宝钢转炉滚筒渣在C30道路混凝土工程中的应用.pdf

文 章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 3 1 - 0 4 圈废利用 宝钢转炉滚筒渣在C 3 0 道路混凝土工程中的应用 Ap p l i c a t i o n o f B a o s t e e l s BS S F S l a g i n C 3 0 C o n c r e t e f o r P a v e me n t 谢 群 ，徐 兵 ，秦玉敏 ，顾文飞 ( 上海宝钢新型建材科技有限公司，上海2 0 1 9 9 9 ) 摘要 ： 宝钢转 炉滚筒渣具有粒度均 匀、强度高、密度大、针片状颗粒含量 少等特点 ，适 用于道路混凝土工程。 针对C3 0 道路混凝 土工程 ，通过转炉滚筒渣集料的安定性分析以及配合 比设计 ，配制 出综合性能良好 的 C3 0 混凝土，其中钢渣代碎石2 5 以上、钢渣代砂4 5 以上。掺加钢渣集料的C3 0 混凝土力学性能优 于普 通混凝土 ，抗折强度有明显提 高。通过微观分析发现 ，掺入钢渣集料后 ，混凝土孔隙、界面结构得到改 善 ，有利于混凝土力学性能的提 高。在 宝钢 内河码头道路工程 中应用掺入钢渣的C3 0 混凝土 ，对 比普通 C3 0 混凝土，在冬季施工时，2 8 d 抗压强度提高8 5 ，2 8 d 抗折强度提 高1 7 9 ；在春季施工时，掺入钢渣 的 C 3 0 混凝 土抗 压 强度 达到 设计 值 的1 1 5 一 1 4 4 。试点 工程证 明 ，一定掺 量 的宝钢 转炉 滚筒渣 可 以替代 部 分砂 石 配制 混凝 土应 用 于道 路 工程 。 关键 词 ： 转 炉滚 筒渣 ；C3 0 ；道路 ；混凝 土 工程 中 图分 类 号 ：T U5 2 8 3 7 文 献 标 志 码 ：A 0 前 言 钢渣主要来 自 金属炉料中 S i 、M n 、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 。 钢渣的矿物组成主要是 C ， S 、C s 、C MS 、和 R O等，决定 了它具有一定的胶凝性，故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 ( J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合比 设计规程)， 钢渣集料在沥青路面中也得到试点应用并已有相关标准 ( G B T 2 4 7 6 6 -2 0 0 9 透水沥青路面用钢渣 ，G B T 2 4 7 6 5 -2 0 0 9 耐磨沥青路面用钢渣)，但钢渣集料尚 未在混凝土领域得到认可。 2 0 世纪 8 0年代武钢、宝钢、上海市三航局等曾将钢 渣试点应用于道路、地坪、护岸等工程，但经过 1 3年之 后，工程出现起拱、开裂。究其原因，主要是当时渣处理工 艺造成钢渣中f - C a O 、f - M g O等含量较高引起的；而这些 不良印象至今仍在业内影响着钢渣的推广应用。近十年来， 我国宝钢、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，钢渣中f - C a O 、f - M g O等含量较十年前已有 明显下降，为钢渣集料在混凝土中应用提供了较好的条件。 白敏I 2 1 、涂文懋_ 3 l等对钢渣集料应用于混凝土研究发现 ， 钢渣集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。滚筒渣处理法 ( B S S F )， 是宝钢从 2 O 世纪 9 0 年代开始自主研发的具有世界领先水 平的冶金熔态渣短流程处理技术，实现了炼钢熔渣不落地、 渣钢分离良好、快速清洁化全渣处理。宝钢建材在钢渣 集料应用于混凝土工程方面已多年实践，C 2 0 等级防浪块、 C 3 0等级护岸工程等试点应用证明在合理配制的前提下， 钢渣集料可作为一种优质集料应用于混凝土。宝钢转炉滚 筒渣经过初筛、磁选后 ，渣粒度均匀、品质稳定，金属 铁含量低，f _ c a 0含量低，加之密度大、坚固性良好、针 片状含量低等特点，可作为一种优质集料替代部分砂石应 用于道路混凝土工程。 1 宝钢转炉滚筒渣性能分析 1 1 粒度分布 宝钢转炉滚筒渣处理工艺见图 1 。转炉滚筒渣 ( 入非 4 2 0 1 4 粉煤灰 3 1 磁性渣料仓 ) 经初筛和磁选，金属铁含量已降至 1 0 以 下，粒度范围在0 1 5 m m。其粒度分布见图2 。 7 0 6 0 5 0 述4 0 壬3 0 2 O l O O 操作台 图 1 宝钢 B S F F渣处理工艺流程 5 1 0 1 2 5 - 5 0 3 1 2 5 0 3 粒度ma n 宝钢转炉滚筒渣粒度分布 1 。2 集料基本性能 由于宝钢转炉滚筒渣近 9 0 颗粒粒径 在 0 l 0 ra m， 对宝钢转炉滚筒渣进行二级筛分和磁选 ，进一步加_T成 0 - 5 I l l 1 I | 连续级配的钢渣细集料和5 1 0 m m连续级配的钢 渣粗集料，钢渣集料、普通中砂 ( O 5 fi l m) 和碎石 ( 5 2 5 m m) 基本性能按照J G J 5 22 o 0 6 普通混凝土用砂、 石质量及检验方法标准检测，见表 1 、2 。 3 2 CoAL AsH 4 20 1 4 表 l 细集料基本性能 表观密度 紧密密度紧密空 针片状 泥块 吸水压碎指 口 响 k g m k g T lT 隙率 含量， 含量 率， 标， 由表 1 可知 ：钢渣细集料属粗砂 ，其密度较 中砂大 紧密空隙率比较接近；无含泥量和泥块含量，对混凝土的 工作性能和力学性能有利。由表 2可知 ：钢渣粗集料的密 度比碎石大，紧密空隙率比较接近， 针片状含量远小于碎 石，压碎指标明显优于普通碎石，对于混凝土工作性能和 力学性能有利。但从表 1 、2中均发现，钢渣集料吸水率 较普通砂石大，对混凝土工作性能有一定的不利影响，需 ，厶 0 图 要在混凝土配合比设计时加以考虑。 1 - 3 放射性检测 钢渣集料的放射性比活度满足G B 6 5 6 6 2 0 1 0 建筑 材料放射性核素限量标准 I 1 0和 I 1 0的要求， 详见表 3 。 表 3 钢渣集料放射性检测结果 1 4 安定性检测 钢渣集料应用于混凝土的安定性检测参照 G B T 2 4 7 6 3 2 【 ) ( ) 9 泡沫混凝土砌块用钢渣、 混凝土多孑 L 砖和路 面砖用钢渣( Y B T 4 2 2 8 -2 0 1 0 ) 标准进行。鉴于转炉滚 筒渣密度较大， 转炉滚筒渣以3 0 5 0 取代集料， 试样尺 寸为 2 5 m m 2 5 n l m x 2 8 0 m m，蒸压釜中压力为 1 0 M P a 蒸压 ,1 - f nq 3 h。检测数据见表 4 。压蒸试块见图 3 图 5 。 从表 4可以看出转炉滚筒钢渣在替代 5 0 集料时，压蒸 膨胀率仅为 0 0 4 ，据此可以判断转炉滚筒钢渣替代 5 0 砂、碎石无安定性问题。 表 4 转炉滚筒渣压蒸膨胀率 图 3 转炉滚筒渣代集料3 0 图 4 转炉滚筒渣代集料4 0 图 5 转炉滚筒渣代集料5 0 2 混凝土配合比设计 试点工程为重车行驶道路，面积近 8 0 0 0 I 1 物料发 运量近 5 0 0 万 t 年 ，因此采用 C 3 0钢筋混凝土。考虑到钢 渣细集料为 0 5 f i l m连续级配料，与中砂粒径范围基本一 致；而钢渣粗集料为 5 1 0 m m连续级配料 ，与普通碎石 5 2 5 m r n 粒径范围有较大区别，为保证混凝土工作性能和 力学性能，按体积比采用钢渣细集料替代 4 0 5 0 砂 、 钢渣粗集料替代2 0 3 0 碎石，依据J G J 5 5 2 0 1 1 普通 混凝土配合比设计规程、 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝 土拌合物性能试验方法标准、G B T 5 0 0 8 1 2 0 ( 】 2 普通 混凝土力学性能试验方法标准进行混凝土配合比试配工 作。经过几十组对比试验，优选出工程混凝土设计配合比， 见表 5 。 表 5 工程混凝土设计配合比 注：粉煤灰、矿粉、水、减水剂按水泥掺量1 计。 3 工程应用情况 试点工程采用钢筋混凝土，其结构为3 0 0 m m厚砂石 垫层，素土压实；钢筋种类： 螺纹钢，钢筋规格： 1 I 级 1 0 l 8 m m；混凝土层厚 2 0 0 m m；共浇筑 C 3 0 道路混凝土约 1 6 0 0 m 3 ，其中C 3 0对比混凝土近2 0 0 m C 3 0 钢渣混凝 土近 1 4 0 0 m 3 ；共利用0 5 m m转炉滚筒钢渣集料近 5 6 0 l ， 5 1 0 m w l 转炉滚筒钢渣集料近 4 6 0 t 。 由于施 初期处于冬季，因此重点对最初两批对比混 凝土力学性能进行跟踪，检测数据见表 6 。 4 2 0 l 4 粉煤灰 3 3 表 6 对比混凝土力学性能 根据表 6可以看出，两组混凝土力学性能均满足设计 和 r 程要求，对比普通混凝土，掺钢渣集料的混凝土 2 8 d 抗折强度提高 1 7 9 ，2 8 d抗压强度提高 8 5 。可见采 用钢渣集料，有利于增强道路混凝土力学性能，符合试点 工程需求。 为深入分析钢渣集料对混凝土的影响，对两组混凝土 2 8 d 样品进行孑 L 隙、界面结构微观分析 ，见图 6 、图 7 。从 图6 、图7 可以发现：相比普通混凝土，钢渣集料混凝土内 部孔隙小，其集料 与 水泥水化产物之间的缝隙较小，界面 结构明显更为致密。钢渣集料混凝土力学性能的提高正是 钢渣集料有利于改善混凝土微观结构的一种体现。 图 6 对比混凝土样品的内部子 L 隙 ( 2 8 d ) 图 7 对比混凝土样品的界面结构 ( 2 8 d ) 对春季施T的钢渣集料混凝土 2 8 d 抗压强度进行检 测 ，主要检测数据见表 7 。 从表 7 可以看H =j ，由于春季气温上升 ，有利于混凝土 强度增长，所有批次混凝土 2 8 d 抗压强度达 3 4 6 4 3 2 M P a ( 均值 4 0 9 M P a )，达到设计强度 1 l 5 1 4 4 ( 均值 1 3 6 )，满足设计和工程要求。试点工程应用已近两年， 道路情况良好，满足近5 0 0 万t 年的重载车辆运输要求。 4 coAL AsH 4 2 0l 4 表 7 道路工程混凝土抗压强度检测数据 4 结 论 ( 1 ) 宝钢转炉滚筒渣具有粒度均匀 、强度高 、密度 大、针片状颗粒含量少等特点，适用于道路混凝土工程。 ( 2 ) 压蒸安定性分析证 明转炉滚筒钢渣替代 5 0 砂 、 碎石无安定性问题。 ( 3 ) 钢渣代碎石 2 5 以上 、钢渣代砂 4 5 以上的 C 3 0 混凝土对比普通 C 3 0混凝土，在冬季施工时，2 8 d 抗 压强度提高8 5 ，2 8 d 抗折强度提高 1 7 9 ；在春季施工 时，掺人钢渣的 C 3 0混凝土抗压强度达到设计值的 1 1 5 一 1 4 4 。 ( 4 ) 微观分析证明，钢渣集料有利于改善混凝土内部 孑 L 隙和界面结构。 ( 5 ) 试点工程证明，一定掺量的宝钢转炉滚筒渣可以 替代部分砂石配制混凝土应用于道路T程。 参考文献 1 】郭家林， 赵俊学， 黄敏 钢渣综合利用技术综述及建议【 J 中国冶金 2 0 0 9 ， l 2 ( 2 ) ： 3 5 - 3 8 【 2 】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 混凝士， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 6 2 6 4 【 3 】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 】 ) ： 7 7 7 9 作者简介：谢群 ，( 1 9 8 l 一 ) ，女 ， 固废综合利用研发工作。单位地划 1 l 5 室。 邮编 ：2 0 l 9 9 9 ； 电子信箱 收稿 日期： 2 0 1 3年 9 f 2 3 L t 学硕士，工程师 ，现从事钢铁工业 上海市宝山区铁力路2 4 6 8 号甲四楼 x i e q u n 8 l 1 2 6 t o m