钢渣活性及膨胀性试验
沥青路面施工技术质量标准
沥青路面施工技术质量标准<1>基层1、沥青面层施工前应对基层进行检查,基层质量不符合要求的不得铺筑沥青面层。
2、新建沥青路面的基层按结构组合设计要求,选用沥青稳定碎石、沥青贯入式、级配碎石、级配砂砾等柔性基层;水泥稳定土或粒料、石灰与粉煤灰稳定土或粒料的半刚性基层;碾压式水泥混凝土、贫混凝土等刚性基层;以及上部使用柔性基层,下部使用半刚性基层的混合式基层。
3、半刚性基层沥青路面的基层与沥青层宜在同一年内施工,以减少路面开裂。
4、以旧沥青路面作基层时,应根据旧路面质量,确定对原有路面修补、铣刨、加铺罩面层。
旧沥青路面的整平应按高程控制铺筑,分层整平的一层最大厚度不宜超过100mm。
5、以旧的水泥混凝土路面作基层加铺沥青面层时,应根据旧路面质量,确定处治工艺,确认能满足基层要求后,方能加铺沥青层。
6、旧路面处理后必须彻底清除浮灰,根据需要并作适当的铣刨处理,洒布粘层油,再铺筑新的结构层。
<2>材料<2.1>一般规定1、沥青路面使用的各种材料运至现场后必须取样进行质量检验,经评定合格方可使用,不得以供应商提供的检测报告或商检报告代替现场检测。
2、沥青路面集料的选择必须经过认真的料源调查,确定料源应尽可能就地取材。
质量符合使用要求,石料开采必须注意环境保护,防止破坏生态平衡。
3、集料粒径规格以方孔筛为准。
不同料源、品种、规格的集料不得混杂堆放。
<2.2>道路石油沥青1、沥青路面采用的沥青标号,宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等,结合当地的使用经验,经技术论证后确定。
(1)对高速公路、一级公路,夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段,尤其是汽车荷载剪应力大的层次,宜采用稠度大、60℃粘度大的沥青,也可提高高温气候分区的温度水平选用沥青等级;对冬季寒冷的地区或交通量小的公路、旅游公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青;对温度日温差、年温差大的地区宜注意选用针入度指数大的沥青。
热拌沥青混合料配合比设计培训
热拌沥青混合料配合比设计培训一、一般规定热拌沥青混合料的配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段,确定沥青混合料的材料品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量。
采用马歇尔试验配合比设计方法。
如采用其他方法设计沥青混合料时,应按《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验,并报告不同设计方法的试验结果。
1、热拌沥青混合料的目标配合比设计流程步骤图2、热拌沥青混合料的生产配合比设计阶段:对间歇式拌和机,应按规定方法取样测试各热料仓的材料级配,确定各热料仓的配合比,供拌和机控制室使用。
同时选择适宜的筛孔尺寸和安装角度,尽量使各热料仓的供料大体平衡。
并取目标配合比设计的最佳沥青用量 OAC、OAC±0.3%等3个沥青用量进行马歇尔试验和试拌,通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量,由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于±0.2%。
对连续式拌和机可省略生产配合比设计步骤。
3、热拌沥青混合料的生产配合比验证阶段。
拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段,并取样进行马歇尔试验,同时从路上钻取芯样观察空隙率的大小,由此确定生产用的标准配合比。
标准配合比的矿料合成级配中,至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近优选的工程设计级配范围的中值,并避免在0.3~0.6mm 处出现"驼峰"。
对确定的标准配合比,宜再次进行车辙试验和水稳定性检验。
二、确定工程设计级配范围1、沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定,密级配沥青混合料的设计级配宜在规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的级配范围内.根据公路等级,工程性质、气候条件、交通条件、材料品种等因素,通过对条件大体相当的工程使用情况进行调查研究后调整确定,必要时允许超出规范级配范围。
浸水环境下钢渣骨料体积胀裂与强度劣化试验研究
d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2022.01.002浸水环境下钢渣骨料体积胀裂与强度劣化试验研究余 浩1,孟秀元2,林 顺1,常文伟2,磨炼同1,肖 月1(1.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉430070;2.山西路桥集团阳蟒高速公路有限责任公司,晋城048100)摘 要: 采用四种不同产地的钢渣骨料进行不同温度的浸水胀裂试验,通过X R D 检测了不同浸水时间胀裂钢渣颗粒中C a O 相㊁C a (OH )2相与C a C O 3相的衍射峰强度,并开展了钢渣骨料浸水前后压碎值试验㊂试验结果表明游离氧化钙含量高和多孔性高的钢渣更易发生胀裂,浸水温度对钢渣胀裂影响最大,浸水胀裂的钢渣骨料发生f -C a O 消解和碳化反应而持续生成C a (OH )2和C a C O 3㊂钢渣骨料浸水处理后强度劣化程度可用压碎值增量表征㊂关键词: 钢渣; 体积安定性; 游离氧化钙; 浸水处理; 胀裂行为S t u d y o nV o l u m eE x p a n s i o nC r a c k i n g a n dS t r e n g t hD e g r a d a t i o no f S t e e l S l a g A g g r e ga t e u n d e rW a t e r I m m e r s i o n Y U H a o 1,M E N GX i u -y u a n 2,L I NS h u n 1,C HA N G W e n -w e i 2,M OL i a n -t o n g 1,X I A OY u e 1(1.S t a t eK e y L ab o r a t o r y o f S i l ic a t eM a t e r i a l s f o rA r c h i t e c t u r e s ,W u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,W u h a n430070,C h i n a ;2.S h a n x iR o a da n dB r id g eG r o u p Y a n g m a n g E x p re s s w a y C oL t d ,J i n c h e n g 048100,C h i n a )A b s t r a c t : F o u r t y p e s of s t e e l s l ag sw i th di f f e r e n t o r i g i n sw e r e u s e d f o rw a t e r i mm e r s i o n t e s t sw i t h d i f f e r e n t t e m p e r -a t u r e s .X R D t e s t w a sc a r r i e do u to nc r a c k e ds t e e ls l a g a g g r e g a t e s .T h ed i f f r a c t i o n p e a ki n t e n s i t y ofC a O p h a s e ,C a (OH )2p h a s e a n dC a C O 3p h a s ew a su s e d t o a n a l y z e t h e e f f e c t o f f r e eC a Oc o n t e n t o n a g g r e g a t e c r a c k i n g .A g g r e g a t e c r u s h i n g v a l u e t e s tw a s p e r f o r m e do ns t e e l s l a g b e f o r ea n da f t e rw a t e r i mm e r s i o n .T e s t r e s u l t ss h o wt h a th i gh e r f r e e C a Oc o n t e n t a n d p o r o s i t y r e s u l t s i nm o r e s u s c e p t i b l e c r a c k i n g a n d i mm e r s i o nw a t e r t e m p e r a t u r e h a s t h em o s t i n f l u e n c e o n s t e e l s l a g c r a c k i n g .T h eh y d r a t i o na n dc a r b o n a t i o nh a p p e n e di nc r a c k e ds t e e l s l a g a g g r e g a t e s ,w h i c hc o n t i n u o u s l y f o r m e dC a (OH )2p h a s e a n dC a C O 3p h a s e .T h e d e g r e e o f s t r e n g t hd e g r a d a t i o n a f t e rw a t e r i mm e r s i o n c a nb e c h a r a c t e r -i z e db y u s i n g t h e i n c r e a s e o na g g r e g a t e c r u s h i n g v a l u e .K e y wo r d s : s t e e l s l a g ; v o l u m e s t a b i l i t y ; f r e eC a l c i u m O x i d e ; w a t e r i mm e r s i o n t r e a t m e n t ; c r a c k i n g b e h a v i o r 收稿日期:2021-09-18.基金项目:国家重点研发计划项目(2019Y F C 1904900);山西路桥集团科研课题(D 03(201912)01)和山西交通厅科技项目(2021-1-7).作者简介:余 浩(1997-),硕士生.E -m a i l :303621@w h u t .e d u .c n 通讯作者:磨炼同(1979-),副研究员.E -m a i l :m o l t @w h u t .e d u .c n 钢渣是钢铁厂冶金过程中产生的工业固体废弃物,每生产1t 钢铁就会产生约0.15t 钢渣㊂公路工程建设用集料的消耗巨大,利用钢渣集料代替传统碎石骨料可实现钢渣固体废弃物的资源化再利用,具有明显的经济和社会效益[1-3],然而钢渣的体积安定性问题是制约其大规模应用的关键原因㊂造成钢渣体积安定性不良的主要原因是钢渣中f -C a O 与f -M g O 在陈化过程中水化生成C a (O H )2与M g (O H )2,使体积膨胀分别增加98%与148%,产生较大的局部膨胀应力,导致钢渣颗粒的强度劣化,甚至膨胀开裂[4-6]㊂钢渣体积膨胀的原因复杂,与f -C a O ㊁f -M g O 的含量与分布,生成的C a (O H )2结构以及R O 相的固溶形态等有关㊂目前国内外学者针对钢渣体积安定性不良的问题做了大量研究㊂徐帅等[7]采用钢渣集料㊁钢渣微粉与橡胶沥青制备钢渣透水沥青混合料并对其进行膨胀性测试,发现钢渣集料经过长期堆存后f -C a O 得到消解,膨胀率较低,混合料体积稳定性得到改善㊂侯新凯等[8]采用钢渣微粉与水泥熟料制成钢渣水泥在常温长期养护并检测体积膨胀率,发现膨胀缓慢,前期60d 是快速膨胀阶段,2~15个月是慢速膨胀阶段,15建材世界 2022年 第43卷 第1期个月后达到稳定发展阶段㊂吕杨[9]将f-C a O掺入到基准水泥中,发现水泥净浆试样压蒸膨胀率的增加速度随f-C a O掺量的增加而呈指数级加快㊂G e r g e o W a n g等[10]依据f-C a O水化过程中的理化反应与体积膨胀模型,建立f-C a O含量与钢渣骨料极限膨胀率之间的对应关系,并通过74ħ热水浸泡试验验证其膨胀率7d 可达到稳定㊂金年生[11]开展钢渣10d水浴浸泡试验,发现钢渣在第5d后膨胀减缓并趋于稳定㊂上述文献中关于钢渣水泥㊁钢渣骨料及钢渣沥青混凝土的研究表明,降低钢渣骨料中f-C a O含量可很好地改善体积安定性,因此需要加强源头控制f-C a O含量和破碎自然陈化处置㊂为了研究浸水陈化对不同钢渣骨料中游离氧化钙消解以及体积膨胀开裂的影响,开展了不同条件的浸水胀裂试验并通过钢渣骨料的浸水体积胀裂特性和强度劣化研究了解钢渣骨料水稳定性以便优化陈化工艺和提高体积安定性㊂1试验1.1原材料试验采用粒径为4.75~9.5mm和9.5~13.2mm的河南信阳钢渣A㊁河南舞阳钢渣B㊁山西太原钢渣C和陕西钢渣D四个不同产地热焖钢渣骨料,其游离氧化钙含量分别为2.96%,0.45%,0.89%和1.02%㊂因钢渣骨料具有多孔性,为了对比钢渣骨料多孔性对体积安定性的影响,将每种钢渣骨料按颗粒孔隙特征人工分选为多孔型钢渣A1㊁B1㊁C1㊁D1与密实型钢渣A2㊁B2㊁C2㊁D2㊂1.2试验方法选用粒径为4.75~9.5mm的代表性钢渣骨料300颗,每一颗单独放入冰格模具的一个方格内㊂冰格模具浸泡在指定水温的恒温水箱内,记录浸泡过程中累计发生胀裂的钢渣颗粒数量并除以浸水颗粒总数得到钢渣骨料胀裂率,及时取出试验过程中发生胀裂的钢渣颗粒用于后面X R D检测分析㊂X R D物相检测选取浸水前钢渣颗粒样品㊁浸水胀裂试验过程中不同时间段出现胀裂的钢渣颗粒样品以及试验后未发生胀裂的颗粒样品㊂浸水胀裂试验的浸水时间设计如下:1)25ħ浸水胀裂试验时间为60d,模拟常温饱水条件下长期陈化过程;2)60ħ浸水胀裂试验时间为14d,模拟钢渣骨料用于道路工程时夏季高温饱水条件下陈化反应过程;3)90ħ浸水胀裂试验时间为14d,模拟钢渣骨料高温加速陈化反应过程以检验其极限抗胀裂能力㊂4)考虑到高温浸水可促进f-C a O消解,加速钢渣骨料体积膨胀和开裂,在完成60d的25ħ浸水胀裂试验后再进行14d的90ħ浸水胀裂试验㊂5)同理在完成14d的60ħ浸水胀裂试验后再进行14d的90ħ浸水胀裂试验㊂选用粒径为9.5~13.2mm的原样钢渣样品与浸水处理14d的钢渣骨料样品按照‘公路工程集料试验规程“(J T GE42 2005)[12]的要求进行钢渣骨料浸水前后压碎值试验㊂2胀裂试验结果与分析2.1浸水温度对钢渣骨料胀裂的影响图1为河南信阳钢渣在不同温度下的浸水胀裂试验结果㊂从图1可以看出,信阳钢渣经过25ħ浸水14d试验后未出现胀裂,表明常温浸水环境下钢渣颗粒难以发生膨胀开裂,而在温水与高温环境下体积安定性明显不良,浸泡1d时有明显胀裂现象,4d后基本达到稳定㊂多孔型钢渣A1因其多孔性加速水分渗透,促进水分与f-C a O发生消解反应,因此在同等温度条件下多孔型钢渣A1比密实型钢渣A2更早发生胀裂且较早达到稳定,表明f-C a O与水接触难易程度在一定程度上影响了钢渣骨料的浸水胀裂行为㊂信阳钢渣体积安定性对不同温度条件表现敏感,90ħ浸水试验无论是钢渣颗粒胀裂数量增长的速率还是最终的胀裂率都明显高于25ħ和60ħ浸水胀裂率㊂图2与图3给出了河南舞阳钢渣㊁太原钢渣与陕西钢渣在不同温度下的浸水胀裂试验结果㊂可以看出,舞阳钢渣经过25ħ和60ħ浸水14d试验后均未出现胀裂情况,表明在正常使用的温度环境下,舞阳钢渣颗粒难以发生膨胀开裂㊂当浸水温度升高到90ħ后多孔型钢渣与密实型钢渣在第1d便出现颗粒胀裂,且前者比后者胀裂率更高㊂总体而言,舞阳钢渣在常温和温水环境下体积安定性良好,这与其中f-C a O含量低有关㊂山西太原钢渣C和陕西钢渣D经过25ħ和60ħ的14d浸水试验后均没有出现胀裂情况,特别是太原钢渣,即使浸水温度升高到90ħ,在浸泡14d后的胀裂率仍为0,表现出很好的浸水稳定性㊂陕西钢渣胀裂率在2~3d即可达到稳定,表明其发生浸水胀裂概率小㊂2.2钢渣骨料25ħ+90ħ浸水胀裂试验结果前面浸水胀裂试验结果表明不同钢渣骨料胀裂行为对浸水温度和时间敏感性差异大㊂25ħ常温浸水14d未观察到钢渣骨料发生胀裂,为检验其是否与试验周期过短有关,故将四种钢渣经25ħ常温浸水试验60d并观察骨料胀裂发展过程㊂实际试验结果发现所有钢渣即使25ħ浸水60d也未出现胀裂,再将上述常温浸水60d后的钢渣进行14d的90ħ浸水试验㊂试验结果发现,与前面直接进行90ħ浸水试验一样,信阳钢渣在常温浸水60d后再进行90ħ浸水试验的第1d便出现颗粒集中胀裂,至第4d不再出现胀裂钢渣颗粒,多孔型钢渣A1的胀裂率比密实型钢渣A2胀裂率更高,如图4所示㊂而舞阳钢渣㊁太原钢渣与陕西钢渣在后续90ħ浸水试验中的胀裂率均不超过4%,且在4d内达到稳定,表明舞阳钢渣㊁太原钢渣与陕西钢渣三种钢渣骨料的f-C a O的含量低,但不同试验样品的体积安定性差异较大,最终浸水胀裂率与试验选材有关㊂2.3钢渣骨料60ħ+90ħ浸水胀裂试验结果为检验60ħ浸水试验对f-C a O消解程度以及水温从60ħ升高到90ħ后钢渣骨料的浸水稳定性,先将四种钢渣分别进行14d的60ħ浸水试验后再取出放入90ħ恒温水浴中开展额外14d浸水胀裂试验,试验结果如图6所示㊂由图6可以看出,信阳钢渣在60ħ浸水14d后再开展90ħ浸水14d试验与直接90ħ浸水14d试验相同,在试验的第一天便出现胀裂颗粒,多孔型钢渣A1最终胀裂率更高,其对温度变化的敏感性更高㊂但与直接90ħ浸水试验结果不同的是,信阳钢渣第1d并未出现集中胀裂行为,胀裂率一直以平缓的速度增长至第3~4d后达到稳定㊂且后续90ħ浸水胀裂率不超过5%,远低于直接90ħ浸水试验的胀裂率㊂舞阳钢渣在整个28d试验周期内未出现胀裂行为,即使温度升高至90ħ也表现出很好的稳定性㊂太原钢渣中,多孔型钢渣C1在90ħ浸泡第1d便出现胀裂钢渣,且此后胀裂率一直稳定在2%,密实型钢渣C2则未出现胀裂颗粒㊂陕西钢渣中,多孔型钢渣D1在90ħ浸泡第1d出现胀裂颗粒,密实型钢渣D2在浸泡的第2d 才出现胀裂颗粒,二者的最终胀裂率分别稳定在3%与1%㊂上述试验结果表明浸水温度从60ħ增加至90ħ不能使钢渣颗粒出现集中胀裂,钢渣骨料对较高范围内的浸水温度变化表现低敏感性㊂60ħ浸水条件相对温和,f -C a O 消解速度不及90ħ浸水条件,属于慢速消解型,但随着浸泡时间延长,钢渣骨料中f -C a O 也能得到大量消解,再经90ħ浸泡后能进一步消解f -C a O 从而使最终胀裂率下降㊂3 钢渣矿物组成X R D分析为进一步分析钢渣在浸泡过程中f -C a O 的消解反应程度,采用在不同浸泡条件下骨料胀裂率最大的信阳钢渣A 进行X R D 检测,开展不同浸泡时间下胀裂的信阳钢渣样品中矿物组成f -C a O ㊁C a (O H )2与C a -C O 3的含量变化分析㊂图7所示的X RD 图谱给出了A 钢渣中C a O ㊁C a (O H )2与C a C O 3三种矿物相对应的特征衍射峰及其强度㊂在所有胀裂钢渣样品的X R D 图谱中,f -C a O 相的3个衍射峰同时出现,表明所有钢渣样品中均含有f -C a O ㊂由于原样钢渣未进行浸泡试验,X RD 图谱中未现明显的C a (O H )2相与C a C O 3相的衍射峰㊂在第1d 胀裂钢渣样品㊁第4d 胀裂钢渣样品与第14d 胀裂钢渣样品的X R D 图谱中均出现C a (OH )2相与C a C O 3相衍射峰㊂随着浸泡时间的延长,f -C a O 相的衍射峰强度持续衰减,表明钢渣经浸泡后f -C a O 相逐渐消解㊂另外,在钢渣浸泡后,随着高活性f -C a O 相的快速水解,生成的C a (O H )2的衍射峰在第1d 就出现,并在第4d 达到峰值㊂由于在浸泡过程中C a (O H )2相进一步发生碳化反应生成C a C O 3,C a C O 3相的衍射峰强度一直处于上升趋势,表明随着f -C a O 消解和碳化反应的进行不断有C a C O 3生成㊂4 压碎值试验结果分析对于强度劣化的钢渣可通过压碎值试验进一步表征,因此分别开展了四种钢渣25ħ㊁60ħ与90ħ浸水处理14d 后的压碎值试验,利用压碎值增量检验钢渣强度劣化程度,试验结果见表1㊂不同钢渣经不同温度浸水处理后的压碎值呈增大的趋势,且浸水温度越高,压碎值增量越明显㊂整体而言,25ħ浸水处理对钢渣的压碎值影响有限,压碎值增量很小;60ħ浸水处理对钢渣的压碎值影响也不明显;90ħ浸水对钢渣的压碎值影响较大,特别是信阳钢渣经90ħ浸水处理后压碎值增加2.8%,增量最大㊂总体而言,浸水处理对钢渣的压碎值影响不大,即使在苛刻的90ħ浸泡条件下,其压碎值增量小于3%㊂建材世界 2022年 第43卷 第1期建材世界2022年第43卷第1期表1浸水条件对钢渣压碎值的影响检测项目A B C D常规压碎值/%18.916.815.014.725ħ浸水14d压碎值/%19.117.015.314.960ħ浸水14d压碎值/%19.817.315.815.490ħ浸水14d压碎值/%21.717.616.315.7压碎值增量*2.80.81.31.0*注:压碎值增量=90ħ浸水14d压碎值-常规压碎值㊂5结论a.不同产地钢渣骨料的浸水胀裂行为差异较大,游离氧化钙含量高的钢渣更易发生胀裂,此外多孔型钢渣比密实型钢渣更易发生胀裂㊂钢渣骨料的浸水胀裂行为对温度和时间依赖性大㊂常温浸泡60d钢渣骨料发生胀裂机率极小,60ħ浸泡14d钢渣会出现明显胀裂,而90ħ浸泡14d钢渣胀裂最为显著㊂b.浸水胀裂的钢渣骨料X R D图谱中均出现显著C a(OH)2相与C a C O3相衍射峰,且随着浸泡时间的延长,f-C a O相的衍射峰强度持续衰减,而C a(O H)2和C a C O3的衍射峰逐渐增强,表明在浸泡过程中f-C a O 发生消解导致骨料胀裂,且90ħ浸泡相比60ħ浸泡更能促进钢渣中游离氧化钙的消解和骨料胀裂㊂c.25ħ和60ħ浸泡对压碎值影响小,而高温90ħ浸水处理对钢渣的抗压碎能力较为苛刻,因此可检测其高温浸水处理后的压碎值增量来评价其体积稳定性㊂d.提高钢渣骨料稳定性应从源头处理工艺着手,延长热闷时间应是最为有效的方法,破碎和自然堆放陈化进程缓慢㊂对于稳定性差的钢渣,应在延长陈放时间的同时加强开展90ħ浸水胀裂试验检测以降低使用风险㊂参考文献[1] O s m a nG e n c e l,O m e rK a r a d a g,O s m a nH u l u s iO r e n,e t a l.S t e e l S l a g a n d I t sA p p l i c a t i o n s i nC e m e n t a n dC o n c r e t eT e c h-n o l o g y:A R e v i e w[J].C o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n g M a t e r i a l s,2021(283):122783.[2]何亮,詹程阳,吕松涛,等.钢渣沥青混合料应用现状[J].交通运输工程学报,2020,20(2):15-33.[3]林振华,孟秀元,程千,等.沥青混凝土用钢渣集料加工与试验分析[J].建材世界,2021,42(1):12-15,28.[4]毛志刚,蓝天助,张红日,等.钢渣特性及在道路工程中的应用研究[J].中外公路,2019,39(5):233-236.[5]林志伟,颜峰,郭荣鑫,等.富水环境下钢渣骨料体积膨胀行为及抑制方法研究现状综述[J].硅酸盐通报,2019,38(1):118-124.[6]刘云鹏,庞凌,邹莹雪.热闷和热泼钢渣砂的体积稳定性能研究[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2020,44(6):1113-1117.[7]徐帅,朱绘美,刘文欢,等.钢渣透水沥青混合料性能的影响因素研究[J].新型建筑材料,2016,43(12):53-56.[8]侯新凯,徐德龙,薛博,等.钢渣引起水泥体积安定性问题的探讨[J].建筑材料学报,2012,15(5):588-595.[9]吕杨.钢渣中f-C a 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将钢渣用作混凝土骨料要非常慎重
将工业废渣在混凝土中应用(用作掺和料或骨料),既能够减少工业废渣对土地的占用和环境的污染,又可以降低混凝土的材料成本,这符合“低碳”和“可持续”的理念。
然而,如果因工业废渣在混凝土中的应用导致混凝土的性能降低,尤其是耐久性能降低,从全寿命周期来讲,就事与愿违了。
目前,矿渣和粉煤灰已成为在混凝土中使用非常成熟的矿物掺和料,在很多情况下,通过掺入矿渣或粉煤灰能够实现混凝土更高的性能要求。
钢渣是炼钢过程中排放的工业废渣,排放量大、利用率低。
值得注意的是,矿渣、粉煤灰、钢渣均是在我国快速工业化的同一阶段排放的工业废渣,且排放量均非常大,为什么到目前为止钢渣的利用率远低于矿渣和粉煤灰呢?这绝对不是因为过多的研究投向了矿渣和粉煤灰,而是钢渣自身存在着一些比较难以克服的问题,如易磨性差;活性组分的活性低、非活性组分的含量大;影响安定性的游离CaO 和游离MgO含量较高等。
近年来,随着粉磨工艺的进步、高性能助磨剂的出现,能够在不大幅增加能耗和成本的前提下使钢渣的比表面积达到500r112∕kg以上,从而改善了钢渣的早期和中期的活性;经过热烟工艺处理的钢渣,能够使大部分游离CaO在热烟过程中消解,这在很大程度上促进了钢渣作为矿物掺和料在混凝土中的应用。
但热炳工艺对于消减钢渣中的游离MgO作用甚微,因而将钢渣用作水泥的混合材或混凝土的矿物掺和料时,安定性的检测仍是强制性的。
将钢渣作为混凝土的骨料使用时,由于钢渣的强度高,破碎后的粒径相对较小,因而替代部分天然骨料很容易达到混凝土的强度要求。
然而,钢渣作为骨料时,安定性不良的问题更要引起警觉!钢渣粉的安定性合格,并不代表钢渣骨料的安定性合格。
钢渣粉要经过磨细、混合的过程,因而总体上钢渣粉的成分是相对匀质的。
而钢渣作为骨料时,钢渣骨料的安定性的离散性则非常大,图1显示的是钢渣骨料压蒸3h(216℃、2MPa)的情况,有的骨料完好无损,有的骨料产生了裂纹,有的骨料被粉碎,这是因为不同钢渣骨料中的游离CaO和游离MgO含量差异很大。
公路钢渣沥青混合料应用技术规范-2023最新
公路钢渣沥青混合料应用技术规范1 范围本文件规定了公路沥青路面钢渣沥青混合料的材料、配合比设计、施工、质量管理与检查。
本文件适用于AC、SMA沥青混合料,其他类型沥青混合料可参照执行。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
JTG E20 公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG F40 公路沥青路面施工技术规程JTG E42 公路工程集料技术规范JTG E51 公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTG F80/1 公路工程质量检验评定标准3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
钢渣粗集料 coarse aggregate经稳定化处理、破碎、分级后,在沥青混合料中起骨架作用且粒径大于等于2.36mm的钢渣集料。
钢渣沥青混合料 steel slag asphalt mixture掺加钢渣粗集料,以钢渣全部或部分替代天然石料,与沥青、填料等材料拌制成的沥青混合料。
游离氧化钙 free calcium oxide钢渣中未结合成矿物的游离态的石灰颗粒。
钢渣活性steel slag activity钢渣的化学成分中的氧化物在高温熔融条件下,产生矿物的种类和数量。
浸水膨胀率 immersion expansion ratio在规定试验条件下,钢渣浸水后的体积变化率。
4 总体要求钢渣需破碎后存放应不少于2年。
进料前针对浸水膨胀率、游离氧化钙、吸水率项目开展抽样检查,此三项检测项目应符合表1的规定,合格后方可进场。
应检查生产单位的生产条件、加工机械、覆盖层的清理情况。
表1 钢渣粗集料检测项目进场钢渣等材料应按料源、规格分开隔墙堆放,对相同规格不同料源的钢渣应分别进行矿料配合比设计,对于细集料、矿粉应搭棚或用帆布覆盖存放。
施工区钢渣材料应堆放整齐,并悬挂标牌,标明材料的相关信息。
抑制钢渣膨胀性的研究现状与展望
·22·抑制钢渣膨胀性的研究现状与展望孔祥文(河北工程大学土木工程学院,河北 邯郸 056038)1 前言钢渣作为钢铁工业发展的副产物,数量约为钢产量的15%~20%。
近年来,随着我国钢铁工业的飞速发展,钢渣的排放量也在快速增长。
有关数据表明,2018年我国产生了约1.21×109t 钢渣。
从上世纪90年代初到2018年末,我国钢渣尾渣累计堆存量超过1.8×1010t,占地20多万亩。
大量钢渣的堆积、填埋,不仅占用了大面积土地资源,而且会产生环境污染问题。
因此,有效利用钢渣是经济可持续发展的必然要求。
2 钢渣的特性钢渣是冶金工业中产生的废渣。
是生铁在熔炼过程中所含杂质被氧化而成的各种盐类组成。
由于熔炼过程不同,其产生的钢渣在颜色、外观形态上有很大区别。
通常情况下,灰色的钢渣一般碱度较低,碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。
堆放在自然环境中的钢渣在长时间风化下会膨胀变成土块状和粉状。
钢渣的主要成分为二氧化硅(SiO 2)、氧化钙(CaO)、方铁矿(FeO)、赤铁矿(Fe 2O 3)和氧化镁(MgO),占成分的85 %。
次要元素包括锰(Mn)、铁(Fe)、铝(Al)和硫(S)化合物以及一些其他微量元素。
炼钢工艺的不同决定了钢渣性能的多样化,大多数钢渣的含水率为3%~8%。
钢渣中铁粒和含铁固溶体含量较高,密度一般为3.10~3.69g/cm 3 ,因此,钢渣在硬度、强度、耐磨性和耐冲击性方面要优于普通碎石。
钢渣中含有的矿物成分与硅酸盐水泥熟料相似,使钢渣具有一定的水硬活性。
此外,钢渣或其混合料在抗腐蚀性方面有一定优势,在海水或盐水中浸泡后,也不会发生明显的腐蚀现象。
3 钢渣膨胀原理学者普遍认为,钢渣膨胀性的原因主要是由于钢渣中存在游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO),f-CaO 水化后形成Ca(OH)2,其体积会增长91.7%,而f-MgO 水化后固相体积会增长119.6%。
钢渣稳定土的试验性能分析
钢渣稳定土的试验性能分析摘要:通过正交试验,分析了钢渣掺量、陈化龄期及细度对钢渣稳定土强度的影响规律,并确定了影响钢渣稳定土强度的主次因素。
将钢渣稳定土与常用路床材料进行了路用性能的比较,证明钢渣稳定土材料能够满足高速公路路床填料的要求。
关键词:钢渣稳定土;正交试验;无侧限抗压强度;CBR随着钢铁产量增加同时也产生大量钢渣,如果能在该路段使用钢渣稳定土材料替代常用的路床材料,将降低工程造价,并为废弃钢渣的资源化利用提供了新的途径,具有良好的经济、社会、环境效益。
目前国内大部分的研究集中于直接的石灰稳定钢渣或纯钢渣铺筑路基等利用方式,对钢渣稳定土的研究较少。
本文采用正交试验设计方法,分析了相关因素对钢渣稳定土强度的影响规律,并将钢渣稳定土与常用路床材料进行了比较,探讨钢渣稳定土作为路床填料的可行性。
1试验原材料1.1钢渣试验用钢渣为邯郸钢铁公司的电炉钢渣,主要化学成分如表1所示,钢渣碱度=3.32>2.5,为高碱度渣。
钢渣颗粒级配如表2,该钢渣的不均匀系数Cu=12.86,曲率系数Cc=2.06,级配良好。
1.2土样本试验用土取土深度0.3~0.7m,为红褐色黏土,呈半坚硬块状。
土样的常用指标如表3,土样液限高达41.6,但自由膨胀率为33%(<40%),按照文献[1][2]推荐的分类标准,属于低液限粘土,接近于弱膨胀土,不适宜直接作为路床填料使用。
2钢渣稳定土强度影响因素分析2.1试验目的通过一定的试验次数,分析钢渣稳定土强度与各影响因素的关系,并确定影响钢渣土强度的主次因素。
2.2因素、水平及考核指标试验考察钢渣掺量、钢渣陈化龄期及钢渣细度3个因素,每个因素选取3个水平,选用L9(34)正交表[7],如表5所示。
考核指标为最大干密度,7天及28天无侧限抗压强度。
2.3钢渣土正交试验方案钢渣土的正交试验依据钢渣土配合比设计结果进行,见表6。
2.4击实结果分析从表7的击实试验结果可以看出,影响最大干密度的主要因素是钢渣掺量,其次为钢渣细度,钢渣陈化龄期和试验误差的影响最小。
钢渣的膨胀破坏与抑制
1995年8月7日收到。
通讯联系人:肖琪仲,国家建材局合肥水泥研究设计院,合肥 230051。
作者在此对协助本试验工作的西南工学院钱光人同志表示衷心感谢。
第24卷第6期硅 酸 盐 学 报V o l 124,N o 16 1996年12月JOU RNAL O F TH E CH I N ESE CERAM I C SOC IET YD ecem ber ,1996 钢渣的膨胀破坏与抑制肖 琪 仲(国家建材局合肥水泥研究设计院)摘 要 利用XRD ,D T G 等分析方法研究了不同类型钢渣在各种水热条件下的水化产物及其膨胀性,并探讨了抑制钢渣膨胀的方法。
实验结果表明:钢渣经水热处理后普遍有膨胀现象,其强度也不高;加入硅质材料可以降低钢渣的C S 比,使水化产物中的硬硅钙石含量增加,耐压强度提高;Si O 2和M gO 在高温高压水热条件下可生成稳定的含镁水化物,阻碍方镁石的继续水化;砂的存在能够有效地抑制钢渣在水热处理过程中产生的膨胀。
本工作可为开发钢渣基油井水泥及地热井材料提供一些理论方面的依据。
关键词 水热条件,水化产物,钢渣 RO 相的稳定性与钢渣膨胀性是长期未能得到妥善解决的难题。
唐明述[1]认为:RO 相是不膨胀的,高温高压也不能促其水化。
而叶贡欣[2]认为:RO 相可以根据Km =M gO(FeO +M nO )分为两种,Km >1的属于方镁石固溶体,要引起膨胀;Km <1的属于方铁矿固溶体,这种RO 相不会膨胀。
另有资料[3]介绍:当RO 相中固溶M nO 达到一定程度后,可以抑制其膨胀。
纯钢渣经粉磨、成型、水热处理后,其抗压强度仅在10M Pa 左右,并有不同程度的膨胀,而钢渣砂混合物在同样的条件下,其强度可以达到30~70M Pa ,最高的可达90M Pa ,其膨胀也得到抑制。
本工作即为探讨钢渣的膨胀原因和抑制机理,以期更好地利用钢渣研制油井及地热井胶凝材料。
1 钢渣的化学成份与矿物组成1.1 钢渣的化学成份主要有:CaO ,Si O 2,FeO ,Fe 2O 3,A l 2O 3,M gO ,P 2O 5,f CaO 。
jtge42-2005 公路工程集料试验规程
中华人民共和国行业标准公路工程集料试验规程Test Methods of Aggregate for High ωay EngineeringJTG E42—2005主编单位:交通部公路科学研究所 批准部门:中华人民共和国交通部 施行日期:2005年08月01日人民交通出版社2005·北京ww w .bz fx w .co m中华人民共和国交通部公告第3号关于发布《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》 (JTG E30—2005)、《公路工程岩石试验规程》 (JTG E41—2005)、《公路工程集料试验规程》(JTG E42—2005)的公告现发布《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)、《公路工程岩石试验规程》(JTG E41-2005)和《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)、自2005年8月1日起施行。
原《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ 053-94)《公路工程石料试验规程》(JTJ 054-94)和《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-2000)同时废止。
《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)与《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)由交通部公路科学研究所主编,《公路工程岩石试验规程》(JTG E41-2005)由中交第二公路勘察设计研究院主编。
规程的管理权和解释权归交通部,日常的具体解释和管理工作由主编单位负责。
请各有关单位在实践中注意积累资料,总结经验.及时将发现的问题和修改意见函告规程主编单位(交通部公路科学研究所,北京市海淀区西土城路8号,邮政编码:100088;中交第二公路勘察设计研究院,武汉市汉阳区鹦鹉大道498号,邮政编码:430052),以便修订时参考。
特此公告。
中华人民共和国交通部 二〇〇五年三月三日ww w.bz fx w .co m前 言原《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-2000)(以下称原规程),由交通部公路科学研究所主编,是在1994年版的基础上修订而成的。
集料的钢渣活性及膨胀性试验
通 结束后的第2天读取的百分表终读数
厅
d10(0.01mm)
工
钢渣膨胀量(C )(%)
钢渣膨胀性检测
程
钢渣膨胀量平均值(%)
质
钢渣沥青混凝土的膨胀量测定
量 试件编号
监
督 浸泡养生前试件的体积V1(cm3 )
站 浸泡养生后试件的体积V2(cm3 )
监
制
钢渣混凝土膨胀量(C2 )(%)
钢渣混凝土膨胀量平均值(%)
集料的钢渣活性及膨胀性试验
工程名 称:
岱山县江南山至牛轭岛公路工程 合同号:
01
试验编号:
委托单位
试验规程
监理单位 山东恒建工程监理咨询有限公司 委托单号
样品描述
样品名称
现场桩号
环境条件
工程部位
试验设备
试验单位
试验日期
钢渣遇水后的比色试验
比色液与标准液颜色比较
浙
江
试件编号 省
交
击实试件加荷载板后的百分表初读数 do(0.01mm)
结论:
自检评鉴:
日期:监理评 鉴: Nhomakorabea日期:试 验 人 : 复 核 人 : 主 管 :
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钢渣在水泥生产中的运用
钢渣作为混合材或矿物掺合料的应用1前言1.1研究背景以及意义随着社会和经济的飞速发展,人类的生活水平和质量得到了很人的提高,但是我们赖以生存的环境却在口益恶化。
我们生活和生产中排放了越来越多的垃圾和废物。
特别是其中的工业废渣、废弃物,不仅占用了大量的土地,对生态环境也造成了巨大的危害,而且还给人类的生活和健康带来了极大的危害。
因此,如何处理工业废渣,保护生态环境已成为我们目前迫切需要解决的问题。
水泥作为发展国民经济的主要原材料,水泥产业作为发展国民经济的支柱产业在处理工业废渣上有其特殊的优势。
某些工业废弃物含有对水泥熟料烧成有利的离子,某些冶炼工业废渣经过了高温锻烧,在成渣过程中加入了石灰,经过高温成渣反应,改变了物料中的2SiO , 2Al 3O :等氧化物的积聚状态,生成了一些和水泥矿物相同或者相近的矿物,经过水淬处理,形成以玻璃体为主的固体。
这些玻璃体和熟料矿物,在适当条件下,可促进水泥熟料烧成。
废渣中含有的某些微量元素,有可能改变熟料矿物的微观结构,提高水硬活性。
所以资源化、有利化利用工业废渣现在也被作为水泥研究的主要课题之一,同时这也是水泥生产绿色化和高性能化的结合点。
在国家重点基础研究发展规划项目(973项目)一一“高性能水泥制备和应用的基础研究”的实施过程中,陈益民教授等水泥混凝土专家做了将工业废渣(钢渣、磷渣、赤泥)作为水泥原料配料烧制水泥熟料方面的工作,并获得了很多宝贵的研究成果。
但是,这些研究成果只是证明了某些工业废渣作为水泥工业原料 配料的可行性,至于更进一步的研究还需要继续进行。
钢渣作为炼钢过程的副产品,具有难磨的特性。
所以当其作为水泥原料配料时势必会给水泥烧成过程中带来较大的钢渣颗粒。
具体研究方法是在水泥生料中掺加不同粒径的钢渣颗粒,同时并配以不同的掺量分析并研究其对水泥生料易烧性、水泥熟料矿物形成以及熟料性能的影响,试图寻找出合适的掺量范围。
以此来解决由于易磨性不好给水泥生产所带来的问题。
《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)
中华人民共和国行业标准公路工程集料试验规程Test Methods of Aggregate for Highωay EngineeringJTG E42—2005主编单位:交通部公路科学研究所批准部门:中华人民共和国交通部施行日期:2005年08月01日人民交通出版社2005·北京中华人民共和国交通部公告第3号关于发布《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30—2005)、《公路工程岩石试验规程》(JTG E41—2005)、《公路工程集料试验规程》(JTG E42—2005)的公告现发布《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)、《公路工程岩石试验规程》(JTG E41-2005)和《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)、自2005年8月1日起施行。
原《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ 053-94)《公路工程石料试验规程》(JTJ 054-94)和《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-2000)同时废止。
《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)与《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)由交通部公路科学研究所主编,《公路工程岩石试验规程》(JTG E41-2005)由中交第二公路勘察设计研究院主编。
规程的管理权和解释权归交通部,日常的具体解释和管理工作由主编单位负责。
请各有关单位在实践中注意积累资料,总结经验.及时将发现的问题和修改意见函告规程主编单位(交通部公路科学研究所,北京市海淀区西土城路8号,邮政编码:100088;中交第二公路勘察设计研究院,武汉市汉阳区鹦鹉大道498号,邮政编码:430052),以便修订时参考。
特此公告。
中华人民共和国交通部二〇〇五年三月三日前言原《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-2000)(以下称原规程),由交通部公路科学研究所主编,是在1994年版的基础上修订而成的。
钢渣活性及膨胀性试验
钢渣活性及膨胀性试验1目的与适用范围本方法适用于评价钢渣用作基层和沥青层材料使用时的活性及膨胀性。
注:对钢渣性能评定时宜附加测定游离氧化钙或氧化镁的含量。
2仪具与材料(1)台秤、磅秤及天平:秤的称量20㎏,感量10g,天平称量2㎏,感量1g。
(2)容量瓶:2000mL,带圆形玻璃皿盖。
(3)加热装置:煤气炉、电炉等。
(4)漏斗:直径50㎜的玻璃漏斗。
(5)烘箱:能控温在105℃±5℃。
(6)标准筛:根据需要选用。
(7)土工击实试验设备一套,包括内径152㎜、高170㎜的金属圆筒,套环高50㎜,直径151㎜和高50㎜的筒内垫块,底座,击实仪等。
击实锤的底面直径50㎜,总质量4.5g。
击锤在导管内的总行程为450㎜。
(8)多孔板:直径148㎜,布满2㎜圆孔,黄铜制,用于上方的多孔板中间有百分表触点,供安装百分表测定变形用,也可用多孔吸水板代替。
(9)恒温水浴:能同时放置150㎜试件3个,持续保持水温80℃±3℃6h以上。
(10)水:蒸馏水、纯净水。
(11)比色管:工业用水标准比色管。
(12)其它:滤纸(化学分析用)、铲子、刷子、毛巾等。
3试验步骤3.1试样准备在钢渣的陈放地从料堆内部1m处取足够数量的钢渣样品,从3处以上取样混合后按分料器法或四分法处理,供试验使用。
注:钢渣试验结果与取样关系很大。
如果钢渣已经破碎且在空气中经较长时间陈放,通常可基本上完成膨胀,试验结果不能反映实际集料中存在的未膨胀颗粒的情况。
因此取样必须力求代表钢渣的实际破碎和陈放情况。
由于钢渣有多孔与致密之分,需注意其比例接近实际情况。
3.2钢渣遇水后的比色试验按以下步骤进行:3.2.1配制标准液:将重铬酸钾按0.006g/mL的浓度加入蒸馏水中配制标准比色液,装入100mL比色管中。
3.2.2称取天然状态的钢渣500g,放在烧杯中,加入约1500mL纯净水.至烧杯的标线处,盖上玻璃皿盖。
3.2.3将烧杯放在热源上加热,调整火力,使其约在15min 内沸腾,然后调为微火沸腾状态45min,合计为1h。
粗集料试验规程有关计算
公路工程集料试验规程有关计算粗集料及集料混合料的筛分试验6.1干筛法筛分结果的计算m 5=m 0-(∑m i +m 底) (T0302-1)式中:m 5——由于筛分造成的损耗(g);m 0——用于干筛的干燥集料总质量(g); m i ——各号筛上的分计筛余(g);i ——依次为0.075㎜、0.15㎜……至集料最大粒径的排序; m 底——筛底(0.075㎜以下部分)集料总质量(g)。
6.1.2干筛分计筛余百分率'05100ii m p m m =⨯- (T0302-2)式中:'i p ——各号筛上的分计筛余百分率(%); m 5——由于筛分造成的损耗(g);m 0——用于干筛的干燥集料总质量(g); m i ——各号筛上的分计筛余(g);i ——依次为0.075㎜、0.15㎜……至集料最大粒径的排序。
6.2水筛法筛分结果的计算m 4——水洗后的干燥粗集料总质量(g)m 0.075=m 3一m 4 (T0302-3)P 0.075=0.0753m m =343100m m m -⨯ (T0302-4) 式中:P 0.075——粗集料中小于0.075㎜的含量(通过率)(%);m 0.075——粗集料中水洗得到的小于0.075㎜部分的质量(g); m 3——用于水洗的干燥粗集料总质量(g);6.2.2计算各筛分计筛余量及筛底存量的总和与筛分前试样的干燥总质量m 4之差,作为筛分时的损耗,并计算损耗率记入表。
T0302-3之第(1)栏,若损耗率大于0.3%,应重新进行试验。
m 5=m 3一(∑m i +m 0.075) (T0302-5)式中:m 5——由于筛分造成的损耗(g);m 3——用于水筛筛分的干燥集料总质量(g); m i ——各号筛上的分计筛余(g);i ——依次为0.075㎜、0.15㎜……至集料最大粒径的排序;m 0.075——水洗后得到的0.075㎜以下部分质量(g),即(m 3一m 4)。
实际工程中混凝土中钢渣的水化反应分析及活性激发
实际工程中混凝土中钢渣的水化反应分析及活性激发作者:王雨晗来源:《中国科技博览》2018年第24期[摘要]根据一栋新建高层住宅发生混凝土爆裂的实际工程,介绍了爆裂处混凝土的外观变化和物理特性,并对脱落的混凝土做了化学成分分析,结论是混凝土中掺入了未经处理的钢渣骨料,主要是钢渣中f-CaO和f-MgO的缓慢水化反应,并分别产生1.98倍和2.48倍的体积膨胀。
本文分析了钢渣中f-CaO和f-MgO水化反应缓慢的原因及其体积膨胀机理。
为了更好的利用钢渣这一二次资源,并响应国家战略转型和“美丽中国”建设的号召,提高钢渣的水化速率,做到让其在混凝土凝固之前完成水化及体积膨胀,则不会造成混凝土成品的爆裂,同时可以采用化学激发钢渣活性的方法,激发钢渣的胶凝特性,把钢渣用作水泥掺合料。
[关键词]钢渣;游离氧化钙;游离氧化镁;水化反应;体积膨胀;活性激发中图分类号:S543 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)24-0306-040.引言钢渣是钢铁企业炼钢过程中产生的废料。
我国是一个产钢大国,同时也是钢料。
我国是一个产钢大国,同时也是钢渣的生产大国,据2014年统计:2013年我国钢渣产生量1亿吨左右,我国钢渣累积堆存近10亿吨,综合利用率仅为10%。
而且大量的钢渣堆放不仅占用大量土地资源而且造成环境污染,同时钢渣是很好的二次资源,日本、美国几乎可以做到钢渣的100%有效利用[1-2],欧洲也可以让65%的钢渣得到高效率的利用[3],为响应国家发展战略转型和“美丽中国”建设,国家对钢渣的再利用已经提升到国家发展战略的高度,现阶段很多混凝土搅拌站会把钢渣用作混凝土的粗骨料,但钢渣的安定性问题会给混凝土的后期强度带来隐患,掺钢渣的混凝土结构在后期使用中出现爆裂的例子也不胜枚举。
1.工程概况某建筑物地下3层,地上30层,-2、-3层为人防工程或储藏室,-1层为商业,1~4层为配套商业,5~30层为住宅,总高度为92.3米,总建筑面积为43560.61平方米。
钢渣实验情况一览表报
6-河北文丰
文丰钢渣化学成分f-CaO含量过高,经检测钢渣水泥沸煮安定性合格。通过初步检测其活性指数满足“用于水泥和混凝土中的钢渣粉”的二级标准;通过初步检测其活性指数满足“钢渣粉混凝土应用技术规程”的二级标准;含磁比例合格,经过除铁后其颗粒料可用于水泥生料中做铁质校正原料;晶相中含β-C2S活性矿相,同时亚铁含量较高,七天、二十八天活性均达不到一级标准,通过改性提高早强、后期强度使钢渣活性达一级标准。
√
31-河北国丰
国丰钢渣碱度系数合格,化学成分无不合格项。通过初步检测其活性指数满足“用于水泥和混凝土中的钢渣粉”的二级标准;通过初步检测其活性指数满足“钢渣粉混凝土应用技术规程”的二级标准; 含磁比例合格,经过除铁后其颗粒料可用于水泥生料中做铁质校正原料;晶相中含有β-C2S、C2F活性矿相,但亚铁含量高,晶体致密,早期、后期强度均低,通过改性可达一级标准。
√
23-福建鑫海
鑫海钢渣碱度系数合格,化学成分无不合格项。通过检测其活性指数满足“用于水泥和混凝土中的钢渣粉”的二级标准;通过检测其活性指数满足“钢渣粉混凝土应用技术规程”的二级标准; 含磁比例合格,经过除铁后其颗粒料可用于水泥生料中做铁质校正原料;晶相中含有β-C2S活性矿相,电镜中显示镁是以方镁石形式存在,沸煮和压蒸安定性均不合格,因此很难被利用,不适用于做活性掺和料。
√
34-河北沧州
沧州钢渣碱度系数较高,化学成分无不合格项。通过检测其活性指数满足“用于水泥和混凝土中的钢渣粉”的一级标准;通过检测其活性指数满足“钢渣粉混凝土应用技术规程”的一级标准; 含磁比例合格,经过除铁后其颗粒料可用于水泥生料中做铁质校正原料;晶相中含有β-C2S活性矿相较高,活性好.
√
35-河北邯郸
武钢钢渣碱度系数很高,化学成分无不合格项。通过检测其活性指数满足“用于水泥和混凝土中的钢渣粉”的二级标准;通过检测其活性指数满足“钢渣粉混凝土应用技术规程”的二级标准; 含磁比例合格,经过破碎、除铁后其颗粒料可用于水泥生料中做铁质校正原料;晶相中含有β-C2S、C3S活性矿相,通过改性可以提高活性指数达到一级标准。
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钢渣活性及膨胀性试验
1目的与适用范围
本方法适用于评价钢渣用作基层和沥青层材料使用时的活性及膨胀性。
注:对钢渣性能评定时宜附加测定游离氧化钙或氧化镁的含量。
2仪具与材料
(1)台秤、磅秤及天平:秤的称量20㎏,感量10g,天平称量2㎏,感量1g。
(2)容量瓶:2000mL,带圆形玻璃皿盖。
(3)加热装置:煤气炉、电炉等。
(4)漏斗:直径50㎜的玻璃漏斗。
(5)烘箱:能控温在105℃±5℃。
(6)标准筛:根据需要选用。
(7)土工击实试验设备一套,包括内径152㎜、高170㎜的金属圆筒,套环高50㎜,直径151㎜和高50㎜的筒内垫块,底座,击实仪等。
击实锤的底面直径50㎜,总质
量4.5g。
击锤在导管内的总行程为450㎜。
(8)多孔板:直径148㎜,布满2㎜圆孔,黄铜制,用于上方的多孔板中间有百分表触点,供安装百分表测定变形用,也可用多孔吸水板代替。
(9)恒温水浴:能同时放置150㎜试件3个,持续保持水温80℃±3℃6h以上。
(10)水:蒸馏水、纯净水。
(11)比色管:工业用水标准比色管。
(12)其它:滤纸(化学分析用)、铲子、刷子、毛巾等。
3试验步骤
3.1试样准备
在钢渣的陈放地从料堆内部1m处取足够数量的钢渣样品,从3处以上取样混合后按分料器法或四分法处理,供试验使用。
注:钢渣试验结果与取样关系很大。
如果钢渣已经破碎且在空气中经较长时间陈放,通常可基本上完成膨胀,试验结果不能反映实际集料中存在的未膨胀颗粒的情况。
因此取样必须力求代表钢渣的实际破碎和陈放情况。
由于钢渣有多孔与致密之分,需注意其比例接近实际情况。
3.2钢渣遇水后的比色试验按以下步骤进行:
3.2.1配制标准液:将重铬酸钾按0.006g/mL的浓度加入蒸馏水中配制标准比色液,装入100mL比色管中。
3.2.2称取天然状态的钢渣500g,放在烧杯中,加入约1500mL纯净水.至烧杯的标线处,盖上玻璃皿盖。
3.2.3将烧杯放在热源上加热,调整火力,使其约在15min 内沸腾,然后调为微火沸腾状态45min,合计为1h。
3.2.4加热结束后,立即移下烧杯,补充加水至烧杯的标线处,适当搅拌。
3.2.5用漏斗及滤纸过滤,将开始阶段的20mL过滤液废弃,再继续过滤得到300mL过滤液,作为比色液。
3.2.6将比色液100mL装入比色管中,在背后放一张白纸,与标准比色液比较,评定有无颜色异常。
此步骤必须在加热结束后20min以内完成。
3.3钢渣膨胀性检测按下列步骤进行:
3.3.1利用工程的实际沥青混合料级配,按照基层材料击实试验方法进行重型击实试验,击实锤重
4.5㎏.落高45㎝,分3层装料,每次击实98次,确定最佳含水率和最大干密度。
3.3.2将自然干燥的钢渣筛分成各个粒级,按工程的实际级配配制不少于3个直径150㎜的重型击实试验用试件的混合料,每个试件约7㎏。
按最佳含水率±1%加水充分拌和均匀,在密闭的容器内保存24h扪料。
3.3.3在试模内装入压头,铺滤纸,进行击实成型,击实完成后取下套筒,用直尺刮刀整平试件表面,被刮出的粗集料及所有的细空隙都用细料补齐找平,盖上平板。
将试模连同盖板一起仔细倒转,取走底板及压头垫块,再次垫上滤纸、装上多孔底扳,将试模倒置,上面加盖中央有触点的多孔板,擦净试模外部及上下顶面。
3.3.4将试模放进恒温水浴中,试摸应全部浸没水中。
3.3.在多孔板上压4块半圆形的荷载板,每个1.25㎏。
共重5㎏。
其上装置试件膨胀量测定用的百分表架及百分表,
百分表应准确对准中央触点并保持竖直状态。
3.3.6立即读取百分表的初读数d0。
3.3.7开始加温至80℃±3℃,自达到要求温度后起算连续6h,停止加热,自然冷却,第2天开始加热前读取百分表读数d i。
如此每日在相同时间加温及放冷一次,持续进行10日。
3.3.8结束后的第2天读取百分表终读数d10。
结束试验,拆除测定装置。
注:试验时3个试件宜在一个水浴中同时进行。
3.4钢渣沥青混凝土的膨胀量按以下方法进行测定:
3.4.1按使用钢渣的沥青混合料的实际配合比制作标准的马歇尔试件,数量不少于3个,用卡尺在直径方向仔细测定3个断面,在高度方向测定4处,计算试件体积V1。
3.4.2将试件在60℃±1℃的恒温水浴中浸泡养生72h。
3.4.3取出试件冷却至室温,观察有无裂缝或鼓包,立即按相同方法测量试件体积V2。
4计算
4.1钢渣膨胀量按式(T0348—1)计算。
C 1=100100125
d d -⨯ (T0348-1) 式中:C 1——钢渣膨胀量(%);
d 0——百分表的初读数(0.01㎜);
d 10——结束后的第2天读取的百分表终读数(0.01㎜)。
4.2钢渣沥青混凝土膨胀量按式(T0348-2)计算
C 2=211
100V V V -⨯ (T0348-2) 式中:C 2——钢渣沥青混凝土膨胀量(%);
V 1——浸泡养生前试件体积(㎝3);
V 2——浸泡养生后试件体积(㎝3)。
5报告
5.1钢渣遇水后的比色试验应记录比色变化情况。
5.2钢渣膨胀量平行试验3个试件,取其平均值作为试验结果。
5.3钢渣沥青混凝土膨胀量取3个试件的平均值,作为试验结果。
报告应说明钢渣沥青混凝土试件有无裂缝及鼓包
等情况。
条文说明
较长时期以来,钢渣作为拌制沥青混合料的集料一直没有得到认知和使用。
究其原因,主要是因为炼钢过程中需要使用部分生石灰,这部分生石灰在未能充分钢渣化的情况下将成为游离生石灰。
这样的钢渣如果大块堆放,没有事先破碎让其在空气中有相当长时间的存放和吸水熟化。
活性氧化钙遇水后反应生成氢氧化钙:CaO+H2O→Ca(OH)2,体积膨胀约2倍,在沥青路面将产生根大的膨胀力,导致路面发生鼓包损坏。
一般情况下,转炉钢渣的游离氧化钙含量可能达到3%,而电炉钢渣的游离氧化钙只有0.3%,要小得多。
但是在欧洲共同体标准EN1744-1:1998中,没有要求测定游离氧化钙的含量,却要求测定氧化镁的含量,这一点是值得注意的。
各单位在使用钢渣时,需对氧化钙和氧化镬的含量进行测定(方法可参照有是试验规程),以积累资料,进行研究。
其实钢渣在许多国家是作为优质集料来使用的,它的抗破碎能力(如压碎值、洛杉矶磨耗值)都很高。
近年来我国有
些钢厂已经开始重视钢渣的合理应用,以有效利用废物,减轻公害,检验钢渣能否使用,国外一般是通过检测钢渣中的氧化钙或氧化镁含量或者其膨胀量,也有的直接测定沥青混凝土的膨胀性。
我国《公路沥青路面施工技术规范》的配合比设计检验中一直要求时钢渣沥青混凝土进行活性检验.其膨胀量不得太于1%。
EN11744-1:1998要求膨胀量不大于3.5%,但要求按EN 196-2:1994测定氧化镁含量,168h时氧化镁含量大于5%时,改用试验时间24h,要求不大于或等于5%。
另外,炼钢用的石灰等原料中经常含有微量的硫磺,它极易与钙结合成硫化钙CaS,含量在1%左右硫化钙在遇水后能生成高价硫离子,成为与温泉水相似的黄色不稳定物质,只有在空气中逐渐氧化才会变成中性,所以利用钢渣遇水时的颜色可以概略地判断其新鲜程度。
最终评价钢渣能否在沥青混合料中使用还要看是否满足水稳定性检验的要求,达不到这些要求的钢渣不得使用。
在日本《铺装试验法便览》中有几个与钢渣有关的试验。