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泵送钢渣重混凝土的研究与应用

作者:李文华发布时间:2022-01-21分类:钢渣专家浏览:192评论:0


导读:摘要:本文主要针对容重在2.8KN/m?以上的钢渣重混凝土如何实现泵送进行研究,并在实际工程中进行了大量应用,总结出一套成熟的泵送钢渣混凝土生产及施工工艺。前言华北地区作为中国主要...

摘要:本文主要针对容重在2.8KN/m?以上的钢渣重混凝土如何实现泵送进行研究,并在实际工程中进行了大量应用,总结出一套成熟的泵送钢渣混凝土生产及施工工艺。

前言

华北地区作为中国主要的钢材生产基地,钢渣作为炼钢的副产品,资源非常丰富,科学、合理地利用钢渣是钢铁、建材可持续发展的需要;同时也是绿色建材、循环经济的体现。但是将钢渣作为骨料应用到预拌商品混凝土中并没有得到大面积推广,这主要是因为钢渣的加工、制造、运输成本高及自身稳定性较差造成的。目前钢渣的应用主要集中在水泥厂、路基、抗浮配重这三个方面,其中水泥厂仅仅是将钢渣作为混合材代替部分石灰石改善水泥活性;在筑路工程中也是作为普通集料代替级配石;在工程抗浮配重应用中,目前也基本上以干拌料现场回填为主。因此将钢渣直接应用到预拌混凝土中还是一个比较新的课题,钢渣预拌混凝土的应用范围主要是用于一些地下水位较高需要抗浮或结构设计需要配重的工程。相较于干拌料现场回填钢渣预拌混凝土具有品质均匀、密度高、施工方便、耐磨性好、耐碳化性能好、后期强度高、耐硫酸盐腐蚀性能好等优势。 但是钢渣密度高稳定性差的特点决定了其不能简单的直接取代预拌混凝土中砂石集料,必须经过沉积、筛分、分选、优化等过程处理并进行合理的配合比设计后才能应用到工程实践中。

1、原材料试验

1.1钢渣的选择:根据工程需要确定钢渣的产地非常重要,目前北京周边可提供钢渣的资源非常多,其中规模较大的主要有首钢、唐钢、天钢等,钢渣的处理工艺主要有水淬法、热泼法、余热自解法(热闷法)、滚筒法、风淬法等。其中钢渣热闷法是利用高温钢渣淋水后产生的温度应力及f-CaO吸水消解后产生的体积膨胀应力使钢渣在冷却过程中快速龟裂粉化,对钢渣性能适应强,处理速度快,尾钢渣稳定性好,因此应作为钢渣混凝土骨料的首选。目前钢厂的废弃钢渣均以非常低廉的价格出售给一些个人作坊式企业用于磁选工艺回收废钢铁,所以我们得到的钢渣均为这些企业选铁后的废弃物,根据客户的要求这些企业可以将钢渣加工成需要的粒径和级配,其出厂成本很低,但是每个企业的规模和产量均很小,因此必须再选择一家上规模的专业钢渣生产企业对这些回收的钢渣进行统一优化处理,否则很容易出现重大质量问题,特别是钢渣的稳定性将难以保证,其中一些新钢渣制成的混凝土已出现过类似问题(附图)。

经水浸泡后爆裂的混凝土

钢渣混凝土与普通混凝土颜色对比(左为普通混凝土)

经过多方取样与走访对比,最终确定选用北京可耐科特特种材料公司提供的产地为天钢热闷法工艺处理过的0.5-20mm连续级配钢渣,现场考察后,货源充足,能够满足4万吨以上的需求,检测报告齐全,游离氧化钙含量及存放期均满足2年以上的要求。

简易方法,用雷氏夹法试验(附图片)

1#、2#、3#试验对象是250g水泥加250g钢渣研磨粉搅拌而成,实验结果分别是0.5mm,0.4mm,1.0mm,结论:安定性合格。

1.3砂:放马峪铁矿尾矿细砂,粒径:0.15-1mm连续级配,细度模数:1.6,表观密度:1650kg/mm3,产地:密云

1.4配重砂:表观密度:2600kg/mm3,粒径:0.5-5mm连续级配可耐科特提供,产地:天津

1.5泵送剂:CKL聚羧酸型泵送剂,减水率:25%,产地:北京诚凯利外加剂厂。

2、混凝土配合比设计

2.1适当提高砂率以减少钢渣碎石间的内摩阻力减少泌水和离析倾向,但砂率的提高以满足和易性为宜砂率过高会影响黏度。

2.2、钢渣碎石呈多孔状,必然要从混凝土拌和物中吸取较多的水分和浆体,而使混凝土拌和物和易性变坏。为此搅拌前钢渣碎石宜预先润湿或补上附加水或适当增加外加剂用量;同时,对于低强度等级钢渣混凝土而言浆体体积所占比例不宜过小(可通过掺加矿物掺和料加以解决)。

2.3钢渣碎石级配较差且比重较大,故钢渣配重碎石混凝土坍落度以满足泵送施工为宜,不宜过大以防离析和沉降。

综上所述,确定如下3个配合比进行试验

试验结果表明,0.35的砂率为最佳砂率,可泵性指标满足要求,容重试验符合28KN/m?设计要求。

3、工程应用

3.1工程概况

华为环保园J01、J05地块数据通信研发中心工程位于北京市海淀区北清路中关村环保科技示范园内,总建筑面积为148075O,其中地下建筑面积为60077.94O,地上建筑面积为87997.5O,地下2层,地上4层,建筑高度22.49m。本工程回填面积约30000O,回填总方量约27000方,其中素土6500方,钢渣混凝土20500方。素土压实系数不小于0.94,钢渣容重不小于28KN/M3。

3.2工艺流程

原材料检、试验(合格后)钢渣配重混凝土搅拌钢渣配重混凝土运输泵送振捣钢渣配重混凝土试验抹面养护。工艺流程与普通混凝土无异,节省了大量的人力、物力,同时加快了施工速度,提前了工期。

3.3控制钢渣膨胀措施

3.3.1严格选用自然沉降一年半以上的钢渣,钢渣中f-CaO含量少于3%,经试饼法、压蒸法试验安定性合格,不存在体积稳定性问题。

3.3.2胶凝材料采用大掺量矿渣粉,用水量不超过180公斤。大掺量矿粉的引入,有效降低水化热,大大地降低了混凝土的收缩裂缝,而后期强度较高,又极大地限制了钢渣中残留游离氧化钙造成的膨胀。矿渣粉中的SiO2与钢渣中的游离氧化钙反应生成硅酸三钙(3CaO・SiO2)、硅酸二钙(2CaO・SiO2),有效降低钢渣混凝土膨胀开裂风险。

3.3.3采用部分弹性模量较低且比重较大的配重矿石或矿砂,在混凝土早期受到膨胀时起到缓冲释压的作用。

3.3.4在满足设计要求的情况下尽量减少钢渣的使用量,一般来说最高用量不宜超过1500公斤/m?。

3.3.5外加剂采用引气型高性能聚羧酸减水剂,引入的含气量也可以起到钢渣膨胀缓冲释压的作用。

3.3.6为缓解钢渣混凝土后期膨胀,施工时每200m2设置一道砖胎膜隔离;与原有建筑用500mm厚聚苯板隔开;高度大于1m时,每1m设一层聚苯板。附图

3.4泵送理论计算

混凝土的泵送距离受许多因素影响:泵的功率;泵管的尺寸与布置;均匀流动所需克服的阻力;泵送的速率;混凝土特性。泵必须提供足够的力量以克服混凝土和管内壁之间的摩擦力。管道弯曲或管径缩小会明显增加摩擦阻力。设备的泵送能力是关键因素之一,其能力应有一定的储备,以保证输送顺利,避免堵管。根据本工程的实际情况,选用HBT90混凝土拖式泵,其中泵的设计最大泵送压力为14 MPa,发动机的功率为174KW。

3.4.1对泵送混凝土至300 m(按最远距离) 长度所需压力进行验算,:

L= P/ΔPH

式中:L―――混凝土泵的最大水平输送距离,m;

P―――泵出口处的计算压力,Pa;

ΔPH―――每米水平管的压力损失,Pa/m。

每米水平管的压力损失ΔPH,可按下式计算:

ΔPH= 2/r[K1+K2(1+ t2/t1)V]α

式中:r―――混凝土输送管的半径,m;

K1―――黏着系数,K1=(3.00- 0.10S)×102=100;

K2―――速度系数,K2=(4.00- 0.10S)×102=200;

S―――混凝土坍落度,约20 cm;

t2 /t1―――分配阀的切换时间与活塞推压混凝土时间之比,

这里取0.30;

V―――混凝土在输送管内的平均流速,m/s;当排量为30m3/h

时,取0.68 m/s,即[30/(3.14×0.1252/4)]/3 600;

α―――径向压力与轴向压力之比,普通混凝土约为0.90。

经计算,当采用压力损失计算法时,换算水平管长度和压力损失的混凝土泵送的配管换算的总压力损失为ΔPH=4.40 MPa

3.4.2为保证发动机的功率满足混凝土出口压力的要求,对发动机的功率验算,具体如下:

(1)主系统油压为20 MPa;

(2)柴油机额定转速为2 000 rpm;

(3)主油泵1 台,每台排量为190 ml/r;

(4)恒油泵1 台,每台排量为28ml/r,最高工作压力为16 MPa;

(5)齿轮泵1 台,每台排量为22ml/r,最高工作压力为11 MPa;

则:主油泵功率W1=P×Q/60=20×190×2/60=126.7kW;

恒油泵功率W2=P×Q/60=16×28×2/60=15.4 kW;

齿轮泵功率W3=P×Q/60=11×22×2/60=8.6 kW。

因此,所需发动机功率W=(W1+W2+W3)/η=(126.7+15.4+8.6)/0.88=170 kW

经验表明,泵的最经济最安全的实际压力应不超过设计最大压力的55%~65%。所以,在一般的泵送施工经验中,混凝土泵的最大出口压力应比实际所需压力高10%~20%,多出的压力储备用来应付混凝土变化引起的异常现象。因此,根据计算及工程经验,确定泵的最大出口压力为14 MPa,一方面有一定的压力储备;另一方面,在正常工作状况下,液压系统工作压力不超过16MPa,工作可靠性更高。

3.5施工效果

3.5.1每车混凝土均留置100*100*100mm混凝土试块1组,并测量湿容重>2900kg/m?,脱模后>2857kg/m?,满足28KN/m?的要求。附图:

3.5.2泵送距离大于150m,泵送过程顺利,极少出现泵管堵塞现象,现场混凝土坍落度控制在200-220mm,扩展度600-700mm。附图

3.5.3钢渣混凝土浇注已结束,目前未发现裂缝、起鼓、爆裂现象,基本达到了预想的设计效果。

4、结论

4.1经热闷处理后存放2年以上的钢渣可以大量应用在非结构配重或抗浮混凝土内。

4.2只要控制好混凝土的各种相关泵送技术指标,钢渣重混凝土的泵送是可以实现的,能够有效保障重混凝土容重同时缩短工期。

4.3施工现场采取技术措施,预留钢渣混凝土的膨胀释放空间,实践证明这种经验是合理有效的。

参考文献:

【1】 《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T10-2011)

【2】 《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ55-2011)

【3】 王雄,钢渣的回收与利用,《武钢技术》,2006(10):44-5

作者简介:

付传康(1987.10--)男,汉族,山东临沂人,助理工程师,学士,北京新航建材集团有限公司

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