1. 引言
混凝土是当今应用最广泛的建筑材料，它通常是以水泥为胶结材料，以天然砂石为集料加水拌合，经过浇筑成型、凝结硬化而成 [1] 。集料是混凝土的重要组成材料，在混凝土中所占的体积甚至可高达约为70%~80% [2] 。它对混凝土许多重要的性能如强度、体积稳定性及耐久性都会产生重要的影响。集料的存在为水泥浆提供了可以填充且结构结实的骨架，使得混凝土比单纯的水泥石具有更高的体积稳定性和更好的耐久性，且集料的成本比水泥的低很多，这使得混凝土材料的成本更加低廉 [3] 。
界面过渡区是混凝土中薄弱的环节 [4] [5] ，国内外学者通常掺入一定量不同细度或火山灰活性的固体废弃物掺和料来改善界面过渡区，并取得了一定的效果 [6] [7] 。但掺和料在混凝土材料整体掺入量相对较少，而集料(粗集料 + 细集料)占混凝土体积甚至可高达70%~80%，如果能选择合适的固体废弃物作集料，并对混凝土材料宏观性能起到改善作用，将会对混凝土材料的高性能化、绿色化发展做出重要贡献。
钢渣和硅酸盐水泥熟料具有相似的矿物组成，具有一定的水硬活性 [8] ，如果将钢渣作为集料掺入混凝土中，钢渣的水硬活性会对混凝土的界面过渡区具有潜在的改善作用 [9] 。基于此，本章针对钢渣作集料，深入研究其对混凝土力学行为的影响，揭示固体废弃物作集料的界面过渡区效应对混凝土力学性能的影响机制。
2. 原材料及实验
2.1. 原材料及配比
实验所用水泥和掺和料分别为海螺P.I型52.5普通硅酸盐水泥和矿粉(S95)，矿粉体积参量为35%，化学组成见表1。集料为粒径分布相似的普通集料、钢渣集料，表观密度分别为2366 kg/m3和3520 kg/m3。
实验主要通过调整配合比中集料体积掺量和矿粉来控制ITZ微观结构，探索ITZ对混凝土力学性能的影响。按集料种类共设计配比见表2、表3，实验采用水灰比0.35。
2.2. 试样的制备与养护
按照混凝土设计配比，准确称取原材料各组分质量，采用机械搅拌将试样各组分均匀混合。然后把
Table 1. Chemical compositions of the raw material used in the test (wt/%)
表1. 原材料化学组成(wt/%)
Table 2. Comment aggregate concrete match ratio
表2. 普通集料混凝土配比
注：C-A-45代表普通集料混凝土，集料体积参量45%。C-S-A-45代表掺入矿粉的普通集料混凝土，矿粉体积参量35%，集料体积掺量45%。
Table 3. Steel slag aggregate concrete match ratio
表3. 钢渣集料混凝土配比
注：C-A-45代表普通集料混凝土，集料体积参量45%。C-S-A-45代表掺入矿粉的普通集料混凝土，矿粉体积参量35%，集料体积掺量45%。
新拌混凝土装入到40 mm × 40 mm × 160 mm的试模中，通过振动台成型试件。带模试样在20˚C ± 2˚C、相对湿度95% ± 5%养护室中放置24 h后拆模，继续养护到设定龄期后(3 d、28 d和56 d)分别测其抗压强度。
2.3. 力学性能
试样养护至规定龄期后取出(3 d、28 d和56 d)，测试其抗压强度和抗折强度。其中，测试抗折强度时的加压速率为(50 ± 10)N/S，测试抗压强度时的加压速率为(2400 ± 200)N/S。最终实验结果取六个试块的平均值。
3. 实验结果与讨论
3.1. 普通集料混凝土抗压强度变化规律
实验根据表2配置成普通集料混凝土和掺加35%的矿粉的普通集料混凝土，抗压强度分别如图1和图2所示。
图1为未掺加掺和料的普通混凝土。由图可知，随着集料体积掺量由0增加到60%的过程中混凝土
Figure 1. Compressive strength of ordinary aggregate concrete without admixture
图1. 未掺加掺和料普通集料混凝土抗压强度
Figure 2. Compressive strength of ordinary aggregate concrete mixed with 35% mineral powder
图2. 掺加35%矿粉普通集料混凝土抗压强度
3 d、28 d和56 d抗压强度略增加后降低，并在集料体积参量为15%时达到峰值。3 d抗压强度在集料体积掺量为0时取得最低值，28 d和56 d的最低值均在体积掺量为60%。集料体积掺量从45%增加到60%，抗压强度均在45%的时候出现缓降。
图2掺加35%的矿粉混凝土由图可知，集料体积掺量由0增加到60%，3 d、28 d和56 d抗压强度均先增加后降低，并同时在集料体积参量为45%时达到峰值。集料体积掺量由0增加到45%时，抗压强度均缓慢增加，之后下跌。抗压强度最小值均出现在60%。
3.2. 钢渣集料对混凝土抗压强度的影响规律
实验根据表3配置成钢渣集料混凝土和掺加35%的矿粉的钢渣集料混凝土，抗压强度分别如图3~图6所示。
图3为未掺加掺和料的钢渣集料混凝土。由图可知，集料体积掺量由0增加到60%，3 d抗压强度先增加后降低，并在45%时达到峰值。28 d和56 d抗压强度均先降低后缓慢上升，同时在45%时达到峰值后强度降低。3 d抗压强度在集料体积掺量为0取得最小值；28 d和56 d在60%取得最小值。
图4为不同龄期未掺加掺和料钢渣集料混凝土抗压强度与基准混凝土抗压强度对比图。由图可知，集料体积掺量由0增大到15%，3 d抗压强度同时增加，之后基准混凝土强度逐渐降低，而钢渣集料混凝土强度则缓慢增大并在45%达到极值，之后降低；28 d钢渣集料混凝土抗压强度的极值点在45%，而基准混凝土的集料体积掺量的极值点在15%；56 d钢渣集料混凝土抗压强度与28 d强度就有相同规律。
图5为掺加35%矿粉钢渣集料混凝土。由图可知，集料体积掺量由0增加到45%，3 d、28 d和56 d抗压强度均缓慢上升，并在45%时达到峰值，之后强度下降。3 d、28 d和56 d的最低值均在60%时。集料体积掺量由15%增加到45%时，28 d强度线最平缓。
图6为不同龄期的掺加35%矿粉钢渣集料混凝土抗压强度和基准混凝土抗压强度对比图。由图可知，集料体积掺量由0增加到30%，钢渣集料混凝土和基准混凝土3 d抗压强度同时增加，之后随着集料体积掺量的增大钢渣集料混凝土强度相对于基准混凝土增加程度大，二者同时在集料体积掺量为45%达到
Figure 3. Compressive strength of steel slag aggregate concrete without admixture
图3. 未掺加掺和料钢渣集料混凝土抗压强度
Figure 4. Compressive strength of steel slag aggregate concrete without admixture: (a) 3 d, (b) 28 d, (c) 56 d
图4. 未掺加掺和料时不同龄期钢渣集料混凝土抗压强度：(a) 3 d，(b) 28 d，(c) 56 d
Figure 5. Compressive strength of steel slag aggregate concrete mixed with 35% mineral powder
图5. 掺加35%矿粉钢渣集料混凝土抗压强度
Figure 6. Compressive strength of steel slag aggregate concrete with 35% mineral powder: (a) 3 d, (b) 28 d, (c) 56 d
图6. 掺加35%矿粉不同龄期钢渣集料混凝土抗压强度：(a) 3 d，(b) 28 d，(c) 56 d
极值，之后强度降低，二者同时在60%取得最低值；钢渣集料混凝土和基准混凝土28 d抗压强度具有相同变化规律；集料体积掺量由0增大到30%，钢渣集料混凝土和基准混凝土56 d抗压强度具有相同变化规律，由30%增加到45%，二者同时增大，之后同时降低，在60%处取得最小值。
4. 结论
1) 集料体积掺量由0增加到60%，普通集料混凝土3 d、28 d和56 d抗压强度均先增加后降低，并同时在集料体积参量为15%时达到峰值；35%矿粉的普通集料混凝土3 d、28 d和56 d抗压强度具有相同规律，不同的是峰值在45%时取得。
2) 未掺加掺和料的钢渣集料混凝土中随着集料体积掺量由0增加到60%，3 d抗压强度先增加后降低，并在45%时达到峰值。28 d和56 d抗压强度均先降低后缓慢上升，也在45%时达到峰值，之后强度降低；
3) 掺加35%矿粉的钢渣集料混凝土中集料体积掺量由0增加到60%，3 d、28 d和56 d抗压强度均缓慢上升，并在集料体积掺量在45%时达到峰值之后强度下降。