關于鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能的影響研究

呂芳禮 姜雨辰

（徐州工程學院，江蘇 徐州 221000）

隨著建筑工程建設數量的增加，工程項目的應用安全變得愈加重要。自密實混凝土在建筑工程的應用范圍較為廣泛，在正式使用時要合理規范材料性能，通過試驗總結鋼纖維、鋼渣與材料性能之間的關系，從而提高自密實混凝土的應用效果。

1 自密實混凝土的基礎性能

自密實混凝土屬于性能較高的混凝土，簡稱為SCC，由粗、細骨料、膠結材料與外加劑混合而成，借助合適的配制比例，具有粘聚性佳、流動性高的優勢，不會在實際使用時產生泌水、離析問題。實際施工中應用自密實混凝土，無需開展振搗成型工作，可借助混凝土的流動完成縫隙填充工作。自密實混凝土多應用于特殊形狀、鋼筋密集、澆筑高度大、澆筑深度深、澆筑量大的混凝土工程中。從自密實混凝土的應用狀態來看，與普通混凝土相比，無論是性能試驗方式、質量控制還是配合比例設計，都存有較大不同。同時，高效減水劑、骨料與礦物摻合料的配制比例會嚴重影響混凝土的內部性能，需要深入分析礦物摻合料中的硅灰、鋼渣與粉煤灰等材料的使用狀態，科學完善調配比例，使自密實混凝土的內部性能更佳。

2 鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能影響試驗過程

2.1 確認原材料

開展自密實混凝土性能檢測試驗前，要科學確認原材料。試驗中的原材料主要包括鋼渣、粉煤灰、水泥、鋼纖維、粗骨料、細骨料、外加劑等。鋼渣采用高粒狀鋼渣，細度為20.9%；粉煤灰為二級粉煤灰，表觀密度在2 300kg/m3，需水量為103%；水泥為PO42.5 類硅酸鹽水泥，表觀密度在3 150kg/m3左右；鋼纖維為端鉤類鋼纖維，直徑與長度分別為0.75mm、35mm；粗骨料粒徑在4.75～10mm 之間；2.35mm 的細骨料用水洗河砂；外加劑為高效減水劑，可將減水率控制在30%左右，應用前還要規范稀釋減水劑。原材料選擇完成后，要了解鋼渣、粉煤灰與水泥等材料的化學成分，在明確配制比例的基礎上，適時增強各項原材料的使用效果。

2.2 設計配制比例

各項原材料調整配制比例時，要設置試驗研究目標，即探索鋼纖維、鋼渣與自密實混凝土性能的關系。具體來看，要適當挑選2 種鋼渣，以不同比例投放到對應的混凝土材料中，摻量分別占據膠凝材料的30%和10%。確認鋼渣摻量的過程中，要科學把控摻量范圍，不可使自密實混凝土出現離析現象，還要在該類材料中添加適當的鋼纖維，并將混合物的水膠比控制在0.37 左右，借助減水劑劑量的科學調整，將坍落度控制在700mm 以上。原材料攪拌時，相關人員要嚴格遵照攪拌流程，嚴格控制攪拌時間、攪拌位置，提高試驗的科學性。各項原材料比例調配完成后，要科學記錄實驗數據，科學控制鋼渣、鋼纖維的具體含量。

2.3 明確試驗方式

自密實混凝土性能試驗包括2 項測試內容，即力學性能檢測與工作性能檢測，相關人員應依照混凝土材料的不同性質，為各項檢測工作挑選合適的方式。

（1）開展力學性能檢測的過程中，要嚴格遵循混凝土材料力學性能檢測方式標準，借助150mm×150mm×150mm 立方體來評估、測試混凝土材料的抗壓強度，不同配制比例要與對應的立方體結合，每3 塊設置成1 組，將其應用到混凝土28d 抗壓強度與7d 抗壓強度測試中，檢測加載速度為6kN/s。與抗壓強度檢測相似，要將150mm×150mm×150mm 的立方體應用到抗拉試驗中，與抗壓強度相比，抗拉試驗的加載速度在1.3kN/s 左右，讓各個配合比與3個立方體相對應，并提取3 個立方體的平均值當作抗拉強度值，適時縮減試驗誤差。還要對400mm×100mm×100mm 的棱柱體開展彎曲度試驗，其位移加載速率在0.1mm/min 左右，完成試驗后，可提取3 個試件的彎曲度，將平均數當作抗折強度。

（2）觀察自密實混凝土工作性能時，要合理檢測坍落度，了解該類材料的內部性能。例如，正式檢測時，要及時記錄自密實混凝土材料流動停止期間的坍落擴展值，明確坍落擴展直徑，利用該項數據來精準評估自密實混凝土材料的流動狀態。當自密實混凝土材料的擴展度為500mm 時，要及時記錄該階段的流動時間，科學規范漏斗流動時間，再將該數據當作評價自密實混凝土粘聚性的依據。自密實混凝土增加鋼纖維后，進行坍落度測試時發現，鋼纖維的分布較為均勻，且未存有偏析或泌水現象。

3 鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能影響試驗結果分析

3.1 力學性能檢測結果分析

3.1.1 抗壓強度

關注抗壓強度變化，可得到自密實混凝土性能檢測中28d 與7d 的抗壓強度，分別為48.4～63.5MPa、35～46.6MPa。若鋼纖維摻量不變，7d 抗壓強度會隨鋼渣的增多而下降，將10%、30%的水泥替換為鋼渣后，可適時增加28d 的抗壓強度。引發抗壓強度變化較大的要素：鋼渣內的二氧化硅含量要超出水泥材料內的二氧化硅含量，鋼渣可適時縮減混凝土基體的孔隙率，提高骨料與漿體間的粘結程度，全面增強混凝土結構的堅硬程度，從而增強自密實混凝土的抗壓強度。使用高含量的二氧化硅，不僅能增強自密實混凝土的整體抗壓強度，還能適當強化混凝土內部的機械性能，全面提升該類材料的抗彎強度與抗壓強度。關注鋼渣與自密實混凝土抗壓強度的關系時發現，使用該材料后，混凝土抗壓強度有所增強，試驗中鋼渣的比表面積較小，也就是說，隨著鋼渣比表面積的增加，抗壓強度有所增強，即鋼渣比表面積與抗壓強度的聯系較為密切。使用10%、30%的鋼纖維后，混凝土的抗壓強度有些許改變，即10%的鋼纖維混凝土可適時增強混凝土整體抗壓強度，而隨著鋼纖維用量的變化，抗壓強度明顯下降，30%的鋼纖維混凝土可不斷縮減混凝土的抗壓強度，從試驗數據變化過程看出，當鋼纖維混凝土用量在16%時，其抗壓強度達到最佳狀態。

3.1.2 抗折強度與抗拉強度

分析自密實混凝土性能的抗折強度與抗拉強度時發現，混凝土材料28d 的抗折強度、抗拉強度分別為3.3～7.8MPa、4.2～6.4MPa。觀察鋼渣和鋼纖維使用狀態時發現，若將10%、30%的水泥替換為鋼纖維、鋼渣，會極大增強混凝土內部的抗折強度、抗拉強度。提升抗折強度、抗拉強度的主要原因：當混凝土產生裂縫時，混凝土基體將與鋼纖維共同承擔相應拉力，而在裂縫寬度增加的過程中，混凝土裂縫出現受拉破壞的情況，不會承擔更大的拉力，全部拉力附著在鋼纖維表面，使其出現脫落與拔出現象。增加鋼纖維的過程中，裂縫內部的纖維數量有所增加，進一步增強了自密實混凝土的強度。若鋼渣、鋼纖維與混凝土結合，鋼渣中的骨料可極大增強纖維基體的粘結性，無形中增強了抗折強度、抗拉強度。完成抗折試驗與抗拉試驗后，相關人員應適時檢查試樣內部的破壞模式，即自密實混凝土遇到破壞后，其斷裂部分會被分割成兩半，呈現出脆性破壞。若自密實混凝土內混有鋼纖維，則混合物的側面與加載面會產生較多裂縫，且在遭受破壞后仍能合理連接，強化混凝土材料的延性。

3.2 工作性能檢測試驗的結果分析

3.2.1 流動時間

流動時間包括漏斗流動時間與T500（新拌混凝土）流動時間。完成混凝土性能檢測試驗后得出漏斗流動時間、T500 流動時間范圍分別為7.3～17.4s、3.0～6.5s，要及時分辨不同漏斗的黏度等級，再根據等級變化適時找尋等級的對應要求。若鋼纖維摻量保持不變，無論是漏斗流動時間還是T500 流動時間，都呈現出先縮減再增加的發展趨勢。鋼渣摻量會影響漏斗流動時間和T500 流動時間。在增加鋼渣和鋼纖維摻量的過程中，流動時間出現了不同程度的變化，需要探究增加的摻入量、流動時間的最大增加值。從鋼渣和鋼纖維摻入范圍來看，當鋼纖維增加0.9%、鋼渣增加30%時，流動時間出現最高值，漏斗流動時間增加了98%、T500 流動時間增加了2 倍。

3.2.2 坍落擴展度

坍落擴展度的變化與鋼纖維、鋼渣摻量的增加有關。在開展自密實混凝土性能試驗時，增加了鋼纖維、鋼渣后，其坍落度的變化范圍為652～760mm，混凝土內部的所有混合物都達到當前坍落擴展等級要求，該要求標準處在660～750mm 之間。若鋼纖維摻量保持不變，自密實混凝土的坍落度會隨鋼渣用量的變化而發生改變，鋼渣用量增加時，坍落度呈現先增加后縮減的發展趨勢。若想改進混凝土材料坍落度的流動性，要選取15%的鋼渣，無論是超出15%還是未能達到15%，都難以看出坍落度的增長趨勢。若鋼渣用量由10%增加至30%，混凝土內部的坍落擴展度將明顯下降，引發該類數值變化的原因為減水劑使用量未達到試驗標準，使用該類材料的主要原因是避免混凝土內部材料產生離析與泌水現象。相關人員在完成試驗后，需要科學調整減水劑用量?；炷林刑砑愉摾w維后，其黏度明顯增長，坍落擴展度也發生了較大變化，即隨鋼纖維用量的增加而逐步縮減。通過觀察試驗數據，在混凝土中增加鋼渣可極大地改變該類材料的內在性質，坍落擴展度變化較大，利用鋼渣可有效縮減新拌混凝土與鋼纖維間的摩擦力，削減自密實混凝土內部的流動阻力。

4 鋼渣和鋼纖維對自密實混凝土性能影響試驗的結論分析

（1）探究鋼纖維、鋼渣與自密實混凝土性能的關系后發現，鋼纖維表面的水化物可增強基體和纖維間的粘結性，對鋼渣的內部細度進行合理規范，利用該材料代替部分水泥，可出現不同類型的凝膠，該類凝膠能在不自覺中縫合基體表面裂縫，使材料內部的微觀結構更加穩定，即自密實混凝土性能與鋼纖維充分融合后，可極大地提升內部的力學性能。

（2）借用鋼渣代替部分水泥，可有效改進自密實混凝土內部的抗折強度、抗拉強度與抗壓強度。在項目建設中，相關人員可采用鋼渣代替30%的水泥，再在混凝土中摻入0.9%的鋼纖維，適時加強該類土體的力學性能。從本文的試驗數據可以看出，使用一定量的鋼纖維、鋼渣，可明顯提升混凝土材料內部的抗折強度、抗拉強度與抗壓強度。

（3）當前試驗中，在混凝土中加入30%的鋼渣，自密實混凝土的間隙通過性和粘聚性逐步變差；在混凝土中加入10%的鋼渣，可極大改善自密實混凝土的內在性能?；炷羶仍黾右欢康匿摾w維后，自密實混凝土的工作性能呈下降趨勢，從鋼纖維體積摻量來看，當體積摻量在0.6%以上時，自密實混凝土的間隙通過性快速下降，難以滿足混凝土性能測試的要求。

5 結語

綜上所述，通過自密實混凝土性能試驗，工作人員可科學探究出鋼纖維、鋼渣與混凝土性能的關系，合理規劃混凝土材料中的各項性能指標，及時解決建筑工程中混凝土材料的應用問題，全面提高混凝土材料的使用質量和自密實混凝土材料應用的可持續性。