钢渣微粉与粉煤灰复合效应对混凝土力学性能与耐盐冻性的影响

韩 凝

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

钢渣是炼钢厂在冶炼粗钢时所排放的固体废弃物。因其冶炼方式的不同，钢渣的特性也有所不同，我国主要以转炉钢渣为主。近年来，随着基础建设的发展，用钢量逐渐增加，随之而来的钢渣排放量也逐年增加，2016年钢渣的产量约为0.65～1.2亿t，尚未利用的钢渣存放量高达10亿t。2018年我国粗钢产量为9.28亿t，当年的钢渣排放量为1.39亿t[1]。

在我国，钢渣目前可用于返回经循环、水泥混凝土掺和料、筑路以及建材方面，利用率仅为22%[2]。我国钢渣在建筑材料中的应用主要为回填、道路、水泥熟料等[3]。钢渣中含有金属铁，铁的氧化物含量高，具有耐磨性好、抗压强度高、抗冻性能好等优势，将其应用于道路混凝土材料中具有先天优势[4]。

本文选用了经磨细后的钢渣微粉，研究其单掺以及与粉煤灰复合作业对道路用混凝土力学性能、耐盐冻性能的影响。其中盐冻性能的考察溶液为3.5%是基于文献调研的基础上。杨全兵等人研究了混凝土的盐冻破坏机理[5-7]，基于实测数据与计算证明了浓度为2%～6%（质量分数）的NaCl溶液将产生最大的结冰压，从而形成最严重的混凝土盐冻破坏。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥：海螺牌P.O42.5普通硅酸盐水泥；钢渣微粉：山西太钢哈斯科科技有限公司产，比表面积为434 m2/kg，水泥与钢渣微粉的化学组成见表1。

表1 水泥与钢渣的化学组成

表2 水泥的物理力学性能 MPa

1.2 试验方法

a）物理力学性能 依据水泥胶砂强度检验方法（ISO法）（GB/T17671—1999）进行制样与测试。力学参数为抗折强度与抗压强度。

b）耐盐冻性能 采用快冻法进行测试，采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082—2009）。快速冻融装置应符合现行行业标准《混凝土抗冻试验设备》JG/T243的相关规定。力学参数为动弹性模量。

1.3 配合比设计

本文研究钢渣微粉不同掺量下，混凝土力学性能、耐盐冻性能的变化；以及在钢渣微粉用量固定的基础上，复掺不同比例的粉煤灰，研究其复合效应对混凝土力学性能、耐盐冻性能的变化。具体配合比设计见表3。

表3 细石混凝土配合比设计（钢渣微粉+粉煤灰）

2 力学性能与耐盐冻性试验

依据表3配合比进行制样，待养护龄期结束后，进行力学性能与耐盐冻性能的测试。力学性能指标为抗折强度与抗压强度。耐盐冻性能指标为动弹性模量的变化率（正值为提高，负值为降低）。

注：before表示混凝土经受冻融前抗折强度值；after表示混凝土经受75次冻融试验后抗折强度值。

2.1 钢渣微粉对混凝土力学性能与耐盐冻性能的影响

图1 钢渣粉掺量对混凝土抗折强度的影响

图1所示为钢渣微粉掺量变化对混凝土抗折强度影响的试验结果。由图1可见，在未进行冻融试验前，混凝土的抗折强度随着钢渣微粉掺量的增加逐渐降低。在掺量为15%时，衰减的速率开始减缓。在经受75次冻融试验后，混凝土的抗折强度随钢渣微粉掺量的变化与初始值的变化是不同的。随着钢渣微粉掺量的逐渐增加，抗折强度先增长后降低，在掺量为10%的时候，达到了最高值。除不掺钢渣微粉的基准混凝土外，其他混凝土的抗折强度经受冻融循环试验后，均有所提高。

图2 钢渣粉掺量对混凝土抗压强度的影响

图2所示为钢渣微粉掺量变化对混凝土抗压强度影响的试验结果，在未进行冻融试验前，混凝土的抗压强度随着钢渣微粉掺量的增加逐渐降低。在钢渣微粉掺量为5%时，有0.5 MPa的增长。在经受75次冻融试验后，混凝土的抗压强度随钢渣微粉掺量的变化与初始值的变化是相似的。随着钢渣微粉的掺量逐渐增加，抗压强度先增长后降低，在掺量为15%的时候，达到了最高值。钢渣微粉的掺量为10%、15%时，混凝土的抗压强度值在经受冻融循环试验后，有所提高。

图3 钢渣粉用量变化对混凝土弹性模量变化的影响

图3为钢渣微粉掺量变化对混凝土经受冻融循环时弹性模量的影响结果。在经受25次、50次冻融循环后，弹性模量的变化不存在明显的变化规律，但在经受75次冻融循环后，试验结果发生了较大变化，弹性模量均高于未经受冻融循环前。

2.2 钢渣微粉与粉煤灰复合效应对混凝土力学性能与耐盐冻性能的影响

图4 钢渣粉与粉煤灰复合效应对混凝土抗折强度的影响

图4、图5所示为钢渣微粉与粉煤灰复掺对混凝土抗折、抗压强度影响的试验结果。在钢渣用量一定的前提下，随着粉煤灰用量的增加，抗折强度与抗压强度的变化是一致的，均在粉煤灰用量为10%时，达到最高值，这一点在经受冻融前后基本也是一致的。

图5 钢渣粉与粉煤灰复合效应对混凝土抗压强度的影响

图6 钢渣粉与粉煤灰复合效应对混凝土动弹性模量变化的影响

图6为钢渣微粉与粉煤灰复合效应对混凝土经受冻融循环时动弹性模量的影响结果。在经受25次、50次冻融循环后，动弹性模量均在粉煤灰用量10%为低值。但在经受75次冻融循环后，试验结果发生了较大变化，动弹性模量均高于未经受冻融循环前。

3 结论

a）随着钢渣微粉掺量的增加，抗折强度逐渐下降；抗压强度仅在用量为5%时，有近0.5 MPa的提高。在经历75次的冻融循环试验后，钢渣微粉对混凝土抗折、抗压强度的影响趋势发生了较大变化，抗折强度在10%时、抗压强度在15%时达到了最高值。钢渣微粉的用量变化对冻融循环过程中（25次、50次）弹性模量的影响不具有规律性，但在75次后，规律明显，随着钢渣微粉用量的增加，弹性模量也逐渐增加。

b）在钢渣微粉用量为5%的基础上，复掺粉煤灰对抗折、抗压强度的影响基本是一致的，均在粉煤用量为10%时，达到高值。在经历75次的冻融循环试验后，复合效应对混凝土力学性能、冻融循环中弹性模量的影响与之前是一致的。

c）钢渣微粉与粉煤灰复合效应有助于改善混凝土的力学性能与耐盐冻性能。