利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土

殷學宇，孫健，趙曉南，張合軍，孫曉華，李德亮

（山東魯碧建材有限公司，山東 濟南 271100）

1 項目背景

1.1 項目背景

魯碧集團為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，充分利用集團自身1000萬噸鋼的煉鋼熔劑—石灰石尾礦和剝離廢石，安裝大型骨料生產(chǎn)線[1]，針對煉鋼廢棄石灰石資源一條龍生產(chǎn)機制砂和碎石，并將其成功應(yīng)用到混凝土中，用以替代粗細骨料，起到變廢為寶的目的，此項技術(shù)降低了混凝土對日益緊缺的天然河砂和傳統(tǒng)礦物摻合料粉煤灰等的過度依賴，走出了一條可持續(xù)發(fā)展的綠色混凝土之路。

（1）以使用量最大、使用面最廣的 C30混凝土為例，明確提出煉鋼廢棄石灰石資源利用的具體有效途徑。提出了煉鋼廢棄石灰石資源一條龍生產(chǎn)石機制砂和碎石的生產(chǎn)工藝流程和關(guān)鍵參數(shù)指標，即用于混凝土中的機制砂石粉含量不宜超過15%，實現(xiàn)了煉鋼廢棄石灰石資源的利用。

（2）在降低混凝土收縮的技術(shù)措施研究方面，提出采用聚羧酸減水劑減低煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土的開裂抗敏感性[2]，以保證該混凝土良好的體積穩(wěn)定性。

（3）結(jié)合實際工程要求，開展了煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土在建筑工程中的應(yīng)用，提出了其質(zhì)量控制技術(shù)和措施，并對其進行了質(zhì)量檢測和評定。

1.2 利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土在建筑工程中的應(yīng)用

為了在實際工程中應(yīng)用煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土，以實際工程使用量最大的 C30混凝土為例，在試驗室較充分地研究了混凝土的工作性、強度、體積穩(wěn)定性和部分耐久性指標，得出了該混凝土的配合比設(shè)計方法和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標，使用該石灰石資源材質(zhì)的混凝土的機制砂最佳石粉含量為15%[3]。為此在實際建筑工程中使用 C30煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土，以得出該混凝土的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。

本工程為我公司鋼渣立磨工程，位于鋼城區(qū)萊鋼集團廠部，魯碧建材產(chǎn)業(yè)園東部，基礎(chǔ)形式為筏板，設(shè)計為主樓梁板柱為現(xiàn)澆 C30現(xiàn)澆混凝土。圖1為施工現(xiàn)場圖。

2 混凝土生產(chǎn)與施工

由于工程相對較緊，而當?shù)貎涞馁|(zhì)量合格的石子和砂子相對較少，難以滿足建筑工程的連續(xù)施工澆筑總量，同時細骨料使用量較大，由于其質(zhì)量波動性較大，導致所配制的混凝土質(zhì)量也存在一定的波動，勢必增加工程造價，而該工程即在魯碧集團煉鋼廢棄石灰石礦山附近。為節(jié)約工程造價，保證工程建設(shè)的施工連續(xù)性和工程質(zhì)量，在與業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理和相關(guān)職能部門等單位的協(xié)商下，決定采用煉鋼廢棄石灰石礦山骨料線一條龍生產(chǎn)的機制砂和碎石等原材料制備混凝土進行該工程建設(shè)。

圖1 施工現(xiàn)場圖

前期室內(nèi)試驗研究工作采用的混凝土原材料均采自現(xiàn)場材料，因此室內(nèi)研究工作對鋼渣立磨的施工具有很好的對應(yīng)指導關(guān)系，該建筑工程混凝土配合比見表1。

表1 混凝土的施工配合比 kg/m3

2.1 原材料的質(zhì)量控制

P·O42.5水泥采用山東魯碧散裝水泥，在使用前應(yīng)對其強度、安定性及其它必要的性能指標進行復驗。機制砂和碎石應(yīng)進行搭設(shè)廠篷遮陽避雨堆放，對機制砂應(yīng)不定期地檢測其石粉含量，以保證機制砂石粉含量的穩(wěn)定性，同時檢測其亞甲藍試驗以區(qū)別機制砂中所含石粉和泥粉含量。如遇機制砂技術(shù)參數(shù)指標波動較大時，應(yīng)立即調(diào)整混凝土配合比，并通過材料生產(chǎn)工藝，保證生產(chǎn)出的機制砂和碎石質(zhì)量。減水劑采用萊蕪易和聚羧酸，在進場時進行相應(yīng)檢測。

2.2 混凝土攪拌和運輸

在采用煉鋼廢棄石灰石資源利用技術(shù)生產(chǎn)混凝土時，由于骨料組成復雜，機制砂石粉含量高，混凝土的攪拌時間宜延長10～20s，保證聚羧酸減水劑、機制砂和膠凝材料等的充分混合，以發(fā)揮其綜合效應(yīng)。

混凝土的運輸應(yīng)安排專人專車負責，在運輸前應(yīng)檢查混凝土攪拌運輸車車內(nèi)是否存留有積水，運輸時應(yīng)考慮最近的運輸路線，混凝土從攪拌機中卸出到施工現(xiàn)場卸料完畢一般不應(yīng)超過90min，在整個運輸過程中嚴禁加水。

2.3 混凝土澆筑和振搗

混凝土在澆筑前，應(yīng)對混凝土進行工作性能的檢測。在澆筑時，應(yīng)控制好混凝土的均勻性和密實性，混凝土拌合物運至澆筑地點后，應(yīng)立即澆入模；混凝土柱豎向超過3m 時，應(yīng)借助于串筒或溜管等設(shè)備澆筑，混凝土梁板一般同時澆筑，從一端開始向前推進。

當混凝土坍落度在現(xiàn)場難以達到泵送要求時，應(yīng)在技術(shù)人員的指導下加入適量的減水劑，并快速旋轉(zhuǎn)混凝土攪拌運輸車，混凝土達到泵送要求后方可進行澆筑。

混凝土澆筑時宜采用高頻振搗器或附著式平板振搗器等設(shè)備進行振搗密實。為保證混凝土達到充分的密實性，振動操作應(yīng)快插慢拔，每一振點持續(xù)時間應(yīng)使混凝土表面呈現(xiàn)浮漿或不再沉落為宜。當被振混凝土表面有清晰的輪廓呈現(xiàn)，浮漿為一水平面，且無大量氣泡排出，即表明混凝土已被振搗密實。避免混凝土振動時間過長，導致混凝土離析，粗骨料下沉，進而導致結(jié)構(gòu)不均勻。

2.4 混凝土的養(yǎng)護

由于利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土開裂敏感性較大，因此對其養(yǎng)護提出了更高的要求。混凝土養(yǎng)護的目的是為了讓混凝土中的膠凝材料盡可能地充分水化，因而充足的保濕條件對混凝土養(yǎng)護很重要?；炷翝仓駬v密實后，應(yīng)立即對其加以覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護。

在混凝土終凝后應(yīng)灑水或噴霧養(yǎng)護，灑水次數(shù)和程度以保持混凝土表面濕潤為準，其養(yǎng)護時間一般不少于14d。

3 有益效果

3.1 混凝土的質(zhì)量檢測

在不同齡期對煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土進行跟蹤檢驗，采用回彈法對該混凝土強度進行普查，同時結(jié)合部分鉆取芯樣法對混凝強度進行檢測，其28d 齡期部分回彈法檢測結(jié)果見表2所示，鉆取的部分混凝土芯樣，如圖2所示。從表2可以看出，煉鋼石灰石資源利用制備的混凝土28d 強度基本保持在30MPa左右，均滿足 C30的強度要求，同時從其碳化深度和強度可以看出，該混凝土的勻質(zhì)性較好，這表明該混凝土的配制和應(yīng)用技術(shù)較為完善，實現(xiàn)了利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土在實際工程中成功規(guī)?；瘧?yīng)用。

通過長期跟蹤發(fā)現(xiàn)煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土沒有開裂現(xiàn)象，沒有看到明顯裂縫，由此可見通過相關(guān)技術(shù)措施可以降低該混凝土的開裂敏感性，采用該混凝土澆筑的混凝土梁板柱外觀光滑平整，表面無斑點和水紋現(xiàn)象，無空洞和蜂窩等質(zhì)量缺陷（圖3）。

表2 部分回彈法檢測的混凝土強度

圖2 鉆芯試件

圖3 混凝土表面

3.2 該項技術(shù)的社會效應(yīng)

在煉鋼熔劑—石灰石礦的生產(chǎn)過程不可避免地要生產(chǎn)大量廢棄物，如小粒徑廢石等和剝離廢石，通過煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土的課題實施[4]，實現(xiàn)了煉鋼廢棄石灰石資源骨料生產(chǎn)線一條龍生產(chǎn)機制砂和碎石等混凝土原材料，變廢為寶，實現(xiàn)了廢棄物的高效利用，同時節(jié)約了石灰石資源的浪費，也符合國家目前提倡的節(jié)能環(huán)保政策。如不對其廢棄物加以利用，在干燥天氣時，粉塵到處飛揚，影響生態(tài)環(huán)境。該混凝土的成功制備和在實際工程中的應(yīng)用，提高了集團公司混凝土板塊對推廣煉鋼廢棄石灰石資源在混凝土中使用的信心，同時也給當?shù)鼐用裉峁┝烁嗟木蜆I(yè)機會，創(chuàng)造良好的企地關(guān)系，也提高了公司混凝土板塊的應(yīng)用技術(shù)水平，在社會上產(chǎn)生了很好的社會效應(yīng)。

3.3 該項技術(shù)的技術(shù)效應(yīng)

利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土的成功實施有效解決了魯碧公司混凝土板塊對日益緊缺的傳統(tǒng)天然砂的供需矛盾關(guān)系；由于采用了精品骨料生產(chǎn)線生產(chǎn)機制砂和碎石，這種人工機械化生產(chǎn)可以實現(xiàn)產(chǎn)品的可調(diào)可控，保證了混凝土礦物摻合料和骨料的質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而可以保證混凝土的質(zhì)量，擺脫了混凝土質(zhì)量對粉煤灰和礦粉以及河砂質(zhì)量波動性的過度依賴，提高了混凝土的應(yīng)用技術(shù)水平；同時利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土提高了混凝土的綠色度，為魯碧集團的循環(huán)經(jīng)濟路線再續(xù)篇章，值得大力推廣使用。

4 該項技術(shù)的經(jīng)濟效益分析

4.1 直接經(jīng)濟效益

以實際工程所用的 C30普通商品混凝土和利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土進行生產(chǎn)成本對比，可得到采用煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土的直接經(jīng)濟效益[5]。當?shù)鼗炷猎牧蟽r格見表3，混凝土配合比見表4。

表3 混凝土原材料價格 元/噸

表4 兩種 C30混凝土配合比 kg/m3

結(jié)合表3和表4，得到利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土材料成本為310元/m3，普通商品混凝土的材料成本為372元/m3，成本節(jié)約62元/m3。按混凝土年產(chǎn)量為10萬方的混凝土攪拌站計算，采用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土，比采用河砂和普通摻合料的混凝土可節(jié)約成本600余萬元/年，經(jīng)濟效益顯著。

4.2 間接經(jīng)濟效益

煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土的間接經(jīng)濟效益十分巨大。采用煉鋼廢棄石灰石資源骨料生產(chǎn)線生產(chǎn)機制砂和碎石，這種生產(chǎn)模式可以實現(xiàn)產(chǎn)品性能的調(diào)控，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而保證混凝土的質(zhì)量，降低粉煤灰質(zhì)量的影響；所得產(chǎn)品機制砂中含泥量低，為聚羧酸減水劑提供了良好的應(yīng)用條件。而聚羧酸減水劑的應(yīng)用彌補了應(yīng)用高含量石灰石粉給混凝土帶來的體積收縮，保證了混凝土體積穩(wěn)定性的合格。利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土在技術(shù)上是完全可行的。