高碳鉻鐵合金渣透水混凝土試驗(yàn)研究

程海麗，張亮，董瑞龍，周瑞東，徐厚安，蘇小軍，賀志杰，范博容，唐蔚妤，王昊，

（1.北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京100144；2.內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市新太新材料科技有限公司，內(nèi)蒙古烏蘭察布012100）

近年來，我國已成為世界上最大的鉻鐵合金生產(chǎn)國，2014年鉻鐵合金產(chǎn)量達(dá)到388萬t。鉻鐵渣是鉻鐵合金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鉻冶煉廢渣，每生產(chǎn)1 t鉻鐵合金就有1.1～1.2 t廢渣產(chǎn)出。由此估算，我國每年大約產(chǎn)生400萬t的鉻鐵渣，而其利用率僅為30%，約有280萬t鉻鐵渣露天堆存，未得到妥善處置和利用[1]。

透水混凝土具有良好的透水、透氣性，其應(yīng)用可有效收集雨水或滲透補(bǔ)充地下水，有利于保持地下水資源平衡，預(yù)防水位下降和地面下沉，創(chuàng)建舒適的生活環(huán)境；有利于地表微生物棲息生存，維持自然生物鏈，還具有降噪音，吸熱量，緩解“熱島效應(yīng)”等作用，是海綿城市建設(shè)用透水鋪裝材料。目前透水混凝土所用骨料主要為不可再生的天然砂石資源，隨著混凝土等材料對(duì)天然砂石資源的不斷消耗，資源的匱乏及對(duì)環(huán)境負(fù)荷問題的解決已迫在眉睫。

因此，將高碳鉻鐵渣作為骨料用于透水混凝土的制作，既可節(jié)約天然骨料又可吸納高碳鉻鐵渣，同時(shí)又可制作出生態(tài)型透水混凝土材料，一舉多得。

1 原材料及其性能

水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，3 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為5.1 MPa，17 MPa，28d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為8.9 MPa，47.8 MPa；天然石子粒徑4.75～9.5 mm，堆積密度為 1 494 kg/m3。

高碳鉻鐵合金渣（以下簡(jiǎn)稱“鉻鐵合金渣”）來自內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市新太新材料科技有限公司，粒徑4.75～9.5 mm，堆積密度為1 556 kg/m3。

2 試驗(yàn)方法

透水混凝土成型采用裹石法，即，先以一定水灰比的水泥凈漿包裹骨料表面，再將剩余的水泥和水一起拌和。配合比見表1。

強(qiáng)度測(cè)定參照GBT50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，連通孔隙率測(cè)試參照CJJT 253—2016《再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行，性能結(jié)果見表1。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

3.1 鉻鐵渣作為混凝土骨料的可行性

由國家建筑材料測(cè)試中心依據(jù)GB/T14685—2011《建筑用卵石、碎石》對(duì)鉻鐵合金渣作為粗骨料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表2，可以看出，鉻鐵合金渣完全可以作為混凝土骨料使用；由國家環(huán)境分析測(cè)試中心對(duì)鉻鐵合金渣進(jìn)行浸出毒性檢測(cè)，結(jié)果見表3，可以看出，鉻鐵合金渣的浸出毒性完全符合要求。

表1 透水混凝土配合比及其性能

表2 高碳鉻鐵合金渣作為普通混凝土用粗骨料的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 鉻鐵合金渣進(jìn)行浸出毒性檢測(cè)結(jié)果

3.2 鉻鐵合金渣作為透水混凝土骨料

比較表1中組號(hào)1與組號(hào)2可以看出，在配比相同時(shí)，鉻鐵合金渣作為透水混凝土骨料時(shí)，其抗壓強(qiáng)度值和連通孔隙率均較石子作為骨料時(shí)略大，表明鉻鐵合金渣完全可以替代天然石制作透水混凝土材料。

3.3 鉻鐵合金渣透水混凝土配比優(yōu)化

比較表1中組號(hào)2，3，4可以看出，當(dāng)水灰比為0.29時(shí)，隨著膠骨比的增加，透水混凝土的強(qiáng)度提高，孔隙率減小，這是因?yàn)?，?dāng)水灰比不變時(shí)，膠骨比增加，亦即水泥用量增加，因而強(qiáng)度增加，同時(shí)，由于水泥漿的增多，包裹在骨料周圍的水泥漿隨之增厚，使得連通孔隙率下降。

當(dāng)水灰比為0.42時(shí)，隨著膠骨比的增加，混凝土的強(qiáng)度和連通孔隙的變化規(guī)律與水灰比為0.29時(shí)類似。

分別比較表1中組號(hào)2與5，3與7，4與8可以看出，當(dāng)膠骨比相同時(shí)，水灰比減少時(shí)強(qiáng)度下降，但連通孔隙率提高，這一結(jié)論與普通混凝土性能與水灰比的關(guān)系不同。這是因?yàn)?，?duì)于透水混凝土來說，水泥漿體對(duì)骨料的均勻包裹與否是決定多孔透水混凝土抗壓強(qiáng)度的重要因素,它比水泥漿體抗壓強(qiáng)度（由水灰比決定）更能影響整體的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)水灰比減小，即用水量減少時(shí)，粘稠的水泥漿體不足以包裹骨料顆粒，造成攪拌困難，使水泥漿與骨料間粘結(jié)力下降，削弱了水灰比下降對(duì)水泥漿體的增強(qiáng)作用[2]。

當(dāng)水灰比和膠骨比均較大時(shí)（組號(hào)5和6）強(qiáng)度很大，但連通孔隙率下降很多，這是由于當(dāng)水泥漿體較稀但總量又較多時(shí)，更容易充分地填充骨料的縫隙，雖然水泥漿本身由于水灰比的增大，強(qiáng)度會(huì)有所下降，但由于透水混凝土的密實(shí)性得到了提高，因而強(qiáng)度提高透水率下降。

參考CJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》和CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，組號(hào)7抗壓強(qiáng)度達(dá)到C20要求，連通孔隙率達(dá)到18%，大于10%。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

（1）內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)市新太新材料科技有限公司高碳鉻鐵合金渣的性能滿足混凝土用骨料要求。

（2）配制透水混凝土?xí)r，高碳鉻鐵合金渣作為骨料時(shí)的性能優(yōu)于天然石作為骨料時(shí)的性能。

（3）水灰比為0.42，膠骨比為0.28時(shí)，配制的透水混凝土可達(dá)到相關(guān)規(guī)范規(guī)定的C20混凝土的要求，連通孔隙率可達(dá)18%.

4.2 討論

（1）僅從強(qiáng)度和連通孔隙率兩個(gè)方面初步試驗(yàn)研究了鉻鐵合金渣混凝土的性能，后續(xù)還應(yīng)研究其做為路面材料的耐久性、耐磨性等性能。

（2）所用鉻鐵合金渣鉻排出量合格，但不代表所有廠家排放的鉻鐵合金渣的鉻排放量都合格，因此，鉻鐵合金渣在透水混凝土中的應(yīng)用，鉻的排放和固定仍將是后續(xù)應(yīng)關(guān)注和研究的問題。

[1]國家發(fā)展和改革委員會(huì).中國資源綜合利用年度報(bào)告(2014)[R].中國學(xué)術(shù)期刊電子雜志出版社，2014，7(10):3-8.

[2]蔣正武，孫振平，王培銘.若干因素對(duì)多孔透水混凝土性能的影響[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2005，8(5)：513-519.