碳纖維鋼渣復合摻料對混凝土力學性能的研究

姚 薇 劉發明

（宿州學院資源與土木工程學院 安徽宿州 234000）

0 前言

隨著社會經濟的飛速發展，人們越來越重視建筑行業，尤其是在工程建設中所帶來的環境污染問題。混凝土作為目前使用最廣的建筑材料，具備許多其他建筑材料沒有的特性，其中它與鋼筋的粘結強度大最為重要，此外，混凝土可進行大規模、大批次的生產。現如今，混凝土應用廣泛，涉及到建筑、鐵路、橋梁以及公路等多個領域[1]。在我國，每年由于建筑物的擴建、修建以及廢舊建筑物的拆除所帶來的混凝土固體廢棄物重量就達到0.3～0.4億t[2-3]。水泥作為混凝土的主要摻和物之一，在制作它的過程中消耗了大量的能源，嚴重污染環境。

眾所周知，中國是鋼材進出口大國，因此，隨之產生的工業廢渣數量驚人，除此之外，作為水泥生產大國來說，水泥生產會嚴重影響到環境安全。如何解決工業廢渣和水泥帶來的環境問題呢。國內專家也對此進行了研究，胡佳波[4]在對鋼渣混凝土耐久性的研究中得出，鋼渣以不同的摻量加入混凝土中能夠改善混凝土的抗碳化性以及抗氯離子滲透性等。劉攀[5]把鋼渣摻入混凝土中以后，鋼渣粉的摻量不應超過30%，其28d抗壓強度可以接近甚至超過普通混凝土。當前，就已有的碳纖維鋼渣復合摻料對混凝土力學性能的研究資料來看，還存在較多盲區，因此，本實驗主要對等量的鋼渣、碳纖維、碳纖維鋼渣復合摻料對混凝土抗壓強度影響進行分析。

1 試驗方案

（1）本實驗采用安慶市巢安水泥有限公司所生產的P.C32.5普通硅酸鹽水泥，采用安徽靈壽縣鑫輝建材貿易有限公司所生產的細度為400目的鋼渣粉。

（2）采用領航短切5mm的碳纖維，拉伸膜量為230GPa，抗壓強度為3530MPa。

（3）粗集料采用粒徑為8～20mm連續級配的碎石，細集料采用粒徑為0.2～5mm連續級配的天然砂。

（4）水采用純凈水。

2 配合比

本次試驗將以C30混凝土的配合比作為基礎，分別以10%、15%、20%的鋼渣和0.5%、1.0%、1.5%代替等量水泥找到抗壓強度最大值。本次將設置7組試驗，其中有一組將以強度等級C30的混凝土作為空白試驗對照組，共21個試件，每組3個試件，試件制備完成后，標準養護條件下，養護24h，然后脫模，再在標準養護條件下對試塊進行養護，養護時間為28d。除去相差較大的數據，取其平均值，以降低誤差，試驗配合比如表1所示。

3 試驗結果與分析

3.1 鋼渣代替等量水泥與對混凝土力學性能的影響

在標準養護條件下，分別以鋼渣摻量所占混凝土百分比的0、10%、15%、20%進行養護，養護28d的鋼渣混凝土試件，利用萬能試驗機進行單軸壓縮試驗研究鋼渣混凝土的抗壓強度，如圖1所示，當鋼渣摻量所占混凝土百分比在0%～20%時，鋼渣混凝土的抗壓強度比C30混凝土的抗壓強度都高；當鋼渣摻量所占混凝土百分比在0%～10%時，鋼渣混凝土的抗壓強度隨著鋼渣摻量的增加而增大；當鋼渣摻量所占混凝土百分比在10%～20%時，鋼渣混凝土的抗壓強度隨著鋼渣摻量的增大而減小，但高于對照組混凝土強度。

表1 混凝土配合比（kg/m）

圖1 鋼渣對混凝土抗壓強度影響

3.2 碳纖維鋼渣代替等量水泥對混凝土力學性能的影響

將復合摻料按鋼渣摻量占混凝土百分比的10%，分別以碳纖維摻量所占混凝土百分比的0.5%、1.0%、1.5%進行養護，養護時長為28d，養護完成的碳纖維鋼渣混凝土試件，在萬能試驗機下就進行單軸壓縮試驗，用以研究碳纖維鋼渣混凝土的抗壓強度。如圖2所示，碳纖維鋼渣混凝土的抗壓強度隨著碳纖維摻量的增加而降低，相較于鋼渣混凝土而言，碳纖維鋼渣混凝土的抗壓強度較低。因此，摻入碳纖維不僅不能使得混凝土的抗壓強度增大，還會因為碳纖維摻入量的增加降低混凝土的抗壓強度。

4 結語

通過上述試驗研究表明：

（1）鋼渣摻量所占混凝土百分比在0%～20%這一范圍內，鋼渣混凝土的抗壓強度均高于對照組混凝土的抗壓強度，可以作為等量水泥的替代從而使得混凝土抗壓強度增大。隨著碳纖維摻量的增加，混凝土的抗壓強度隨之降低。

（2）隨著碳纖維摻量的增加碳纖維鋼渣混凝土的抗壓強度降低。

基金項目：安徽省大學生創新創業訓練計劃項目（201810379091）。

圖2 碳纖維對混凝土抗壓強度影響