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钢渣配制隔离墩的应用研究
徐 兵 王栋毅
（宝武集团环境资源科技有限公司，上海，201900）
摘要:通过对宝钢钢渣微粉的活性分析以及宝钢钢渣骨料的压蒸膨胀率分析，宝钢钢渣在混凝土应用时掺比控制为:钢渣微粉（比表≥450m2/kg）配制钢铁渣粉时，替代S95矿粉比例应控制20%;转炉滚筒渣代砂比例应控制≦50%，而电炉热泼渣代碎石比例应控制≦30%。在宝钢厂区隔离墩试点应用中，钢渣微粉替代20%S95矿粉、转炉滚筒钢渣代45%砂、电炉热泼渣代27%碎石配制出固废≥30%的C30混凝土，满足设计和工程使用要求。
关键词:钢渣骨料；钢渣微粉；混凝土；隔离墩
1 前言
随着天然砂石资源的不断减少以及环境保护力度的增强，人工砂石需求量不断提高。对于缺乏砂石资源的上海来说，如能将部分宝钢钢渣应用于混凝土，符合国家环保和综合利用政策，具有重要的社会效益。
国内对钢渣微粉应用研究已有多年，唐卫军[1]、*党**永发[2]、费帆[3]、朴星君[4]等对钢矿渣复合粉进行了研究，研究表明钢渣微粉可应用于混凝土。JGJ 55《普通混凝土配合比设计规程》以及GB/T 50912《钢铁渣粉混凝土应用技术规范》中，钢渣粉已被纳入混凝土原料之一，这对钢渣微粉在混凝土中的应用具有重要意义。
宝钢钢渣具有强度高、耐磨、密度大等特点，但活性较低，将大部分钢渣粉磨成钢渣微粉应用于混凝土行业不具技术经济性，宝钢钢渣以转炉滚筒渣为主，而滚筒渣是一种较难磨的钢渣[5]，应充分发挥宝钢钢渣的特点，将钢渣骨料化应用作为重点。国内对钢渣骨料在混凝土中应用进行了多方面研究[6-11]，但钢渣的安定性问题仍使得钢渣骨料未纳入混凝土行业技术标准或规程。宝钢通过钢渣在扭工字体、护岸工程[12]、道路地坪工程[13]、路面砖[14]等试点应用证明宝钢钢渣应用于混凝土可通过钢渣性能分析选择、骨料级配、混凝土配合比设计等技术手段实现。宝钢厂区有大量隔离墩制品需求，为此以已有钢渣配制混凝土技术为基础，进行钢渣在隔离墩中应用研究，为宝钢钢渣在非结构性混凝土制品中应用提供技术积累和工程实践。
2 钢渣基础性能研究
针对宝钢转炉滚筒渣0-5mm粒级占比近60%的特点，通过对宝钢钢渣筛选，采用转炉滚筒渣经磁选筛选所得钢渣（0-5mm）为钢渣细骨料；电炉热泼渣经破碎磁选筛选所得电炉热泼渣（5-25mm）为钢渣粗骨料，转炉滚筒渣加工成的钢渣微粉作为部分可选胶凝材料配制C30混凝土。
2.1 钢渣骨料物理常规检测
依据JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》对转炉滚筒渣细骨料、电炉热泼渣粗骨料进行常规检测，见表1、表2。
从表1、表2可以得出，钢渣骨料具有耐压、耐磨、密度大的特点，适用于隔离墩等要求自重、耐冲撞的混凝土制品。
2.2钢渣微粉胶砂活性
参照GB/T 18046《 用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》测得钢渣粉比表为455m2/kg,密度为3.57g/cm3，进行活性分析，见表3。
从表3可以看出宝钢转炉滚筒渣活性较低，粉磨制成的钢渣粉替代S95矿粉比例按20%控制,不宜再增加掺比；按此比例复合成钢铁渣粉检测活性，见表4。
2.3 安定性检测
2.41 钢渣骨料安定性检测
参照GB/T 24175《钢渣稳定性试验方法》、对钢渣骨料进行压蒸粉化率进行检测，检测记录见表5。按照
YB/T 4201《普通预拌砂浆用钢渣砂》中对钢渣压蒸粉化率要求为≤5.9%进行判断，钢渣骨料的压蒸粉化率是较低的，但压蒸粉化率不能完全体现钢渣骨料的安定性。压蒸膨胀率检测值较压蒸粉化率更能反映钢渣骨料的安定性，因此参照GB/T 24783 《泡沫混凝土砌块用钢渣》及YB/T 4228 《混凝土多孔砖和路面砖用钢渣》进行钢渣骨料试件的压蒸膨胀率试验。转炉滚筒渣细骨料代砂压蒸膨胀率结果见表6，部分压蒸试件见图1、2。
限于试验条件,对于压蒸膨胀率检测过程中断裂试件没有进行深入分析；我国米贵东等[15]对于压蒸条件下钢渣粗骨料对混凝土的破坏作用进行了研究，研究表明钢渣作为粗骨料使用时，替代常规粗骨料的比例均需严格控制。为保障混凝土的体积稳定性，按压蒸压力2.0±0.05M Pa，在宝钢转炉滚筒渣代砂≦50%条件下，再针对电炉热泼渣代石比例进行压蒸试验，确定了电炉热泼渣代石比例须控制在≦30%。
2.42 钢渣微粉安定性检测。
参照GB/T750《水泥压蒸安定性试验方法》，对钢铁渣粉安定性进行检测，比见表7。
从表7可见钢渣微粉占比20%的钢铁渣粉压蒸膨胀率远低于0.5%控制值，安定性合格。
3 钢渣混凝土隔离墩工程应用
3.1 原材料
（1）水泥：海豹 PO42.5 ，抗压强度3d为24.9MPa、28d为50.9MPa。
（2）钢铁渣复合粉：宝钢钢渣微粉占比20%,宝田S95矿粉占比80%,采用规模化产线混匀制成；活性指数7d为83%、28d为103%。
（3）粉煤灰：宝钢CⅡ级，细度17%、需水量比99%、安定性2mm。
（4）细骨料：转炉滚筒渣砂，细度模数3.1；黄砂，细度模数2.0。
（5）粗骨料：5-25mm碎石；5-25mm电炉热泼渣。
（6）外加剂：羧酸类混凝土泵送剂SLH-997。
3.2 混凝土配制试验
我国在钢渣微粉以及钢渣骨料应用于混凝土开展了长期而深入的研究，宝钢也在相关领域进行了多个试点实践。隔离墩属于非结构性混凝土制品，因此混凝土配制试验重点关注力学性能，工程混凝土强度等级为C30，按GB/T 50080《普通混凝土伴和物性能试验方法》、 GB/T 50081《普通混凝土力学性能试验方法》、 JGJ/T 55《普通混凝土配合比设计规程》进行配合比配制试验，其中较好的3组试验配比见表8、9。
从表9可以看出混凝土坍落度损失略大，这可能与钢渣吸水性较常规石材略高[16]有关；鉴于从混凝土搅拌出料至浇筑完成可控制在45min以内,加之采用混凝土车自卸方式浇筑，坍落度损失在可接受范围内。抗压强度检测数据表明试配混凝土均满足设计要求，其中3号配比力学性能最优，且钢渣掺量最大。取3号配比制试块（100mm×100mm×100mm)2个进行压蒸试验（2.0±0.05MPa，3h），压蒸后试块完好。通过混凝土配制试验以及压蒸试验，确定采用3号配比作为试点工程混凝土配合比。
3.3 工程混凝土检测
对试点工程用混凝土进行3个批次取样检测，详见表10。
表10数据表明工程用钢渣混凝土满足设计和工程要求，为再次验证大掺量钢渣骨料情况下工程混凝土的体积稳定性，对其中一组混凝土取样并制2个试块（100mm×100mm×100mm)进行压蒸试验（2.0±0.05MPa，3h），结果2个试块均完好，见图3、4。
3.4 隔离墩制作应用
为满足现场钢渣堆放区域隔离以及生产区域隔离需要，特别是能够经受住大型车辆和机械的冲撞，采用长2000mm、高800mm、上宽300mm、下宽500mm的钢筋混凝土隔离墩。隔离墩制作情况可见图5-8。经过宝钢厂区现场多年应用，钢渣配制的隔离墩满足现场使用要求。
4 结论
（1）宝钢钢渣微粉（比表≥450m2/kg）配制钢铁渣粉时，替代S95矿粉比例应控制20%。
（2）为保证混凝土体积稳定性，宝钢转炉滚筒渣代砂比例应控制在50%以内，而宝钢电炉热泼渣代碎石比例应控制在30%以内。
（3）在宝钢厂区隔离墩试点应用中，钢渣微粉代20%S95矿粉、转炉滚筒钢渣代45%砂、电炉热泼渣代27%碎石配制出固废≥30%的C30混凝土，满足设计和工程使用要求。
参考文献
[1]唐卫军,任中兴,朱建辉,等.钢渣-矿渣复合微粉的活性试验研究[J].混凝土,2007(12):P65-68.
[2]*党**永发,嵇鹰.钢渣-矿渣复合微粉对水泥性能影响的试验研究[J].新世纪水泥导报,2006(6):P16-18.
[3]费帆,廖龙,欧阳东.钢渣矿渣复合对海工混凝土耐久性影响的试验研究[J].硅酸盐通报,2016(12):4133-4139.
[4]朴星君,朱桂林,孙树杉.钢铁渣粉对混凝土中钢筋的保护作用[J].环境工程,2011(6):91-94,102.
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[16]万江凯,张朝晖,刘佰龙,等.钢渣在混凝土中的应用[J].硅酸盐通报,2016(12):4020-4024.
第一作者简介:徐兵，男，1978年1月生，高级工程师，2000年毕业于同济大学，从事钢铁工业二次资源和固废处置利用。
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