碳纤维钢渣复合掺料对混凝土力学性能的研究

姚 薇 刘发明

（宿州学院资源与土木工程学院 安徽宿州 234000）

0 前言

随着社会经济的飞速发展，人们越来越重视建筑行业，尤其是在工程建设中所带来的环境污染问题。混凝土作为目前使用最广的建筑材料，具备许多其他建筑材料没有的特性，其中它与钢筋的粘结强度大最为重要，此外，混凝土可进行大规模、大批次的生产。现如今，混凝土应用广泛，涉及到建筑、铁路、桥梁以及公路等多个领域[1]。在我国，每年由于建筑物的扩建、修建以及废旧建筑物的拆除所带来的混凝土固体废弃物重量就达到0.3～0.4亿t[2-3]。水泥作为混凝土的主要掺和物之一，在制作它的过程中消耗了大量的能源，严重污染环境。

众所周知，中国是钢材进出口大国，因此，随之产生的工业废渣数量惊人，除此之外，作为水泥生产大国来说，水泥生产会严重影响到环境安全。如何解决工业废渣和水泥带来的环境问题呢。国内专家也对此进行了研究，胡佳波[4]在对钢渣混凝土耐久性的研究中得出，钢渣以不同的掺量加入混凝土中能够改善混凝土的抗碳化性以及抗氯离子渗透性等。刘攀[5]把钢渣掺入混凝土中以后，钢渣粉的掺量不应超过30%，其28d抗压强度可以接近甚至超过普通混凝土。当前，就已有的碳纤维钢渣复合掺料对混凝土力学性能的研究资料来看，还存在较多盲区，因此，本实验主要对等量的钢渣、碳纤维、碳纤维钢渣复合掺料对混凝土抗压强度影响进行分析。

1 试验方案

（1）本实验采用安庆市巢安水泥有限公司所生产的P.C32.5普通硅酸盐水泥，采用安徽灵寿县鑫辉建材贸易有限公司所生产的细度为400目的钢渣粉。

（2）采用领航短切5mm的碳纤维，拉伸膜量为230GPa，抗压强度为3530MPa。

（3）粗集料采用粒径为8～20mm连续级配的碎石，细集料采用粒径为0.2～5mm连续级配的天然砂。

（4）水采用纯净水。

2 配合比

本次试验将以C30混凝土的配合比作为基础，分别以10%、15%、20%的钢渣和0.5%、1.0%、1.5%代替等量水泥找到抗压强度最大值。本次将设置7组试验，其中有一组将以强度等级C30的混凝土作为空白试验对照组，共21个试件，每组3个试件，试件制备完成后，标准养护条件下，养护24h，然后脱模，再在标准养护条件下对试块进行养护，养护时间为28d。除去相差较大的数据，取其平均值，以降低误差，试验配合比如表1所示。

3 试验结果与分析

3.1 钢渣代替等量水泥与对混凝土力学性能的影响

在标准养护条件下，分别以钢渣掺量所占混凝土百分比的0、10%、15%、20%进行养护，养护28d的钢渣混凝土试件，利用万能试验机进行单轴压缩试验研究钢渣混凝土的抗压强度，如图1所示，当钢渣掺量所占混凝土百分比在0%～20%时，钢渣混凝土的抗压强度比C30混凝土的抗压强度都高；当钢渣掺量所占混凝土百分比在0%～10%时，钢渣混凝土的抗压强度随着钢渣掺量的增加而增大；当钢渣掺量所占混凝土百分比在10%～20%时，钢渣混凝土的抗压强度随着钢渣掺量的增大而减小，但高于对照组混凝土强度。

表1 混凝土配合比（kg/m）

图1 钢渣对混凝土抗压强度影响

3.2 碳纤维钢渣代替等量水泥对混凝土力学性能的影响

将复合掺料按钢渣掺量占混凝土百分比的10%，分别以碳纤维掺量所占混凝土百分比的0.5%、1.0%、1.5%进行养护，养护时长为28d，养护完成的碳纤维钢渣混凝土试件，在万能试验机下就进行单轴压缩试验，用以研究碳纤维钢渣混凝土的抗压强度。如图2所示，碳纤维钢渣混凝土的抗压强度随着碳纤维掺量的增加而降低，相较于钢渣混凝土而言，碳纤维钢渣混凝土的抗压强度较低。因此，掺入碳纤维不仅不能使得混凝土的抗压强度增大，还会因为碳纤维掺入量的增加降低混凝土的抗压强度。

4 结语

通过上述试验研究表明：

（1）钢渣掺量所占混凝土百分比在0%～20%这一范围内，钢渣混凝土的抗压强度均高于对照组混凝土的抗压强度，可以作为等量水泥的替代从而使得混凝土抗压强度增大。随着碳纤维掺量的增加，混凝土的抗压强度随之降低。

（2）随着碳纤维掺量的增加碳纤维钢渣混凝土的抗压强度降低。

基金项目：安徽省大学生创新创业训练计划项目（201810379091）。

图2 碳纤维对混凝土抗压强度影响