钢渣及钢纤维对自密实混凝土性能的影响

刘智超

摘要：本文通过试验研究了钢渣及钢纤维对自密实混凝土抗压强度的影响。结果表明：①钢渣钢纤维的掺量与自密实混凝土立方体抗压强度关系密切；②钢渣掺量对自密实混凝土强度提高不是十分显著；③钢纤维掺量在一定范围内对自密实混凝土可以起到促进作用。

Abstract： The effect of steel slag and steel fiber on the compressive strength of self-compacting concrete was studied through experiment. The results showed that the dosage of steel slag and steel fiber is close with the compressive strength of self-compacting concrete cube； it is not significant that the dosage of steel slag increases the self-compacting concrete strength； the dosage of steel fiber in a certain range can promote the self-compacting concrete.

關键词：钢渣；钢纤维；自密实混凝土；掺量；强度

Key words： steel slag；steel fiber；self-compacting concrete；dosage；strength

中图分类号：TU528.041 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0137-03

0 引言

自密实混凝土（SCC）是一种具有自填充性能的新型便捷混凝土，即使是在密集配筋的条件下也可以依靠自身的重力作用和高流动性能完成灌注工作，使工程达到密实状态。自密实混凝土因为其具有的优点广受好评，在我国各个地区已被普及使用。

钢渣作为钢铁工业的衍生物，随着钢铁需求的增大，其排量也逐年提高，为了促进资源的高效利用，钢渣得到了深入的研究发展。钢渣具有胶凝性能，用来制备混凝土能够显著减少骨料用量，降低CO2的排放，节能环保的同时还能改善混凝土的强度。

钢纤维是开发较为完善的混凝土增强材料，它能够改善混凝土的延性、流动性、抗压强度等力学性能，有效防止混凝土开裂，因此应用发展前景十分广阔，常被用于房屋建筑、道路桥梁、地下空间等建筑工程。

因为2%到8%掺量的钢渣及钢纤维对自密实混凝土的影响研究较少，因此本文结论及数据有着一定的研究价值。

1 自密实混凝土配合比

按照《自密实高性能混凝土设计与施工指南》初步确定了C30强度等级的自密实混凝土配合比，并合理添加聚羧酸高性能减水剂。钢渣及钢纤维的掺量分别取2%、5%、8%，减水剂掺量统一选取0.5%（见表1）。本次试验共设计了七组配合比，每组三个试件，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，各个试件的立方体抗压强度见表2。

2 试验结果及分析

2.1 钢渣对自密实混凝土抗压强度的影响

钢渣掺量的不同对自密实混凝土抗压强度有着不同影响（见表3）。由于钢渣中的硅酸三钙、钙镁橄榄石等物质有着增加早强的作用，因此在实验开始时钢渣对其抗压强度的增长十分显著，但后期抗压强度的增长则趋向缓慢。白敏等[1]研究表明：影响混凝土硬化后的强度的关键因素是水泥石和骨料界面位置的粘结强度，而水泥石和骨料界面强度则与水泥石本身的强度以及集料自身状况（例如表面粗糙程度、棱角的多少等）、水化凝结条件以及混凝土的离析泌水性等因素有关。因为钢渣的表面粗糙不平，所以掺入钢渣的自密实混凝土粘结力较大，致使自密实混凝土的抗压强度得到增强。

实验数据表明，钢渣的掺量对自密实混凝土强度有重要影响（见图1）。刚掺入少量钢渣时，自密实混凝土抗压强度有一定提升；然而随着钢渣的逐步添加，水泥石的强度有所降低。尽管钢渣中少量的微小颗粒可填充水泥石中的缺陷、孔隙并能够提高界面的粘结强度，但是试验配合比中水灰比较大，使得内部孔隙率增大，降低了自密实混凝土的抗压强度。[2]

2.2 钢纤维对自密实混凝土抗压强度的影响

混凝土的强度包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等，抗压强度与其他强度有着密切的关联，可以参照抗压强度估算出其他强度值，且在工程中混凝土主要承受压力，因此混凝土对的抗压强度是非常重要的一项性能指标。因此本次试验按照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》中的规定，对标准养护的各组试块进行立方体抗压强度试验（见表4）。

实验表明，钢纤维刚掺入自密实混凝土时，其立方体抗压性能显著提高；当钢纤维掺量在2.0%以上时其强度反而大幅降低；但是随着钢纤维的进一步添加，自密实混凝土强度又出现了细微的上升趋势（见图2）。

将钢纤维的掺量从2%提升到8%的过程中，自密实混凝土的抗压强度从低发展到高，之后又由高发展到低，甚至出现负增长。由此可以看出钢纤维对自密实混凝土抗压强度有着双重影响。因为钢纤维的掺入对自密实混凝土的横向膨胀起着抑制作用，因此会使其强度得到提高；但若掺入量过大，就会造成水泥石中的孔隙增大，缺陷增多，迫使自密实混凝土抗压强度降低。这里体现了钢纤维的双重作用，有研究提出两种相互矛盾作用的综合效应主要取决于纤维的体积率这一参数，如果掺加体积率过小，钢纤维不仅不能起到增强作用还会因混凝土界面接触薄弱产生负效应，当掺加体积率过大时主要由于纤维分布不均或者结团引起混凝土强度降低。[3]

2.3 不同掺和料对自密实混凝土强度的影响

根据上述的实验结果我们可以得知钢纤维及钢渣的加入对于自密实混凝土的强度起着不同的影响，对比两者在相同掺量下对自密实混凝土强度的作用，并参照不加入掺和料的试块强度，分析数据绘得表5，图3。

根据实验对比数据可以看出在掺量较小时，随着掺量的增加，钢渣及钢纤维都对自密实混凝土的强度起着明显的增强作用，且两者对强度的增幅作用基本持平；当掺量大于2%后，钢渣对自密实混凝土抗压强度的增加幅度都有所下降，而钢纤维则使得自密实混凝土抗压强度呈现略微降低趋势；当掺量从5%进一步增大至8%时，钢渣及钢纤维都使得自密实混凝土抗压强度下降，其中钢渣的影响更大。根據图3的柱状图可以得知，钢渣掺量的增加会使得自密实混凝土的强度逐渐降低，而钢纤维的影响则呈现波动的起伏，但是二者均存在峰值，由此可以进一步探知，钢纤维和钢渣在适当的比例下进行复合双掺，可能会发挥“叠加效应”，使得该配合比下的自密实混凝土性能优于单掺钢渣或钢纤维的性能。

3 结语

本论文将钢纤维、钢渣、自密实混凝土三个因素合理地融合在一起，配置了C30强度等级的钢渣及钢纤维自密实混凝土。试验围绕钢渣以及钢纤维的掺量变化重点研究了其变化对自密实混凝土立方体抗压强度的影响。主要得出了以下结论：①钢渣钢纤维的掺量与自密实混凝土立方体抗压强度关系密切；②钢渣掺量对自密实混凝土强度提高不是十分显著，且当掺和量达到2%之后，对自密实混凝土强度一直呈现下降趋势；③钢纤维掺量在一定范围内对自密实混凝土强度可以起到增强作用，影响趋势波折且不稳定；④钢渣及钢纤维的掺入可以提高界面粘结强度，起到早强等作用，能够将钢渣、钢纤维及自密实三个技术融合在一起，提高混凝土的各方面性能，具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]白敏，尚建丽，张松榆，等.钢渣替代粗集料配制混凝土的试验研究[J].混凝土，2005（7）：62-70.

[2]施惠生，李东锋，吴凯，郭晓潞.钢渣对水泥混凝土性能影响的研究进展[J].水泥技术，2001，5.

[3]牟龙，梁丽涛，巫繁.钢纤维掺量对混凝土立方体抗压强度影响的研究[J].四川建材，2014，40（178）：29-31.