高炉渣的利用与发展

2 国外普通高炉渣的利用与发展

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。每生产一吨生铁时，高炉矿渣的排放量依矿石的品位和冶炼方法不同而变化。就世界范围来看，排渣量占生铁产量的20%~25％，若按23％计算，全世界每年排出的高炉渣一亿一千万吨左右。

国外高炉渣的大规模利用是从二十世纪中期开始发展起来的。美国在1915年就颁布了ICC条例，禁止把高炉渣作为废料装运，鼓励钢铁企业把高炉渣运到渣处理公司进行加工；进入二十世纪二十年代后，高炉渣在美国的各种建筑现场的施工中得到了广泛使用，主要用于地基垫层及道路基层材料；到二十世纪五十年代，美国高炉渣的利用就已达到了排用平衡，历史积存的渣堆得到了逐步消除。日本和美国在二十世纪八十年代以前，高炉渣主要用于路基材料，在趋于饱和之后，才逐渐把高炉渣作硅酸盐水泥的掺和料和混凝土骨料。到二十纪末，美、日及欧洲等主要工业化国家都基本实现了高炉渣的当年排渣，当年用完，全部实现了高炉渣资源化。

3 我国普通高炉渣利用现状及发展趋势

二十世纪五十年代以前，我国高炉产生的炉渣作为铁厂的废弃物之一，均堆存于渣场。中国环境公报统计1995年固体工业废渣累计堆积达66.41亿吨，占地5.5万公顷，每年我国固体工业废渣的排放量达6亿吨以上，其中，排在前五位的分别是尾矿、煤矸石、粉煤灰、炉渣、冶金废渣。我国普通高炉渣利用途径与国外基本一致。除重矿渣的利用外，水淬高炉渣的利用获得长足发展，成为高炉渣利用的主要渠道。水淬高炉渣属于硅酸盐质材料，经研磨后有胶凝性，是一种潜在的活性水硬性物质。基于高炉渣的这一特性，我国从二十世纪七十年代初，就把高炉水淬渣列为统配资

源，作为矿渣硅酸盐水泥的重要原料，正式纳入产品销售计划，并制订了《用于水泥中的粒化高炉矿渣》的国家标准。目前，我国产生的重矿渣已经没有几家了，基本上都生产水淬渣。

二、研究过程

本项目的研究内容为高炉重矿渣用作混凝土集料的可行性研究，包括混凝土配合比、混凝土力学性能试验、混凝土长期性和耐久性能试验。在历时一年多的时间里，共进行各种混凝土试验8个批次，混凝土各种性能试验成型试块391组。经过对大量数据的分类整理，以及对同类数据进行对比分析，证明了利用重矿渣作为粗骨料配制C45以下重矿渣砼的可能性。

2 重矿渣泵送混凝土配合比研究

2.1确定矿渣泵送混凝土配合比试验

本项目的研究目标是利用重矿渣为粗骨料，钢渣为细骨料配制重矿渣混凝土。但是经检验钢渣砂的压蒸粉化率为11.6%，不符合YB/T4201-2009《普通预拌砂浆用钢渣砂》标准中钢渣砂压蒸粉化率≤5.9%的技术要求，存在不安定性。经讨论决定用重矿渣砂取代钢渣砂作为细骨料。由于矿渣粒度过大，故需将矿渣经过粉碎、筛分、人工级配的过程才能应用。

首先依据JCJ55-2002《普通混凝土配合比设计规程》设计一组混凝土配合比，其技术参数：水泥190~460kg/m3，粉煤灰15~35%，砂率39~43%，水胶比0.33~0.58。强度等级为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45。在成型各强度等级矿渣泵送混凝土的同时也成型系列同等级的普通泵送混凝土作为对比，以使试验结果增加可对比性。泵送剂采用凯捷搅拌站的液体泵送剂。混凝土塌落度控制在160～180mm。成型时发现水胶比偏高、

易离析，测定28d 抗压强度数据显示其强度等级混乱。因此重新调整配合

比，增大砂率为40~45%。再经试验

时混凝土拌合状态有所改善，混凝土的抗压强度和抗折强度均能够满足

设计要求。 通过28d 抗压强度和抗折强度的测试结果作图，见图1-1和图1-2。

图1-1显示矿渣泵送混凝土抗压强度比同一强度等级的普通泵送混凝土抗压强度偏低，图1-2则显示矿渣泵送混凝土抗折强度比同一强度等级普通泵送混凝土的抗折强度偏高，这种特性为以后研究矿渣混凝土提供了必要的参考数据。

从图1-3可直观看出，同强度等级的矿渣泵送混凝土的水胶比大大高于普通泵送混凝土，这是由于矿渣表面粗糙而且多孔所致。矿渣泵送混凝土不仅水胶比偏大，和易性不佳，其保塌性也差。30min 时的塌落度由初始180mm 降至60mm 。从应用角度考虑，在一定时间内不能保持一定的塌落度就不能满足施工对泵送混凝土的要求。根据这种情况分析，矿渣砂对矿渣泵送混凝土的保塌性影响较大。因为矿渣颗粒本身粗糙且多孔，再破碎后小颗粒表面凹凸不平，虽经筛分级配但表观整体为细粉状。这就导致矿

渣泵送混凝土拌合时吸水量增大，级配不合理，强度降低。因此，为保证项目能够尽快继续进行，决定放弃矿渣混凝土的试验，采用重矿渣碎石为粗骨料，普通砂为细骨料配制矿渣碎石泵送混凝土。

2.2矿渣碎石泵送混凝土试验

本项目研究的矿渣碎石泵送混凝土均采用重矿渣碎石替代普通碎石。通过调整混凝土配合比，作了3批矿渣碎石泵送混凝土与普通泵送混凝土的对比试验，其28d抗压强度和抗折强度在表2-1、表2-2、表2-3中分别列出。

表2-1

强度等级

抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) W/J

普通矿渣碎石普通矿渣碎石普通矿渣碎石

C20 27.1 26.3 2.9 3.4 0.62 0.62 C25 26.7 28.0 3.2 3.4 0.56 0.56 C30 32.7 31.4 3.3 4.0 0.49 0.47 C35 35.7 37.2 3.2 3.8 0.43 0.43 C40 41.9 44.0 3.5 3.9 0.39 0.39 C45 47.6 49.1 3.5 5.2 0.35 0.35

2-2、图

2-3。

分析图2-1和图2-2，从趋势上看每一批矿渣碎石泵送混凝土的抗压强度和抗折强度均相当于或稍高于普通泵送混凝土的强度。按数据的数目统计，高于或相当的占27%，其偏高幅度在1~8%，平均约4%；偏低的占27%，其偏低幅度在3~10%，平均约6%。

分析图2-3，有60%矿渣碎石泵送混凝土的水胶比要大于普通泵送混凝土的水胶比，增加幅度约3~6%，而水胶比降低的只有5%，相等的占35%。

总体分析，无论是水胶比的变化还是抗压强度和抗折强度的变化，矿渣碎石泵送混凝土的稳定性存在一定的缺陷，主要原因来自于矿渣的不均匀性，这一点在配制矿渣碎石泵送混凝土时应当引起足够的重视。

2.3矿渣碎石泵送混凝土掺粉煤灰试验

为改善矿渣碎石泵送混凝土拌合物性能和力学性能，在矿渣碎石泵送混凝土配合比的基础上掺加粉煤灰。从每个强度等级的配合比中减掉50kg 水泥，掺入65kg粉煤灰，同时调整砂率。通过掺与不掺的对比，结果显示