摘要
钢渣作为炼钢产业的工业废渣，大量堆积会造成一系列的环境污染问题。将钢渣用于混凝土，不仅对工业废渣再利用具有重要意义，而且还解决日益枯竭的天然骨料问题。本文以包头某厂炼钢产生的钢渣石为粗骨料，等体积替代普通混凝土中的碎石，设计了不同取代率（强度设计等级C40，取代率0%、30%、60%、100%）和不同强度等级（强度设计等级C30、C40、C50，取代率均100%）两因素，分析两因素对混凝土力学性能的影响、单轴受压时混凝土应力-应变的变化并进行公式拟合；其次，研究了取代率、强度设计等级对耐久性的影响，采用快冻法进行200次冻融循环，研究取代率、强度设计等级和不同冻融次数对质量损失和动弹性模量损失的影响；从碳化机理出发，研究钢渣替代率、强度设计等级、碳化龄期对碳化性能的影响，并考虑浇筑面对碳化深度的影响；最后，通过电镜扫描（SEM）对钢渣-水泥石和碎石-水泥石进行界面分析。 试验结果表明：钢渣中的C2S、C3S、C3A等矿物成分，可提高钢渣的活性，混凝土表观密度随钢渣粗骨料取代率的增加而增大，强度设计等级C40、钢渣粗骨料替代率100%时，其表观密度可达2869kg/m3。混凝土各龄期的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均随钢渣粗骨料替代率的增加呈增加趋势；钢渣粗骨料的掺入，使得混凝土提前满足设计强度，当强度设计等级为C40、替代率100%时，28d抗压强度较普通混凝土提高13%，虽替代率100%强度提高较大，但容易造成混凝土离析、泌水。对于不同强度设计等级的钢渣粗骨料混凝土，并不是强度设计等级越高，强度增长越大，其中C40全钢渣混凝土的在力学性能养护后期提高明显；应力-应变试验发现：钢渣的掺入可提高混凝土的延性，掺入后混凝土可见裂缝出现时间较晚，而强度设计等级的提高增加了混凝土的脆性。 耐久性试验结果表明：钢渣粗骨料混凝土的抗冻性能随钢渣替代率的增加而增强，在替代率为60%时，抗冻性能提高较大。不同的强度等级对抗冻性能影响不大；碳化试验发现：随着碳化时间的增加，混凝土碳化深度不断增加。碳化时间在14d之前，掺量为60%的钢渣粗骨料混凝土的抗碳化性能最好。不同强度设计等级的全钢渣混凝土对抗碳化性能影响不大，研究发现浇筑面对碳化影响较大（碳化深度：顶面＞侧面＞底面）。结合力学性能与抗冻性、抗碳化性能，以60%钢渣粗骨料掺量为最佳。电镜扫描试验发现：冻融前钢渣-水泥石界面致密，碎石-水泥石界面较为疏松，甚至有微裂缝出现，钢渣粗骨料混凝土界面粘结强度较高，整体性较好。冻融后的普通碎石混凝土结构表面出现较多裂缝；钢渣混凝土冻融后裂缝出现较少，且钢渣与水泥石的界面过渡区较为致密。
NETL