钢渣石混凝土的耐久性能试验研究

林威，王成刚，2，刘金玉，马兵辉，刘自民

(1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009；2土木工程结构与材料安徽省级重点实验室，安徽 合肥 230009；3亳州建投房地产开发有限公司，安徽 亳州 236800；4.安徽同济建设集团有限责任公司，安徽 合肥 230000；5.马鞍山钢铁股份有限公司技术中心综合利用研究所，安徽 马鞍山 243000）

1 引言

作为全球钢铁生产大国，近几年我国钢铁产量很大，粗钢年产超过八亿吨，其中粗钢年产超过一亿吨，钢渣产量也很高。大量钢渣的堆积，不仅导致土地资源浪费，而且给环境带来了污染的问题。我国对于钢渣的回收利用一直处于较低水平，综合利用率在30%左右。环境和资源问题正成为制约钢铁企业发展的瓶颈，钢渣的再利用是可持续发展的核心议题之一。若将钢渣用作混凝土骨料，不仅可以解决因钢渣大量堆积造成巨大的环境污染难题，节约自然资源，还将增加炼钢企业的经济效益。研究表明：钢渣集料替代混凝土中的粗细集料后，在一定程度上提高了钢渣混凝土的耐久性能和力学性能。

本文采用钢渣石代替天然石子制备C30钢渣石混凝土，研究钢渣石混凝土的耐久性能。

2 试验概况

2.1 原材料

①水和水泥：试验的拌合用水均为合肥市自来水，水泥均为P.O.42.5级普通硅酸盐水泥，全产自安徽铜陵海螺水泥厂，且生产日期均为一周内。水泥基本性能见表1。

水泥的基本性能 表1

②河砂细骨料：试验所用砂子，为普通中砂，属于Ⅱ区中砂，细度模数为2.87，具体特性见表2。

河砂基本特性 表2

③碎石粗骨料：石子为5～20mm连续级配的石灰石，并将筛分后的粗细两种碎石进行级配，其中粗细碎石质量比为7:3。并依据《建筑用卵石、碎石》（GBT14685－2001），检测了级配碎石的相关性能，结果见表3。

石灰岩碎石的基本特性 表3

④钢渣石：试验所用钢渣石是马钢四钢轧总厂300t转炉渣采用热闷工艺产生的钢渣颗粒，并采用了XRF分析方法对其化学组成进行了分析，其主要组分结果见表4。

钢渣石的主要化学成分 表4

试验所用钢渣为块状钢渣，颜色呈灰黑色，粒径在20mm以下，为5～20mm连续级配，依据混凝土碎石的检测标准检测了钢渣石的相关物理特性，结果见表5。

钢渣石的基本特性 表5

2.2 试验配合比

由于钢渣石混凝土尚处于研究阶段，没有明确的配合比可供直接使用，先依据普通混凝土配合比作为基准。其中钢渣石混凝土配合比采用等质量取代石灰岩碎石的方法，以普通混凝土配合比设计为基础，获得钢渣石混凝土的配合比。钢渣石等质量取代石灰岩碎石的比例分别为25%、50%、75%和100%，钢渣石混凝土配合比见表6。

钢渣石混凝土配合比 表6

2.3 试验方法

本试验采用半自动混凝土搅拌机，配合比采用表6中所设计的方案。按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009）要求制备混凝土立方体抗碳化、抗氯离子渗透性及耐磨性能的试件，养护到规定的龄期后测试混凝土试件各龄期的立方体抗耐久性、抗氯离子渗透性能及耐磨性能。

3 试验结果与分析

3.1 抗碳化性能

3.1.1 试验结果

通过20组共60个边长为100×100×100mm的立方体试块的测试，记录普通混凝土拌合物和不同取代率钢渣石混凝土拌合物的碳化深度数据，其试验的结果见表7。由表7中数据，绘制出不同钢渣石取代率混凝土拌和物碳化深度随时间变化曲线，如图1所示。

不同碳化龄期条件下的碳化深度（mm） 表7

图1 不同碳化龄期条件下的碳化深度

3.1.2 试验结果分析

由表7和图1可以看出：

①各组混凝土试块随着碳化时间的增加，碳化深度不断加深，早期碳化深度增加较快，后期迟缓；

②通过3d和7d的碳化数据发现，在碳化养护前期，钢渣石混凝土的碳化深度均小于普通混凝土，表现出更好的抗碳化性能，且随着钢渣取代率的提高，抗碳化性能呈现出先提高后降低的趋势；

③通过14d和28d的碳化数据发现，在碳化养护后期，钢渣石混凝土的碳化深度与普通土呈现出了更多的差异；且随着钢渣取代率的提高，抗碳化性能呈现出先提高后降低的趋势；当碳化时间为28d时，只有P1组钢渣石混凝土的碳化深度小于普通混凝土的，其他的钢渣石混凝土的碳化深度均大于普通混凝土的。

3.2 抗氯离子渗透性能

3.2.1 试验结果

通过5组共15个试块的测试，得到5组不同钢渣石取代率28d龄期混凝土试件抗氯离子渗透性电通量，如表8所示。

钢渣石混凝土抗氯离子渗透试验电通量（C） 表8

3.2.2 实验结果分析

从表8可以看出：随着钢渣石取代率的增加，混凝土电通量值也逐渐变大，抗氯离子渗透性能变差，其中取代率为25%的P1钢渣石混凝土抗氯离子性能与普通混凝土最接近。

3.3 耐磨性能

3.3.1 试验结果

通过对5组共15个边长为150×150×150mm的立方体试块的测试，得到5组不同取代率28d龄期混凝土试件耐磨试验磨坑宽度，如表9所示。

耐磨性试验磨坑宽度（cm） 表9

3.3.2 试验验结果分析

由表9可知：钢渣石取代率在25%和50%时，磨坑宽度较普通混凝土组小；当钢渣取代率超过 50%，磨坑宽度不小于混凝土组。

4 结语

①碳化时间较短时，钢渣石混凝土的抗碳化性能较普通混凝土好，钢渣石取代率为25%时，即P1钢渣石混凝土的抗碳化性能较好，优于普通混凝土。

②采用钢渣石拌制的混凝土，随着钢渣石取代率的提高，电通量增长。同时，钢渣石取代混凝土碎石会导致抗氯离子渗透性能的降低，故不建议钢渣石混凝土应用于高氯盐环境中。

③在耐磨试验中：考虑到耐磨试验中磨坑较小，仅磨损试块表层砂浆部分，未能发现钢渣石粗骨料的取代与耐磨性能之间的直接关系。