宝钢钢渣在混凝土材料中资源化应用技术研究.pdf

2010年第3期宝 钢 技 术 宝钢钢渣在混凝土材料中资源化应用技术研究 金 强 1 ,贺鸿珠 2 ,杨 刚 1 ,张 超 1 ,王幼琴 1 (1 .中冶宝钢技术服务有限公司,上海 200941; 2 .上海建筑建材业市场管理总站,上海 200032) 摘要:通过对宝钢不同种类的钢渣化学成分和矿物岩相组成的X射线分析、 钢渣微粉安 定性、 钢渣粒料稳定性、 钢渣集料的磨耗值、 放射性和碱度等基础特性的试验研究分析;进一步 探讨了钢渣微粉、 钢渣型砂、 钢渣集料用于钢渣粉混凝土、 钢渣透水混凝土、 钢渣配重混凝土等 新型混凝土及其制品在建筑工程中应用特点和性能;提出了钢渣在混凝土中资源化综合利用 的发展路径。 关键词:节能环保;钢渣;混凝土 中图分类号: X705 文献标志码:B 文章编号: 1008 - 0716(2010)03 - 0019 - 04 do i: 10. 3969 / j . issn . 1008 - 0716. 2010. 03 . 005 Resource Utilization of Baosteel Steel Slag a s a Concrete Ma ter ial J IN Q iang 1, H E Hongzhu2 , YANG Gang 1 , ZHANG Chao 1 and WANG Youqin 1 ( 1 . M CC Baosteel Techology Serv ice Co. , Ltd. , Shangha i 200941, C hina; 2. Shangha i Bu ild i n g M ater ia lM arket Adm in istra tion Sta tion, Shangha i 200032, Ch i na) Abstract: Through a series of analyses,including the X2ray analyses of the chemical and m ineral lithofacies compositions of different types ofBaosteel steel slag, and experimental research analyses of steel slag powder stability,the stability of steel slag aggregates,steel slag aggregate abrasion value, radioactivity, alkalinity and other basic characteristics, the features and perfor mance of steel slag powder, steel slag sand, steel slag aggregate for new type concrete, such as, steel slag powder concrete, steel slag permeable concrete,steel slag weighted concrete and its p roducts in many construction engineering fieldswere discussed . The paper also presented the development path of further utilizing steel slag as a comprehensive resource in concrete. Key words: energy2saving and environ mental p rotection; steel slag; concrete 金 强 高级工程师 65年生 年毕业于上海科学技术大学 现从事资源综合利用研究 电话 33 2 j q_qy 0 前言 资源综合利用是国民经济和社会发展的长远 战略方针,以清洁生产为中心发展循环经济,实现 可持续发展是冶金工业的必然选择。重视钢渣资 源的二次开发利用,对冶金工业钢渣的资源化利 用技术提出了更为科学的发展观。合理选择处理 工艺、 综合加工技术与产品应用技术,开发节能环 保型钢渣混凝土材料,不但可大量有效利用钢渣 资源,变废为宝,而且促进了工业固体废渣资源循 环利用的可持续发展,符合产业政策。 钢渣是炼钢转炉或电炉产生的工业废弃物, 属过烧“ 劣质 ” 熟料,具有潜在水硬活性。当前, 我国基本建设规模空前,每年仅路基与路面材料 就达数亿立方米。水泥砂石料消耗巨大,对可持 续发展的资源与环境构成了挑战,开发钢渣混凝 土应用特性材料,实现钢渣大宗、 高附加值的利 用,既是对不可再生自然资源的有利补充,更是对 环境的保护,也是建筑建材业节能、 减排、 环保,走 可持续发展道路的必然要求。 宝钢钢渣的基础特性研究 钢渣的化学和矿物成分 表显示,作为过烧熟料的钢渣,氧化硅含 91 191987 1 80194429 E m ailichahoo . com. cn 1 1. 1 1 宝 钢 技 术2010年第3期 量较低,氧化铁含量较高,与矿渣类熟料矿物相 比,转炉钢渣碱度较高,实际上形成了“ 熟料 ” 的 硅钙比例严重失衡,但按类别测定总体成分相 对稳定。 表1 钢渣化学成分的质量分数 Table 1 Chemical compositions of steel slag% 钢渣种类 wS i O2wFe2O3wA l2O3 wCaOwMgOwFeOwS wP2O5 A类渣样9 . 2811. 401. 9131. 707. 1129 . 260. 0990. 99 B类渣样8 . 6415. 051. 4840. 817. 5917 . 780. 0581. 66 C类渣样8 . 2610. 461. 4642. 0010. 7218 . 920. 0521. 64 1. 2 钢渣的岩相分析 表2中钢渣虽 然碱度较高,但 硅酸二钙 (C2S)、 硅酸三钙(C3S)总体并不高,而固熔体RO 相特征较为明显,A、B类钢渣的铁酸钙(CaFeO4) 含量极高,说明对胶凝活性有影响,也可作为无机 耐磨材料加以开发利用。 表2 钢渣矿物相组成的X射线分析 Table 2 Mineral lithofacies compositions of steel slag analyzed by X2ray% 钢渣种类 wCaFeO4 wCa OFe O ( RO相) wC2SwC3S阿利特 w2 (Fe O ) Si O2 (橄榄石) A、B类渣样472013408 C类渣样38301239 1. 3 钢渣的稳定性研究 宝钢钢渣按高温液态流动性分类处理后分为 A、B、C三类。钢渣微粉(替代水泥30%掺量)安 定性试验结果见表3,B、C类钢渣粒料稳定性试 验结果见表4。 表3 钢渣微粉(替代水泥30%掺量)安定性试验 Table 3 Stability test of steel slag fine powder (for rep lacing 30% of cement) 钢渣种类 wf- Ca O 雷氏法/mm试饼法压蒸法 A类渣样00合格合格 B类渣样3 . 712. 0合格合格 C类渣样9 . 513. 5合格合格 表4 B、C类钢渣粒料稳定性试验 Table 4 Stability test of steel slag particlesof Samp lesB and C% 钢渣粒料/mmwf - CaO 粉化率(蒸煮法 1 mm过筛) 稳定度(蒸煮法) B类 810 58 35 3. 71 0. 599. 18 mm筛余 0. 798. 65 mm筛余 0. 698. 53 mm筛余 类 5 35 5 筛余 5筛余 3筛余 表3、4反映了不同类别钢渣的稳定性特征, 说明A、B类钢渣稳定性较好,无论是微粉还是 骨料,都符合利用要求;而C类钢渣作混凝土集 料利用前,则有待进一步陈化、 处理、 消解不稳 定因素。 1. 4 钢渣集料的其他建筑应用性能指标 由表5可知,钢渣集料的指标均符合建筑材 料利用要求。因此,分析钢渣从形成到产生后的 不同处理工艺,不同钢渣材料具有较大的差异。 但钢渣是炼钢产生无机类非金属过烧“ 熟料 ”,具 有潜在水硬活性是共识,而且其金属氧化物成分 丰富,大部分又呈固熔体状,如氧化铁含量较高, 一般均大于20%。只要合理开发钢渣的潜在特 性,必将具有广泛的应用价值。 表5 钢渣集料的磨耗值、 放射性和碱度 Table 5 A brasion value, radioactivity and basicity of steel slag aggregate 普通石子 磨耗值/% A类装修材料 放射性指标 碱度 标准值181. 01. 8 A类渣样140. 13. 3 B类渣样150. 13. 8 C类渣样140. 14. 2 2 钢渣混凝土在新颖建材工程中的 应用 2. 1 钢渣粉混凝土的特点 应用研究显示:混凝土中掺加钢渣粉或复合 钢渣粉后,早期强度增长较慢、 后期强度增长较 快,抗折强度高,耐磨性好,脆度系数低;且可优化 混凝土孔结构,提高抗渗性能、 提高抗碳化能力、 降低氯离子扩散速度等,也可抑制混凝土收缩,提 高抗冻融能力和抗钢筋腐蚀能力。而且,可改善 新拌混凝土的工作性能、 减小坍落度经时损失、 易 02 C 810 89.1 0. 898. 18 mm 1. 097. 7mm 1. 197. 4mm 金 强等 宝钢钢渣在混凝土材料中资源化应用技术研究 振捣;尤其可降低水化热峰值、 延迟峰值发生时 间,而且随掺量的增加效果更明显。如表68所 示其后期强度、 抗折强度、 耐磨性能、 水化热等混 凝土理化作用得到明显改善。 表6 钢渣粉混凝土配合比与强度 Table 6 M ixing proportion and strength of steel slag powder concrete 编号 混凝土 强度等级 混凝土配合比/(kgm - 3) 水泥砂石水外加剂粉煤灰钢渣粉 坍落度 /mm 抗压强度/MPa 7 d28 d60 d 1C403606701 0101875. 76804016033. 250. 458. 6 2C403406651 0101895. 82806517031. 548. 860. 4 3C403206601 0101915. 88809017530. 447. 357. 3 4C302807301 0201833. 12803016523. 340. 545. 2 5C302607251 0201853. 15805517022. 738. 246. 7 6C302407201 0201873. 18808017021. 937. 143. 3 7C202207701 0401761. 92802016018. 227. 731. 3 8C202007651 0401791. 95804516516. 826. 432. 5 9C201807601 0401821. 98807017514. 324. 629. 1 注:表中钢渣粉为宝冶 型,水泥为海豹P. O 42. 5,低钙粉煤灰为石洞口 级,外加剂为萘系中效减水剂。 表7 钢渣粉混凝土抗折强度及耐磨性能 Table 7 Flexural strength and wear resistance of steel slag concrete 样品 钢渣粉 掺量/% 抗折强度/MPa 7 d28 d 磨坑 宽度/mm 7 d28 d A03 . 265. 0929. 4127. 78 B103 . 756. 7628. 2926. 38 C203 . 466. 1129. 7526. 98 D303 . 095. 6629. 6628. 04 E401 . 894. 2231. 3929. 89 F501 . 623. 6933. 2830. 70 G600 . 982. 8734. 8230. 75 表8 钢渣粉混凝土水化热性能 Table 8 Hydration heat of steel slag powder concrete 钢渣粉 掺量/% 水化热/ (Jg- 1) 3 d7 d14 d 基准0240306355 钢渣粉 10213278321 15197249293 20185236271 2. 2 钢渣型砂及钢渣骨料在道路混凝土中的应 用研究 根据道路混凝土对配合比的技术要求,对钢 渣型砂与骨料开展混凝土大小骨料的替代设计, 应用实践显示:不同体积替代设计的钢渣混凝土 的后期强度、 耐磨度及其抗折强度都有明显提高, 详见表,。 从表中数据可以看出,钢渣混凝土具有极高 的耐磨性能、 抗折优势和后期强度耐久性,对于道 路面层材料而言,是非常好的非金属无机矿物材 料。研究实践印证了钢渣微粉、 钢渣建筑型砂及 其骨料,应作为建筑道路混凝土的绿色新颖建材 加以推广应用,以利于系统研究并形成应用技术 标准,创新与规范钢渣新材料应用技术。 表9 不同配合比钢渣混凝土的强度 Table 9 Strength of steel slag concrete in differentmixing proportions 编号 混凝土骨料 替代量/% 28 d抗压强 度/MPa 28 d抗折强 度/MPa 150 d抗折 强度/MPa 0032. 55. 05. 3 12033. 95. 46. 1 24034. 95. 56. 4 36036. 45. 77. 2 48033. 25. 87. 0 表10 不同掺量钢渣混凝土耐磨度比对试验 Table 10 W ear resistance comparison testsof steel slag concrete in differentmixing p r oportions 编号滚筒渣替代量/%磨槽深度/mm耐磨度 001. 911. 17 1201. 401. 60 2401. 351. 66 3600. 902. 47 4800. 882. 53 2. 3 钢渣在透水透气以及配重等新颖混凝土领 域的应用研究 根据透水透气以及配重等特性混凝土的技术 要求,采用钢渣作不同规格型砂、 级配骨料配制的 特性混凝土的性能,见表3。 12 9 10 111 宝 钢 技 术2010年第3期 表11 不同水灰比透水混凝土的强度 Table 11 Strength of pervious concrete in differentwater2ce mentp r oportions 序号 水 水泥 钢渣 外加剂 7d抗压强 度/MPa 28d抗压强 度/MPa 10. 24160. 0418 . 130. 0 20. 25160. 0426 . 128. 5 30. 27160. 0424 . 430. 2 40. 29160. 0419 . 227. 3 表12 钢渣透水混凝土的透水性能 Table 12 Per meability perfor mance of steel slag pervious ce ment 技术指标 检测方法 及指标 28 d检测结果 抗压强度抗折强度 强度/MPaG BJ 811985264. 1 透水系数/ (mms- 1) 现场试验 1. 08. 3 平整度/mm3合格 表13 C30全钢渣配重混凝土性能 Table 13 Perf o r mance of C30 fu ll steel slag counter weight concrete 胶凝材/(kgm - 3) 水泥钢渣粉粉煤灰 水/kg 钢渣1/ kg 钢渣2/ kg 减水剂/ kg 坍落度/ mm 7 d抗压强 度/MPa 28 d抗压强 度/MPa 密度/ ( kgm - 3) 230301801859001 5004. 410021. 538. 53 025 3 结论 钢渣是钢铁厂排放的大宗工业固体废弃 物,极具开发循环利用价值。钢渣混凝土材料 的开发与应用,就是将各类经过水淬、 破碎、 磁 选的钢渣,在严格分类管理、 分类处理、 分级加 工的基础上,按混凝土高性能化要求,结合各类 钢渣的不同特性,加工生产成钢渣微粉、 钢渣型 砂、 钢渣集料等不同钢渣资源化产品,以钢渣混 凝土及其制品,在大型耐磨工业地坪、 市政、 工 厂道路、 江海护堤、 园林绿化景观等建筑工程中 开展节能环保型新颖混凝土材料的开发利用。 既有利于从源头上节约资源和环境保护,也符 合新颖建材节能环保型的趋势。 宝钢钢渣资源综合利用研究实践表明:钢渣 具有高耐磨性、 较高强度、 高抗折能力及潜在的水 硬活性等优良特性。在节能环保及其新颖混凝土 应用领域将具有广阔的市场前景。 (收稿日期: 2010 - 03 - 10) 专利信息 荫罩带钢及其生产方法 专 利 号: ZL01113107. 1 专利权人:宝山钢铁股份有限公司 发 明 人:李 俊 陈守群 姚林龙 沈文金 林秀贞 金仁忠 唐海波 罗文钦 彭 俊 厉以沪 本发明涉及一种彩色显像管用荫罩钢及其生产 方法。本钢的化学成分质量系数为wC0 . 002%, wTi: 0 . 005%0 . 050%,wMn: 0 . 1%0. 4%,wAl: 0 0 . 08%,wNb: 00 . 015%,wCr: 0 . 001%0 . 030%,wSi 0 . 03%,余量为Fe。本钢的生产工艺流程为:炼钢 热轧 酸洗和冷连轧或酸轧联线 连续退火和平 整 精整 荫罩带钢。本钢性能真正能够满足彩色 显像管的要求,而生产工艺得到简化,提高生产率, 缩短生产周期和降低生产成本。 抗二氧化碳腐蚀的低合金钢及油套管 专 利 号: Z L01126575 . 2 专利权人:宝山钢铁股份有限公司 发 明 人:张忠铧 郭金宝 本发明公开一种抗二氧化碳腐蚀的低合金钢及 油套管,其含有wC: 0 . 01%0 . 30%,wSi: 0 . 10% 1 . 00%,wMn: 0 . 10%2 . 00%,wCr: 0 . 50%5 . 00%, wMo: 0 . 01%1 . 00%,wCu: 0 . 05%2 . 00%,wNi: 0 . 05%1 . 00%,wAl:0 . 005%0. 100%;还可含有稀 土0 . 005%0 . 250%和ww: 0 . 01%1. 00%中任意 的一种或二种;其余为Fe和不可避免的杂质组成, 其组织为索氏体,其用于制造油气井油套管,抗CO2 抗腐蚀性能好、 好本低。 (宝山钢铁股份有限公司科技发展部供稿) 22