鋼渣在建筑工程回填中的應(yīng)用技術(shù)

文/劉景春 石橫特鋼集團(tuán)有限公司 山東肥城 271612

鋼渣作為冶金工業(yè)排放的固體廢料，利用率較低，大量鋼渣積存，污染環(huán)境，缺乏大規(guī)模利用鋼渣的有效途徑和成熟穩(wěn)定的應(yīng)用技術(shù)。由于鋼渣有其相對(duì)特殊的化學(xué)、物理力學(xué)性能，國(guó)內(nèi)外冶金和建筑行業(yè)曾進(jìn)行過(guò)多種的應(yīng)用嘗試，由于技術(shù)研究開(kāi)發(fā)難度高，技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用驗(yàn)證時(shí)間長(zhǎng)久，致使進(jìn)展不理想，推廣應(yīng)用較慢。近年來(lái)我國(guó)工程建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)建筑材料尤其是石料的需要量增加，如果能將鋼渣代替石料，安全而經(jīng)濟(jì)地用于工程建設(shè)，將創(chuàng)造非?？捎^(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1、鋼渣的特殊性能和在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用情況

鋼渣用于填筑工程基礎(chǔ)在國(guó)內(nèi)已有研究及應(yīng)用,但由于它的膨脹粉化對(duì)工程質(zhì)量非常不利，在填筑工程基礎(chǔ)的應(yīng)用方面一直存在著爭(zhēng)議。鋼渣作為基礎(chǔ)填筑材料的應(yīng)用既有成功，也有失敗，但從研究結(jié)果來(lái)看鋼渣填筑基礎(chǔ)在技術(shù)上是可行的，但在使用時(shí)要嚴(yán)格管理。由于煉鋼工藝及鋼渣處理工藝的改變 ,鋼渣的理化性能較以前有較大的變化，因此有必要進(jìn)行比較全面的研究。

2、技術(shù)研究思路及方法

主要研究思路是：對(duì)鋼渣在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，收集信息、資料，有針對(duì)性的做出篩選和技術(shù)研究方案；采用鋼渣回填和地基換填處理過(guò)的工程項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè)、沉降變形觀(guān)測(cè)和全面驗(yàn)證。

2.1 鋼渣的化學(xué)、物理性質(zhì)，分析鋼渣的顆粒級(jí)配情況和粒徑以及壓碎指標(biāo)。

2.1.1 鋼渣力學(xué)性能測(cè)壓結(jié)果

鋼渣的力學(xué)強(qiáng)度一般很高，其強(qiáng)度與孔隙率和陳化時(shí)間有關(guān)。鋼渣顆粒的極限抗壓強(qiáng)度高達(dá)93.5MPa , 飽水狀態(tài)極限抗壓強(qiáng)度高達(dá)77.3MPa ,軟化系數(shù)為0.94, 相當(dāng)于3級(jí)石料標(biāo)準(zhǔn)。

鋼渣的壓碎值按中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ058《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》，采用瀝青路面標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行鋼渣壓碎值試驗(yàn)，測(cè)得鋼渣壓碎值變化范圍為 6%～12%，一般認(rèn)為集料的壓碎值指標(biāo)低于12%時(shí)，集料的強(qiáng)度高，堅(jiān)固性好，彈性模量高。

2.1.2 熱燜渣鋼渣成分表

熱燜渣鋼渣成分表

由表中分析鋼渣壓碎指標(biāo)很高，活性成分高。含有游離氧化鈣和游離氧化鎂成分，造成對(duì)安定性有較大影響，需要進(jìn)行陳化。

2.2 分析鋼渣中活性成分和工程力學(xué)性質(zhì)，分析鋼渣與石灰、水渣、粉煤灰、黏土的級(jí)配及混合性能以及化合反應(yīng)機(jī)理。

2.3 分析對(duì)比鋼渣回填、墊層法、砼填充法、級(jí)配碎石換填、地基加固、樁法等地基處理的各種技術(shù)性能、力學(xué)性能、沉降分析、性?xún)r(jià)比等各種地基處理技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.4 分析各種建構(gòu)筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)類(lèi)型，進(jìn)行鋼渣換填處理的適用性分析。

2.5 可采用的鋼渣換填方式。

1）鋼渣+渣土回填壓實(shí)。

2）鋼渣+水渣回填壓實(shí)。

3）鋼渣+石粉回填壓實(shí)。

4）鋼渣+石灰回填壓實(shí)。

5）鋼渣+粉煤灰回填壓實(shí)。

3、主要技術(shù)方案

3.1 鋼渣的物理力學(xué)性能

3.1.1 鋼渣的密度。鋼渣的松散密度為2.0～2.2t/m3，稍密實(shí)的鋼渣約為2.4～2.5t/m3，重型壓實(shí)后鋼渣密度為 3t/m3左右，是普通石料的1.2～1.4倍。壓實(shí)后的理想密度可達(dá)3.5t/m3左右。由于鋼渣的密度較大，在地基承載力不足的軟土地區(qū)應(yīng)慎用。

3.1.2 鋼渣的顆粒級(jí)配。取直徑小于30mm的鋼渣 , 按四分法縮分后篩分，參照對(duì)路基填料級(jí)配的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以認(rèn)為鋼渣顆粒級(jí)配良好，屬易壓實(shí)性填筑材料。并根據(jù)以往工程實(shí)踐中這一類(lèi)型級(jí)配的填料具有較好的顆粒結(jié)構(gòu)效應(yīng)，在較小的壓實(shí)功能條件下能使粒料嵌擠密實(shí)，容易使壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 鋼渣的礦相分析

鋼渣的性能與礦物組成有密切關(guān)系。鋼渣中常見(jiàn)的礦物有黃長(zhǎng)石、輝石、橄欖石、方錳石、假硅輝石和少量的褐硫鈣石及硫錳礦等。Ca (OH) 2在鋼渣中只是以中間產(chǎn)物存在，游離態(tài)的 f2CaO僅有少量。Mg 在鋼渣中多數(shù)是以單態(tài)或復(fù)態(tài)的鐵酸鹽形式存在，僅以少量氧化物形式存在。鋼渣樣品 XRD 分析結(jié)果表明：主要礦物為鈣鋁黃長(zhǎng)石，同時(shí)含有少量鎂黃長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石、硫化鈣、硅酸二鈣等。對(duì)鋼渣進(jìn)行活性檢驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)取樣將塊狀鋼渣砸碎，替代粗集料，作為粗集料參照 JTJ032規(guī)范要求鋼渣進(jìn)場(chǎng)澆水浸泡10天后取樣試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn),30 天后基本穩(wěn)定只有個(gè)別試件有微量起包現(xiàn)象。對(duì)鋼渣進(jìn)行穩(wěn)定度、流值試驗(yàn)，鋼渣消解后的穩(wěn)定值是相當(dāng)高的。

3.3 鋼渣的穩(wěn)定性試驗(yàn)

鋼渣的常壓煮沸安定性和壓蒸安定性試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.4.鋼渣的有害物質(zhì)含量分析

在路基工程建設(shè)中，對(duì)鋼渣填料的質(zhì)量尚無(wú)明確的定量標(biāo)準(zhǔn)要求。通常認(rèn)為，鋼渣中的 FeS、MnS 遇水后，易生成 Fe (OH)2和Mn(OH)2使硫化物分解并造成顆粒粉化和體積膨脹。集團(tuán)公司鋼渣中 Mn和 TiO2非常少，鋼渣中錳、鈦、硫等化合物的平均值均在規(guī)定之內(nèi)。其放射性比活度小于建筑材料用工業(yè)廢渣放射性物質(zhì)限制標(biāo)準(zhǔn)。鋼渣的總體質(zhì)量基本符合建筑填筑工程材料質(zhì)量的要求。

3.5 鋼渣在建筑工程回填應(yīng)用注意事項(xiàng)

1) 鋼渣使用陳化后的鋼渣，避免使用新鋼渣。

2）鋼渣粒徑應(yīng)控制在不大于40mm，并且鋼渣級(jí)配應(yīng)符合規(guī)范的要求。

3）施工過(guò)程中嚴(yán)格控制層厚，建議壓實(shí)厚度采用300mm。

4）壓實(shí)應(yīng)在最佳含水量狀態(tài)下進(jìn)行，碾壓合格后應(yīng)立即灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期期要符合規(guī)范要求。

4、結(jié)論和分析

1）鋼渣替代砂石料、碎石、土類(lèi)等，應(yīng)用在地基處理和工程回填中，混合料級(jí)配穩(wěn)定，幾乎不產(chǎn)生沉降，回填后混合料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生非常高的強(qiáng)度，是優(yōu)良的工程材料，能夠廣泛的應(yīng)用于不同范圍的地基處理。

2）大幅度降低地基換填法處理費(fèi)用。

3）減少地基基礎(chǔ)沉降和變形，保證建構(gòu)筑物基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)安全。

4）克服回填土壓實(shí)質(zhì)量不可控的問(wèn)題。

5）鋼渣在工程回填中應(yīng)用研究在國(guó)內(nèi)行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，在工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。

消納固體廢棄物，資源化利用，減少處置費(fèi)用，社會(huì)效益巨大。