二灰钢渣的特性及其优点

摘要:主要介绍了二灰钢渣的产生过程,说明了其化学主分和物理性能,二灰钢渣的强度机理,二灰钢渣应用中的优点及注意事项。二灰稳定钢渣中的钢渣均属于工业废渣稳定类半刚性公路基层材料,使用大量的钢渣和粉煤灰作公路建设的筑路材料既可以减少环境污染,又可解决公路建设的材料来源,提高工程质量,降低工程的造价,具有可观的经济效益和社会效益。如今已经在许多工程和地方得到了实际应用。

关键词:二灰钢渣;优点;特性

中图分类号:F28文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)21-0201-02

一、概述

二灰钢渣在许多工程和地方得到了实际应用,北京市政工程总公司在北京平安大街道路工程中应用就是一个成功的例子。因此,在当前可持续发展战略中,二灰钢渣有着广阔的推广空间。

二、钢渣形成与其主要成份

1.钢渣的产生。二灰钢渣中的“钢渣”是指钢铁工业冶炼废渣,主要包括铁渣(高炉渣、化铁炉渣),钢渣(转炉渣、电炉渣)和铁合金渣,现在使用比较广泛的是炼铁时产生的高炉渣和炼钢时产生的钢渣。钢渣一般是由冶炼时产生的液态熔渣经过热泼,向热渣分批打水、焖渣,对焖渣翻转,二次破碎,二次筛分、二次磁选产生的自然级配的工业废渣。焖渣和打水是促进钢渣分解,加速钢渣稳定的重要环节。

2.二灰钢渣的强度机理。二灰钢渣的强度是由混合料中颗粒间的内摩阻力和粘结力构成。一方面,具有较高强度的钢渣与二灰混合后,形成了具有良好级配的骨架密实结构混合料,依靠颗粒间的内摩阻力形成了二灰钢渣强度的一部分;另一方面,在钢渣颗粒之间,石灰提供的活性氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO),在混合料中的水环境下进行离子交换反应、Ca(OH)2的结晶反应、火山灰反应等物理化学反应,生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙、Ca(OH)2、与(OH)-、Ca2+共存于基层混合料中,通过离子交换作用和吸附作用,形成大量的以混合料中的SiO2为骨架的胶结团粒结构,这些团粒结构之间随着水化反应和炭化反应的深入,形成大量的板状、针状、絮状结晶,使团粒结构形成板体结构,从而形成了二灰碎石的强度和稳定性。粉煤灰的主要作用是提供火山灰反应所需要的活性氧化钙和氧化铝,在石灰和碱性物质作用下活性被激发,促进火山灰反应进行。石灰粉煤灰在混合料中的反应随着龄期的延长,各种反应继续进行,同时火山灰反应生成的产物进行聚合,使钢渣颗粒间形成混乱的空间网状连接,且连接强度和刚度增强,从而使二灰钢渣具有很高的强度。由此可以看出,钢渣颗粒的稳定性是决定二灰钢渣稳定与否的重要因素之一。

三、稳定性

1.钢渣稳定性与游离CaO含量的关系。钢渣中游离的CaO含量直接影响钢渣的稳定性,即二灰钢渣混合料的稳定性。钢渣中游离CaO的存在,是造成钢渣颗粒遇水后易发生膨胀崩解的原因,这也是目前制约二灰钢渣广泛推广和应用的主要因素之一。试验结果表明,游离CaO含量越高,钢渣性质越不稳定。石灰类道路基层施工及验收规范(CJJ35―90)》中规定,道路用钢渣中游离CaO含量应小于3%。有资料显示,钢渣中游离CaO含量与钢渣的存放时间存在一定的关系,存放时间越长,其游离CaO含量越小,常见钢渣钢渣中游离CaO含量在各个存放时间点的数值范围(如下页表1所示)。如按游离的CaO含量小于3%的规范控制,从下页表1可以看出,存放3个月的钢渣即可使用,但实际试验证明:游离CaO含量大于2%,混合料泡水后试件崩解,因此在实际工作中,应该使用游离的CaO含量小于2%的钢渣,也即新排钢渣必须存放半年以上方可使用,实际控制以存放一年以上为最佳。

钢渣稳定性与粉化率的关系。钢渣的粉化率是冶金部门控制钢渣稳定性的指标。粉化率与钢渣稳定性的关系是,试验时钢渣粉化率数值越高,钢渣的遇水膨胀性越大,易发生崩解,稳定性也越差。按照冶金部门的要求,钢渣试验时,粉化率的数值小于5%时,即可认为钢渣已处于稳定状态。有资料显示,新排钢渣在存放一年之后,粉化率可以降到约1.2%左右,可以认为其已处于稳定状态,使用时可以不考虑崩解问题。

2.级配。各冶炼厂家出厂的钢渣随其生产和二次回收的工艺质量不同,钢渣级配也有很大区别。实际使用中的钢渣级配应该符合表三中各项数据要求。

一般情况下,作为路面基层或底基层材料的钢渣,冶炼厂自然排放产品的级配很难满足规定和实际使用要求。为了达到规范规定的级配要求,保证二灰钢渣质量,应该对钢渣进行加工处理。方法一,按生产普通规格石料的方式对出厂钢渣进行破碎后,在钢渣集料加工厂对钢渣混合料进行筛分,生产出不同规格的规格料,并分别存放,使用时再按不同的比例准确配料,确保二灰钢渣混合料级配稳定、合理。方法二,与冶炼厂对钢渣中残留钢、铁的二次提炼相结合,提高对大粒径钢渣的破碎程度,使用时先剔除出钢渣料中超出规范规定的大粒径颗粒后,再直接使用。

3.压碎值。由二灰钢渣强度形成机理可知,钢渣的压碎值是决定钢渣强度的重要指标。按照《公路路面基层施工技术规范》对集料压碎值的要求,钢渣压碎值,高速公路和一级公路应小于等于30%,二级以下公路应小于等于35%。常见钢渣的压碎值约为22%～27%。

四、实际应用中二灰钢渣的优点

(1)二灰钢渣是一种缓凝性材料,在施工中延迟压实时间稍长,对其达到密实度、强度影响不大但延迟时间过长仍会受到影响,这比混凝土和石灰土在施工中较易控制。由于二灰钢渣收缩性小,裂缝较少,可避免产生冲刷唧浆现象。(2)二灰钢渣具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性,其抗冻性较传统的石灰土要高得多。 (3)二灰钢渣具有初期强度高,随着龄期的增长,后期强度高的特点。(4)二灰钢渣强度高,可解决边施工边通车问题,可解决冷天施工开放交通问题;由于使用过程中裂缝较少,也容易与混凝土面层粘结牢固,宜于做沥青混凝土基层。(5)二灰钢渣具有很好的水稳定性和抗冻性,适宜在潮湿条件下养生,更适合在多雨地区施工,可在翻浆地段做垫层、底基层、基层,具有施工区域广的特点。

五、结语

随着公路建设的不断发展,公路建筑材料的相对短缺和材料价格上扬,直接造成了公路建设成本的提高,影响了公路建设的可持续性快速发展。同时,解决工业废渣占地排放、对周围环境和人群的污染等问题,又急需发挥公路工程对工业废渣的大宗利用潜质,目前二灰钢渣的材料性能指标,以及其施工方法与工艺要求,在现行的公路工程行业规范中基本还是一个空白,应尽快加以完善,以加快钢渣在公路行业的应用速度,推动工业废渣的大宗利用进程。