种混凝土总体的抗压强度随钢渣掺量的增加抗压强度逐渐减少，当水泥量被替代达到30%之后钢渣量越多抗压强度越小。在实验中拌制混凝土时观察也得知，水泥量的减少使得混凝土中粗骨料之间的粘结力降低，骨料之间连接不紧密，水泥替代过多使得总体强度下降。
3.3混凝土膨胀性
本实验计算膨胀率采用公式(V2-V1)/V1*100%，也就是用养护28d后的体积减去养护前的体积再除去养护之前的体积。
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由表5膨胀率可知：因为其掺量必须限制一定范围，以膨胀率>0.8%为评价依据[4]并结合试件状态，钢渣掺量应低于30%。即使试件整体膨胀性不大，但随着钢渣掺量的增加，试块的破损程度却在不断增加。所以破损状态也是评价混凝土安定性的重要标准。
4结论
本文通过实验研究了五种不同配合比的钢渣混凝土的工作性能和力学性能，使用钢渣替代水泥并保证水灰比不变的方式进行研究。通过在养护28d之后测其抗压强度，分析不同钢渣掺量对混凝土性能的影响，得出以下结论：
1)钢渣是一种具有较高活性的混凝土掺合料。大量研究证明合理的运用钢渣，钢渣混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能均较佳。钢渣在混凝土土中的再生利用是可行的，有很大的发展前景。
2)钢渣混凝土具有体积膨胀性，合适的钢渣掺量能够提高混凝土的致密性，而过量掺入钢渣时会导致体积不安定，在一定程度上会导致混凝土破坏。工程应用中需要限制钢渣的掺入量。
3)当钢渣的掺量在10%到30%之间时混凝土抗压强度先增高后减低，随着钢渣掺量继续增加，其强度开始持续下降。混凝土的坍落度随钢渣量的增多有明显的降低，钢渣掺量越多时，对混凝土的流动性影响越大。
4)钢渣当做掺合料加入混凝土中在我国仍处于起步阶段，还有很多实验和科学数据需要专家学者来共同研究完成，未来这一领域将会更加的成熟。
参考文献
[1]冯璧.钢渣混凝土发展现状及优化途径探讨[J].江西建材,2017（02）:18+21.
[2]张国庆，张钦礼，周碧辉，等.煤矸石充填骨料替代品可行性研究[J].广西大学学报（自然科学版），2013,38（5）：1223—1229.
[3]张仁巍，等.高强钢渣混凝土工作性能和抗压强度的试验研究.常州工学院学报2020,4.
[4]康明，钢渣用于混凝土的安定性评价与控制研究.上海200941