轉爐渣砂在道路工程材料中的應用

戚明強 周 文

鋼城集團涼山瑞海實業有限公司（615000）

隨著我國鋼產量的逐步增長，轉爐鋼渣的產生量也在同步增加。 2009 年國內新增鋼渣2 000 多萬t，而利用率只有10%～20%，再加上多年堆積的鋼渣，對周圍的環境造成了嚴重的污染。 為了實現工業生產與環境發展相協調，必須盡早解決這一難題。 鋼渣中含有一定量的膠凝物，如 C2S、C3S 等，可以作為混凝土的細骨料、摻合料，用于道路工程材料中。

目前，道路工程材料用砂主要為天然砂，應用較為成熟，但其價格偏高，在工程造價中占有很大的比例，為此，需要一種可替代物來滿足這一要求。

攀鋼年產轉爐渣50 多萬t， 除用作水泥生料中的鐵質校正原料、煉鐵燒結熔劑外，仍有一部分尾渣需要尋找更多的出路， 在解決排放問題的同時，需要提高廢棄鋼渣的綜合利用率。

1 轉爐渣的特性

轉爐渣是以攀鋼傾倒的轉爐煉鋼廢渣為原料，經過熱悶、破碎、篩分等工序處理后的粒狀物質，其化學組成成份為8.0%～14.0%的SiO2、3.50%～5.50%的 Al2O3、35.5%～50.5%的 CaO、f-CaO<6.0%，還含有少量的 MgO、V2O5、MnO、TiO2等其它氧化物。

轉爐渣砂作為一種新型路面建設用砂，必須滿足普通混凝土用砂的基本物理性能指標[1]。 按照現行中華人民共和國行業標準JGJ 52—92《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》的要求，對轉爐渣砂的各項物理性能指標（細度模數、表觀密度、堆積密度、空隙率、壓碎指標、堅固性、飽和吸水率、渣粉含量）進行了檢測，數據見表1，山砂、河砂的物理性能結果見表2。

對轉爐渣砂的制砂原料—轉爐渣粉進行了化學分析與物相分析， 并按現行中華人民共和國標準GB/T 14684—2001 《建筑用砂》中的要求進行了有機物含量、氯化物含量、硫化物及硫酸鹽含量、堿集料反應試驗。

有機物含量采用比色法，檢驗結果為合格。

氯化物含量按建筑用砂標準， 以氯離子質量小于0.01%為Ⅰ類。 經檢驗為0.007%，小于0.01%，符合建筑用砂Ⅰ類要求。

經檢驗， 轉爐渣砂中未發現有顆粒狀硫酸鹽或硫化物雜質。 GB/T 14684—2001《建筑用砂標準》規定Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類的硫化物及硫酸鹽含量均應小于0.5%。 經檢驗為0.30%，小于0.5%，符合建筑用砂Ⅰ類要求。

堿集料反應按GB/T 14684—2001《建筑用砂標準》，采用快速堿--硅酸反應，觀察制備試件的外觀變化，測定其在規定試驗齡期內（3 d、7 d、10 d、14 d、21 d）的膨脹率。 試件的膨脹率數據見表3。

表1 轉爐渣砂物理性能與行標對比結果

表2 細骨料物理性能結果

表3 試件膨脹率表/%

經堿集料反應后，試件的外觀完好，未發現有裂縫、酥散、膠體外溢等現象。 從表中數據看出，14 d 測得的膨脹率為0.04%，小于0.10%，滿足建筑用砂要求，且 14 d、21 d 測得的膨脹率，與 10 d 相比無繼續增長現象，按現行GB/T 14684—2001 《建筑用砂標準》， 判定轉爐渣砂無潛在堿-硅酸反應危害。

轉爐渣砂作為建筑砂用于建筑工程中，要求其必須具有穩定的化學組成和結構穩定性。 經四川省衛生防護所對鋼渣砂原料轉爐渣粉的鐳素、 釷、鉀放射性比活度檢測，各項放射性指標符合國家標準GB 6566—2001《建筑材料放射性核限量》的A 類要求，對人體不具有危害性。

轉爐渣粉中不存在活性FeS、MnS 等導致其分解的物質，轉爐渣砂是轉爐渣粉經篩分、除鐵、人工除去一部分渣粉而得， 沒有引起其化學成分大的變化。

2 轉爐渣砂混凝土的性能

轉爐渣砂的各項物理性能指標及化學性能指標符合建筑用砂的技術要求，用其代替混凝土用砂具有一定的可行性。

轉爐渣砂混凝土試驗。

以山砂、河砂及轉爐渣砂為細骨料，與不同粗骨料（碎石、礦渣）共同制得C20 強度等級的混凝土試塊，并對其進行各項物理力學性能試驗，配合比設計見表4，試驗結果見表5。

表4 配合比設計表

表5 C20 鋼渣砂混凝土物理性能試驗結果

3 工程應用

在完成轉爐渣砂混凝土試驗研究的基礎之上，以轉爐渣砂為混凝土細骨料配制C20 混凝土，應用于道路工程中[2]。

某車間道路建于2006 年6 月， 為水泥混凝土路面，主要承擔鋼廠重型廢棄物的運輸，承載負荷要求較高。 采用金江水泥廠普通32.5R 硅酸鹽水泥、轉爐渣砂和高鈦重礦渣碎石配制混凝土，強度等級為C20，配合比為水泥:轉爐渣砂∶碎石∶水=300 kg∶755 kg∶1 285 kg∶180 kg，即 1∶2.51∶4.28，水灰比為0.6。 使用轉爐渣砂的公路長度為100 m。

檢查方法：采用表面肉眼觀察法對礦渣混凝土實體結構進行鉆芯強度試驗。

2006 年施工的轉爐渣砂混凝土路面距今已有4 年時間，水泥混凝土路面在動載荷及重型機械的頻繁作用下，其結構正常。委托攀枝花工程檢測有限公司對部分結構進行鉆芯取樣，芯樣結構密實。 鉆芯強度均高于設計強度等級，強度檢測結果見表6。

從調查結果看， 轉爐渣砂混凝土結構穩定、耐久性能好， 能滿足混凝土用骨料對耐久性的要求。轉爐渣砂價格低廉，綜合利用轉爐渣砂是解決排渣困難、保護環境、降低工程造價的、值得大力推廣的措施。

表6 鉆芯取樣強度表

4 結論

轉爐渣砂的物理、化學性能和混凝土物理性能檢測結果表明，轉爐渣砂可以替代細骨料作為道路路面材料使用。

用轉爐渣砂配制的C20 混凝土，在同條件下（同施工條件、同養護）的早期抗壓強度較山砂、河砂高5%～15%。

轉爐渣砂混凝土路面結構穩定、 耐久性能好，滿足混凝土用骨料對耐久性的要求。