1. 引言
全国每年钢渣排放量大概4000多万吨，大部分未能加以高附价值的有效利用。转炉渣和平炉渣后期的矿物组成中含有一定数量的水泥熟料矿物组成，如C3S、C2S及C2F等，钢渣粉中的矿物晶体生产良好，结晶完整，晶粒粗大，缺陷少，水化活性低，因此钢渣粉的胶凝活性与水泥相比差不多，但同时也有着较大的提升空间 [1] [2] 。钢渣粉掺入到高性能混凝土中，可降低水泥胶体的水化热，提高混凝土结构的耐磨性，是否可以改善高性能混凝土的工作性能、力学性能和耐久性等，这些工作已经有不少学者和专家进行相关研究 [3] [4] 。近年来将钢渣作为水泥混合料、混凝土掺合料或者粗细集料用于建筑材料中使其得到一定程度的利用 [5] [6] [7] 。近些年，许多国内外钢铁企业或研究院的研究者和专家通过优化冶炼技术，不断更新钢渣预处理方法，形成了多种钢渣处理工艺技术，提高了钢渣的综合利用率，但不同处理工艺得到的钢渣的安定性、均匀性、粒度和活性存在较大差异 [8] [9] 。在钢渣粉混凝土的使用性能方面，大量学者和专家开展了大量的研究工作 [9] [10] [11] 。大量学者和专家的工作：研究钢渣粉对普通混凝土(C50及以下)工作性能、力学性能、耐久性的影响；且钢渣粉普通混凝土已经在各建筑工程中得到应用，且钢渣粉混凝土各种性能指标满足相关标准和工程的需要；笔者主要研究钢渣粉在C60高性能混凝土的应用。
本文针对磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺制备C60高性能混凝土，笔者研究磨细钢渣粉和矿渣粉的不同复掺比例下，对高性能混凝土抗压强度和抗渗性能的影响。
2. 原材料与试验仪器、试验设计方案
2.1. 原材料
海螺PⅡ52.5水泥，来源于安徽省芜湖市海螺集团有限公司；细度1.0% (320目筛)；比表面积372 kg/m3；安定性合格；游离氧化钙和游离氧化镁合格；初凝时间和终凝时间分别为115 min和235 min；3 d和28 d抗折强度分别为5.8 MPa和8.4 MPa；3 d和28 d抗压强度分别为32.5 MPa和59.7 MPa。
磨细钢渣粉：来源于安徽省马鞍山市马钢集团总部生产的磨细钢渣粉；细度0.8% (200目筛)；比表面积416 kg/m3；烧失量1.36%；碱含量1.8%。
S105级矿渣粉：来源于安徽省马鞍山市马钢集团总部生产的矿粉；比表面积406 kg/m3；流动度比107%；烧失量1.25%；活性指数98%；碱含量0.82%；SO3含量1.17%。
天然河砂，Ⅱ区中砂；来原于安徽省合肥市肥西县某砂场；颗粒级配良好；含泥量1.6%；泥块含量0.3%；细度模数为3.00；比表面积2610 kg/m3；坚固性6.5%；氯离子含量0.004%。
碎石，来源于安徽省芜湖市某石料场；5 mm~10 mm和10 mm~20 mm两级配搭配(3:7)；含泥量0.3%；泥块含量0%；比表面积2660 kg/m3；颗粒级配良好；针片状颗粒含量6.5%；压碎值7.2%；坚固性7.5%。
聚羧酸系高性能减水剂，来源于江苏苏博特建材科技有限公司；减水率 > 30%；含气量 < 3.0%；氯离子含量0.006%；碱含量1.25%；硫酸钠含量2.10%。
水：为引用自来水。
其PO425水泥和粉煤灰、钢渣粉的化学成分见表1所示。
Table 1. PO425 Chemical composition analysis of cement, fly ash and steel slag powder
表1. PO425水泥、粉煤灰、钢渣粉的化学成分分析
2.2. 试验仪器
单卧式混凝土强制式搅拌机S60、万能压力试验机SY1000，全自动混凝土抗渗仪TK04、混凝土振动台T01、电子分析天平WP201、抗压强度试模、抗渗性试模、等等。
2.3. 试验设计方案
本文以磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺制备C60高性能混凝土，研究磨细钢渣粉和矿粉复掺或单掺对高性能混凝土性能(抗压强度和抗渗性能)，其C60高性能混凝土配合比如表2所示。
Table 2. C60 Mix ratio design of ground fine steel slag powder and slag powder mixed with high performance concrete
表2. C60磨细钢渣粉和矿渣粉复掺高性能混凝土配合比设计
3. 试验分析
3.1. 磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺对C60高性能混凝土力学性能的影响
表3为磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺对C60高性能混凝土抗压强度的影响。
从表3中可知：与单掺磨细钢渣粉、或单掺矿渣粉相比，磨细钢渣粉和矿粉两者复掺时，其C60高性能的抗压强度最高，单掺矿渣粉(1#试样)的C60高性能混凝土的抗压强度次之，单掺磨细钢渣粉(10#试样)的C60高性能混凝土的抗压强度最低；不论是早期强度(1 d和3 d)，还是后期强度(7 d和28 d)，磨细钢渣粉或矿渣粉掺量的变化，对C60高性能混凝土抗压强度影响规律一致；从表3中还可以看出：当磨细钢渣粉和矿渣粉两者复掺时，随着矿物掺合料中磨细钢渣粉比例的增加，其C60高性能混凝土抗压强度先逐渐增加而后逐渐下降，当磨细钢渣粉和矿粉复掺比例为4:5时，其C60高性能混凝土抗压强度达到最大值，如5#试样的1 d、3 d、7 d和28 d抗压强度分别为37.8 MPa、48.4 MPa、65.7 MPa和75.6 MPa。因此：根据磨细钢渣粉和矿渣粉不同复掺比例对C60高性能混凝土早期和后期抗压强度的影响规律，磨细钢渣粉和矿粉的最佳复掺比例为4:5。
Table 3. Effect of remixing or single mixing of fine steel slag powder and slag powder on the compressive strength of C60 high performance concrete
表3. 磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺对C60高性能混凝土抗压强度的影响
3.2. 磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺对C60高性能混凝土抗渗性能的影响
表4为磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺对C60高性能混凝土抗渗性能的影响。
Table 4. Effects of remixing or single mixing of fine steel slag powder and slag powder on the impermeability performance of C60 high performance concrete
表4. 磨细钢渣粉和矿渣粉复掺或单掺对C60高性能混凝土抗渗性能的影响
从表4中可知：当利用矿物掺合料磨细钢渣粉和矿渣粉复掺制备C60高性能混凝土时，与单掺磨细钢渣粉相比，或与单掺矿渣粉相比，磨细钢渣粉和矿渣粉两者复掺时，其C60高性能混凝土的渗水高度最小、渗透系数最低，即磨细钢渣粉和矿渣粉两者复掺时抗渗效果最好，单掺矿渣粉(1#试样)的抗渗效果次之，单掺磨细钢渣粉(10#试样)的抗渗效果最差；从表4的试验数据还可以看出：当磨细钢渣粉和矿渣粉两者复掺时，随着矿物掺合料中磨细钢渣粉所占比例的增加，其C60高性能混凝土渗水高度先逐渐下降而后逐渐增加，当磨细钢渣粉和矿渣粉两者复掺比例为1:2时(4#试样)，其C60高性能混凝土渗水高度最低。主要原因：磨细钢渣粉和矿渣粉两种掺合料对混凝土结构影响不同，但是两种掺合料相互复掺时，可以相互补充、相互叠加、相互交叉，使两者复掺时的效果优于单掺钢渣粉或单掺矿粉；由于矿渣粉的活性效果和填充效果优于钢渣粉，所以矿渣粉的比例高的效果更好；当钢渣粉和矿渣粉的各种作用效果综合在一起时，当钢渣粉和矿渣粉的复掺比例为1:2的效果最佳。综合考虑磨细钢渣粉和矿渣粉对C60高性能混凝土渗水高度和渗透系数的影响，其磨细钢渣粉和矿渣粉两者最佳复掺比例为1:2。
4. 结论
(1) 与单掺磨细钢渣粉或矿渣粉相比，磨细钢渣粉和矿粉两者复掺时的抗压强度最高；单掺矿渣粉的抗压强度次之；单掺磨细钢渣粉的抗压强度最低。
(2) 与单掺磨细钢渣粉或矿渣粉相比，磨细钢渣粉和矿粉两者复掺时的抗渗效果最好；单掺矿渣粉的抗渗效果次之；单掺磨细钢渣粉的抗渗效果最差。
(3) 对抗压强度而言，其磨细钢渣粉和矿渣粉两者最佳复掺比例为4:5；对抗渗性能而言，其磨细钢渣粉和矿渣粉两者最佳复掺比例为1:2。
参考文献
NOTES
*第一作者。