钢渣混凝土配制及在护岸工程中的应用.pdf

2 0 1 3年 第 5期 ( 总 第 2 8 3 期 ) Nu mb e r 5 i n2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE CHNOL OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 5 0 4 5 钢渣混凝土配制及在护岸工程中的应用 徐兵 ，於林锋 z ，顾文飞 ， ，朱盛胜 2 ( 1 宝钢发展有限公司，上海 2 0 1 9 9 9 ；2 上海市建筑科学研究院 ( 集团)有限公司，上海 2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ： 通过钢渣微粉活性分析 、 钢渣骨料的安定性分析以及配合 比设计 ， 可配制出综合性能 良好的钢渣混凝土。 钢渣混凝土 中钢渣等固废 占3 0 以上， 其中钢渣粉代矿粉 1 5 以上 、 转炉滚筒钢渣代砂 4 0 以上、 电炉钢渣代碎石 2 0 以上 。 钢渣混凝土 2 8 d 力学 、 耐久性能和普通混凝土相当， 抗折强度有明显提高。 在上海某护岸工程中应用钢渣混凝土， 预制桩中钢渣混凝土对 比普通 混凝土 ， 2 8 d 抗压强度提高 8 ， 2 8 d 抗折强度提高 1 2 ， 试验段基桩均达到 1 类桩要求。 在胸墙混凝土对 比试验 中， 钢渣混凝土 比普通混凝 土 2 8 d抗压强度提高 4 3 、 3 6 0d 抗压强度提高 1 7 2 、 2 8 d抗折强度提 高 3 7 、 5 6 d氯离子渗透能力达低等水平 ， 抗渗等级提高 1 个等级。 试点工程证明， 经科学配制的钢渣混凝土满足一般护岸工程设计和施工要求。 关键词 ： 钢渣微粉 ；钢渣骨料 ；混凝土；护岸工程 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 1 5 4 0 4 S t e e l s l a g c o n c r e t e pr e pa r a t i o n a n d t h e a p p l i c a t i o n i n t h e b a n k p r o t e c t i o n e n g i n e e r i n g XUBi n g ， YULi n - f e n g ， GU We n- f e i I , ZHU S h e n g - s h e n g ( 1 B a o s t e e l C o mp r e h e n s i v e I n d u s t r i e s D e v e l o p me n t C o ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 1 9 9 9 ， C h i n a ； 2 S h angha i R e s e a r c h Ins ti t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e s ( G r o u p ) C o ， L t d ， S h angha i 2 0 0 0 3 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h t h e s t e e l s l a g fi n e p o wd e r a c t i v i t y a n a l y s i s a n d s t e e l s l a g a g g r e g a t e s t a b i l i ty ana l y s i s and mi x d e s i g n ， t h e s t e e l s l a g c on c r e t e wi th g oo d c o mpr e he ns i v e p e rfo r man c e wa s ma d e u pThe s t e e l s l a g c o nc r e t e h a d mo r e t han 3 0 s o l i d wa s t e s uc h a s the s t e e l s l a g an d S O o n W i t h t h e s t e e l s l a g p o wd e r s ub s t i tut i n g a b o ve 1 5 b l a s t f ur na c e s l a g po wd e r and the c o n v e r t e r r o l l e r s t e e l s l a g s u b s t i t u t i n g a b ov e 4 0 s an d an d s t e e l s l a g fro m e l e c t r i c f urna c e s u bs titut i ng a b o ve 2 0 ma c a d a m ， the 28 d me c h a n i c an d e n d ur an c e o f s t e e l s l a g c o n c r e t e w e r e c l o s e t o c o m mo n c o n c r e t e T h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f s t e e l s l a g c o n c r e t e i n c r e a s e d s i gni fi c a n t ly I n S h a n gha i a c e r t a i n r e v e t m e n t e ng i n e e r i n g a p pl i c a t i o n i n s t e e l s l a g c o n c r e t e， pr e c a s t p i l e o f s t e e l s l a g c o nc r e t e c o n tra s t o r d i n a r y c o n c r e t e ， 28 d c o mp r e s s i ve s tre n g t h i n c r e a s e d by 8 2 8 d fle x u r a l s tren g t h i n c r e a s e d b y 1 2 The t e s t s e c t i o n b a s e p i l e r e a c h e d 1 c a t e g o r y I n the b r e a s t wa l l c o nc r e t e c o n tra s t t e s t 。 t h e s t e e l s l a g c o n c r e t e c o n tr as t o r d i n a r y c o n c r e t e ， c o m p r e s s i v e s tr e n g t h ( 2 8 d ) i n c r e a s e d b y 4 - 3 ， the c o m p r e s s i v e s tr e n g t h( 3 6 0 d ) i n c r e a s e d b y 1 7 2 ， t h e fl e x u r a l s tr e n g t h ( 2 8 d)i n c r e ased b y 3 7 and a n t i p e r me a b i l i ty r a t i n g in c r e ase d b y o n e l e v e l ， 5 6 d r e s i s t anc e t o c h l o ri d e i o n p e n e tr a t i o n a b i l i ty r e a c h e d l o w l e v e 1 P i l o t p r o j ect p r o v e d th a t the s t e e l s l a g c o n c r e t e wi th s c i ent i fi c c o m p o u n d me e t t h e d e s i gn an d c o n s t r uc t i o n de man d s o fg e ne r a l ba n k p r o t e c t i o n e n g i n e e rin g Ke yw o r d s ： s t e e l s l a gfi n ep o wd e r ； s t e e l s l a ga g g r e g a t e ； c o n c r e t e ； b a n kp r o t e c ti o ne n g i n e e r i n g 0 引言 钢渣主要来 自金属炉料中 S i 、 Mn 、 P等元素氧化后生 成的氧化物， 被浸蚀、 剥落的炉衬材料， 为了调整炉渣性质 而向炉 内加入 的造渣材料如石灰 、 莹石 、 白云石等 1 】 。 据统 计， 我国钢渣排放量已突破 8 0 0 0万 t 年， 经过几十年的探 索研究 ， 我 国钢渣利用技术取得 了一定 的成果 ， 钢渣 已成 功用于烧结配料、 工程回填、 水泥生产 、 路基材料等， 但资 源综合利用率不足 3 0 ， 钢渣的规模化应用仍是亟待解决 的难题 。 近十年来， 我国特别是宝钢、 鞍钢等大型钢铁企业钢 渣预处理工艺和能力都得到了提高， 钢渣应用技术得到进 收稿日期：2 0 1 2 1 1 - 1 4 1 5 4 一 步发展 。 钢渣 的矿物组 成圆 为硅 酸二 钙( c s ) 、 硅酸 三钙 ( C S ) 、 钙镁橄榄石( C MS ) 、 铁酸二钙( C 2 F ) 、 钙镁蔷薇辉石 ( c 3 Ms ) 、 R O( R代表镁 、 铁 、 锰 的氧化物所形成的固熔体 ) 等 ， 钢渣的矿物组成决定了它具有一定的胶凝性 ， 钢渣应 用于混凝土成 为钢渣资源化利用的热点 ， 其 中钢渣微粉在 混凝土中的应用 已纳入设计规程。 我 国白敏嘲 、 涂文懋4 】 等 对钢渣骨料应用于混凝土研究发现钢渣骨料有助于增强 混凝土界 面机械咬合力提高混凝 土强度和耐磨性 ， 可改善 混凝土界面性能 、 减少有害物质渗透通道， 从而提高混凝 土耐久性能。 钢渣适用于服役环境较恶劣 的护岸和道路等 工程 ， 但 目前未见 同时应 用钢渣微粉 、 钢渣粗细骨料配制 混凝 土的研究和试点工程。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 钢渣性能分析 1 1 钢渣骨料 1 1 1 钢渣细骨料 试 验用细骨 料包括普 通 中砂 和宝钢转 炉滚 筒渣砂 。 转 炉滚 筒 渣经 磁 选 、 筛选 所 得钢 渣砂 ( 0 5 m l l 1 ) 基本 性 能见 表 1 。 由表 1 可知 ， 钢渣砂 的密度 较大 、 含泥量较低 。 转炉滚筒渣砂的细度模数为 3 1 ， 经筛分发现转炉滚筒渣 砂 的颗粒分布位 于细骨料 I I 级上 下限之 间 ， 其 颗粒分布 比较合理 。 钢渣砂中 C a O和铁氧化物含量高， 二者占6 0 以上， S i O ， 含量约 1 0 ，详见表 2 。 这和天然石英砂以 S i O 为主 要成分 的特点区别较大 ， 钢渣砂的放射性 比活度满足标准 1 0 和 ， r 1 0 的要求 ， 详见表 3 。 表 1 细骨料基本性能 表 3 钢渣砂放射性检测结果 ， R a ( 内照射指数 ) ( 外照射指数) 0 1 1 4 0 0 8 4 l ， 1 2 钢渣粗骨料 鉴于宝钢转炉滚筒钢渣粒径范围主要在 o 1 0 mm， 因 此钢渣粗 骨料选 用为经破碎 、 筛选 、 磁选加工所得宝钢 电 炉热泼渣石 ( 5 2 5 mm) 。 电炉热泼渣石的密度比碎石大， 空隙率比较接近， 钢渣 石针片状含量远小于碎石 ； 钢渣石吸水率 、 压碎指标和碎 石比较接近， 详见表 4 。 其化学成分如表 5 所示， 其放射性 比活度见表 6 。 1 2钢渣微粉 钢渣通过磨细到一定程度 ， 颗粒表面状况发生变化 ， 表 面能提高 ， 有利于胶凝性的发挥嘲 。 表 4 粗骨料基本性能 表 6 电炉热泼渣石放射性检测结果 ( 内照射指数) ( 外照射指数 ) 0 1 9 2 0 31 2 钢渣微粉已纳入 J G J 5 5 2 O 1 1 普通混凝土配合 比设 计规程 ， 试验选用 0 5 mm转炉滚筒钢渣砂磨细加工所得 钢渣微粉 ( 比表 面积 4 5 0 m2 k g ) ， 满足 G B T 2 0 4 9 1 2 0 0 6 用于水泥和混凝土中的钢渣粉 中一级钢渣粉的要求， 钢 渣微粉基本性 能见表 7 。 表 7 钢渣微粉基本性能 试点工程将钢 渣微粉 按照一定 比例与矿粉混合成 钢 矿渣复合粉用作混凝土掺合料 ， 因此采用水 泥胶砂试验方 法 ， 确定钢矿渣复合粉 中钢渣微粉的适宜掺量 1 5 2 0 。 1 3钢渣用 于混凝土 时的安定性评价 1 3 1 钢渣微粉安定性分析 钢渣微粉的 f - C a O含量以及沸煮安定性试验结果如 表 8 所示。 结果表明其沸煮膨胀值满足标准5 m i l l 的要 求 ， 沸煮安定性合格 。 表 8 钢渣微粉的 f - C a O含量和沸煮膨胀值 1 3 2 钢渣骨料安定性分析 将 钢渣粗 、 细骨料磨粉后测试其 f - C a O含量和沸 煮安 定性 ， 试 验结果如表 9 所示 。 从表 9中可以看出 ， 转炉滚筒 渣 的 f - C a O含量比电炉热泼渣高 ， 这与转炉炼钢石加入大 量含 C a O的造渣材料有关 。 f - C a O是影响渣稳定性的因素 之一 ， 但不能简单以含量高低评判 ， 渣的安定性需要进一 步检测 。 表 9 钢渣骨料 f - C a O含量和沸煮膨胀值 1 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 根据 G B T 2 4 7 6 3 -2 0 0 9 4 泡沫混凝土砌块用钢渣 的方 法 ， 将 1 o 0 钢渣骨料为集料成型并经压蒸试验 ， 钢渣石 、 钢渣砂制成 的三条试件均 已裂成碎块 。 这表明 ， 钢渣砂 、 石 均存在安定性风险， 以钢渣 1 0 0 替代普通碎石用于水泥基 材料 中时 ， 易引发体积稳定性 问题 ， 因此 ， 将钢 渣砂 、 石 应 用于混凝土时 ， 其合理掺量须试验确定。 为保证混凝 土体积稳定 ， 经过近 2 O 组压蒸对 比试 验 ， 最终确定采用 3 5 4 5 转炉滚筒钢渣 代砂 、 2 0 3 0 电 炉热泼渣代石， 压蒸膨胀率指标合格。 2 钢渣 原材复掺 时对混凝 土性 能 的影响 结果 与分析 在确定钢渣微粉和矿粉按 2 ： 8 复配成钢矿渣 复合粉的 前提下， 钢渣砂石的掺入对混凝士陛能影响较大。 护岸工程混 凝土强度等级多为 C 3 0 ， 因此按转炉滚筒钢渣代砂 0 - - 4 0 、 电炉热泼渣代碎石 0 - 2 5 配制 C 3 0 混凝土进行对 比分析 ， 对混凝土密度 、 抗压强度影响见图 1 2 。 吕 岜 、 越 黼 】莘 钢 渣 石 掺 量 ， 图 1 钢渣骨料掺量对混凝土拌合物表观密度的影响 另外研究发现钢渣碎石的掺人对混凝土初始工作性能 基本无影响 ， 但钢渣砂的掺人会引起混凝土初始工作性能 的降低 ， 需略提高其外加剂掺量 以满足初始工作性能要求 。 3 钢渣混凝土在护岸工程 中的应用 3 1 试点工程 主要 结构型式 试点工程为 L型挡墙， 桩基采用前板桩后钻孔灌注桩 ， 板桩规格为： 3 0 0 mm x 5 0 0 m m x l 4 0 0 0 mm， 钻孔灌注桩规格为 ： + 6 0 0 m mx 1 4 0 0 0 m m， 前后二排桩之间中心距为 2 3 7 5 mm， 后 排为钻孔灌注桩 ， 承台底高程 2 0 0 m， 宽 3 2 0 0 mm， 厚 6 0 0 m m， 下设厚 1 0 0 m l n素混凝土垫层 ， 胸墙厚 5 0 0 mm， 墙顶高程 4 5 0 m。 工程混凝土除垫层为 C 1 0 强度等级 ， 其余均为 C 3 0 强度等级 。 墙体抗渗等级 P 1 0 。 图 1 表 明钢渣骨料 的掺人会 引起混凝 土拌合物密度 的增大， 且掺量越大增加幅度越高。 另外 ， 由于钢渣石的表 观密度比钢渣砂更高， 其对混凝土拌合物密度的影响更大 一 些。 图 2 表明钢渣碎石 、 钢渣砂的掺入 ， 混凝土 的 7 、 2 8 d 强度均有一定程度的提高， 但提高幅度并不与掺量之间成 线性关 系。 当钢渣碎石 、 普通碎石与钢渣砂 、 天然砂之 间搭 配成合理 的整体级配时 ， 混凝土 的密实性最好 ， 相应 的力 学性能也最优。 5 O 4 0 山 3 0 2 0 1 0 0 l 0 I 5 2U 25 钢渣 石掺量 ， ( b ) 2 8 d 图 2 钢渣骨料掺量对混凝土抗压强度的影响 3 2预 制桩 根据前期研究试验以及工程混凝土试配情况 ， 确定预 制桩混凝土配合 比( 水泥配人量按 1 计 ， 钢矿渣复合粉 和 粉磨灰按与水泥配人量比计) 见表 1 0 ， 混凝土力学性能检 测见表 1 l 。 从表 1 1 可 以看出 ， 预制板桩混凝土 中 Y Z 2和 Y Z 3比 不掺加 Y Z 1 2 8 d 抗 压强度分别提 高 7 和 8 ， 2 8 d 抗 折 强度分 别提高 8 和 1 2 。 采 用 R S 1 6 1 6 K型桩身完 整性 检测仪对桩进行低应变动力测试， 均为 l 类桩， 可见采用 钢渣混凝土制作和施工 的桩基工程质量 良好 。 3 3墙体 根据前期研究试验以及工程混凝 土试配情况 ， 确定墙 体混凝 土配合 比( 水泥配入量按 1 计 ， 钢矿渣复合粉和粉 表 1 0 预制桩混凝土配合比 1 5 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 磨灰按与水泥配人量 比计 ) ， 见表 1 2 。 胸墙部分处于水下 ， 部分处于水上 ， 部分处 于干湿交 替状态 ， 因此重点对胸前混凝土进行检测， 混凝土拌合物 性能见表 1 3 ， 混凝土力学性能见表 1 4 。 从表 1 3 可以看出 ， 钢渣混凝土密度明显大于普通混凝 土 ， 拌合物性能与普通混凝土接近。 从 表 1 4可以看 出钢渣 混凝 土相 比普通混凝土 ： 2 8 d 抗压强度提高 4 3 、 2 8 d 抗 折强度提高 3 7 ， 3 6 0 d 抗压强度提高 1 7 2 、 5 6 d 氯离子 渗透能力与普通混凝土接近 ( 达 A S T MC 1 2 0 2低等水平 ) ， 抗渗等级提高 1 个等级( 达 P 1 4 ) ， 抗冲磨强度提高 5 。 通 过工程实践表明经科学配制的钢渣混 凝土满 足一般护岸 工程设计和施工要求 。 表 1 2 胸墙混凝土配合比 样品编号 2 8 d 抗压强度 MP a 2 8 d抗折强度 MP a 3 6 0 d 抗压强度 MP a 5 6 d电通量 ， C 抗渗等级 抗冲磨强度 ( h ( k g m ) ) 针对 Q 2混凝土试块 ( 截面为 1 0 0 m mx l 0 0 mi l 1 ) ， 利用 压蒸釜进行 2 0 MP a 气压下 3 h压蒸试验 ， 2块试块完好 ， 这表 明 Q 2 混凝土配合 比不仅满足设计和施工要求 ， 也有效 控制 了掺入钢渣后可能的安定性风险 。 4结 论 ( 1 ) 采用宝钢钢渣加工所得比表面积I4 5 0 m2 k g 的钢渣 微粉按钢矿渣复合粉直用时， 钢渣微粉掺量控制在 1 5 2 0 。 ( 2 ) 通过安定性分析， 3 5 0 - - 4 5 宝钢转炉滚筒钢渣代砂、 2 0 3 0 宝钢 电炉热泼渣代石应用混凝土 ， 可满足混凝土 体积稳定性要求。 ( 3 ) 合理掺量的钢渣骨料将引起混凝土拌合物密度的增 大， 混凝土力学性能和抗渗等性能均有一定程度的提高。 ( 4 ) 研究和试点工程应用证明 ， 经科学配制 ， 钢渣等固 体废弃物掺量达 3 0 时， 采用钢渣微粉、 钢渣粗细骨料的 上接第 1 5 3页 ( 1 ) 可用 比表面积法设计植生混凝土用多孔混凝 土配 合 比 ； 用裹浆 法生产多孔混凝土 ； 浇筑后 的多孔混凝土可 使用薄膜覆盖进行养护 。 ( 2 ) 综合降碱技术可使植生混凝土孑 L 隙碱度显著降低， 达到适宜植物生长的要求 ， 该技术同时还可适当提高植生 混凝土的抗压强度。 ( 3 ) 选择花卉市场市售种植土和 田地种植土按 比例混 均 ， 再掺加保水成分 、 碱度 中和材 、 长效肥和杀虫剂 等配制 植生土， 使用灌浆法将植生土灌注于多孔混凝土内。 ( 4 ) 多 因素综合考虑确定所需种植 植物 ， 植物种植 初 期要注意防虫、 防旱、 防涝、 保证养料的供应等 ， 以促进幼 苗根系生长。 ( 5 ) 成功开发的植生混凝土施工技术 ， 应用前 景广 阔 ， 具有较大 的环境效益和社会效益。 资源利用型钢渣混凝土具有 良好的力学性能和耐久性 ， 可 满足一般护岸工程设计和施工要求 。 参考 文献 ： 1 】1郭家林， 赵俊学， 黄敏 钢渣综合利用技术综述及建议 中国冶 金， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 2 ) ： 3 5 3 8 2 钟根 不同种类钢渣的重构与性能优化的基础研究 D J 广州： 华 南理工大学， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 3 - 4 【 3 白敏， 尚建丽， 张松榆， 等钢渣替代粗集料配制混凝土的试验 研究 J 1 混凝土， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 6 2 6 4 4 】 涂文懋， 魏茂 钢渣显微构造和特性及其在混凝土中的应用研 究J 混凝土 ， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 7 7 7 9 5 关少波 钢渣粉活性与胶凝性及其混凝土性能的研究 D 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 4 6 作者简介 ： 联 系地 址 ： 联系电话 ： 徐兵 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 工程师 ， 从事钢铁工业 固废综合利 用研发工作。 上海市宝山区铁力路 2 4 6 8 号甲四楼 1 1 5室( 2 0 1 9 9 9 ) 1 3 91 6 7 0 8 3 03 参考文献： 1 1王桂玲， 王龙志， 张海霞， 等植 生混凝土的含义、 技术指标及研 究重点 混凝土， 2 0 1 3 ( 2 ) 2 王桂玲 ， 王龙志 ， 张海霞， 等 植生混凝土用多 孔混凝土 的制备 技术研究 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 4 ) 3 】3 张朝辉多孔植被混凝土研究【 D 】 重厌： 重庆大学， 2 0 0 6 ( 1 0 ) 4 董建伟 随机多孔型绿化混凝土孔隙内盐碱性水环境及改造【 J J 吉林水利， 2 0 0 3 ( 1 0 ) ： 1 - 4 【 5 】王占臣 多孔型绿化混凝土试验研究fJ 吉林交通科技 ， 2 0 o 7 ( 3 ) ： 5 4 -5 7 6 王桂玲， 王龙志， 张海霞， 等 植生混凝土的配合比设计、 碱度控 制、 植生土及植物选择 J 混凝土， 2 0 1 3 ( 3 ) 作者简介： 王桂玲( 1 9 64一 ) ， 女， 高级工程师， 主要从事混凝土质 量控制与技术研究。 联系地址： 上海市浦东新区源深路 9 2 2 0楼下座 中建八局技术 由J t ( 2 0 0 1 2 0 ) 联系电话 ： 0 2 1 5 8 4 0 9 7 6 6 1 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m