工业焚烧钢渣路面混凝土的制备与应用

工业焚烧钢渣路面混凝土的制备与应用

1工业废水处理意义随着我国经济的不断发展，日化行业和冶金行业也取得了迅速发展，导致工业废物堆积如山。因此，减少浪费和回收很快被认为是困难的。而以天然砂石和水泥为原料的传统混凝土由于水泥生产和砂石过度开采造成的资源、能源与环境问题十分突出。虽然目前粉煤灰、钢渣以及矿渣等具有水硬活性的工业废渣已广泛用于建材和公路铁路建设,但也仅仅是作为少部分代替水泥的填料来制备混凝土,未能全部取代水泥和天然砂石,同时也不能成为大批消耗粉煤灰等工业废渣的有效方法。如果能将生产原料全部采用工业废渣,它的意义将不仅在于解决大量工业废渣所造成的固体废弃物污染,更是实现资源的循环利用;同时由于使用废渣而不是水泥,避免由于生产水泥而引发的能源耗费以及二氧化碳排放的大气环境问题。本研究使用以钢渣碎石和钢渣砂代替传统混凝土所使用的天然砂石为混凝土骨料,并以由粉煤灰等工业废渣制备胶凝材料代替传统水泥,生产建筑路面混凝土。2混凝土基粗材料粗骨料在钢渣混凝土的研制过程中,使用钢渣碎石(粗骨料),钢渣细砂作为混凝土粗细骨料,钢渣磨细粉,矿渣磨细粉,粉煤灰和不同浓度的碱溶液以及适量外加剂配制的胶凝材料代替水泥。(1)骨料的钢渣取自北京某公司,为钢渣慢冷的结晶产物,质硬,多孔。本次试验所用骨料粒径为10~20mm的钢渣碎石。(2)钢渣砂取自北京某公司,总体粒径<10mm。钢渣砂细度模数为4.07。(3)矿渣磨细粉来自北京某公司,为符合国家标准的磨细高炉水淬渣,密度2.97g/cm3,勃氏比表面积约为400m2/kg。其化学分析结果见表1。(4)矿物化学成分来自北京某公司钢渣磨细粉生产线,勃氏比表面积约350m2/kg,密度3.22g/cm3。经XRD检测分析,主要矿物成分为γ-C2S、β-C2S、RO相、方镁石、镁蔷薇辉石等矿物,其化学分析结果见表1。从表1看,钢渣磨细粉中CaO、SiO2、Fe2O3含量较高,Al2O3含量低,仅为1.93%;此外其MgO含量也相对较高,以方镁石及镁蔷薇辉石等物相存在。将钢渣磨细粉制成试饼,经蒸煮试验确定无f-CaO引起的安定性不良问题。(5)灰色粉末来自北京某热电厂二级粉煤灰,勃氏比表面积约为200m2/kg。其化学分析结果见表1。(6)外包自制碱溶液。(7)缓慢沉淀自制缓凝型减水剂。(8)标准砂砂岩符合(GB/T17671-1999)。3胶凝材料配比由粉煤灰、钢渣磨细粉、矿渣磨细粉按3∶3∶4比例混合而成的废渣粉与碱溶液配制而成混合物称为胶凝材料。各种原材料的配比见表2。本次试验所使用仪器设备、制备方法、测试方法、完全符合(GB/T177-1985)《水泥胶砂强度检验方法》和(GB/T50081-2002)《普通混凝土力学性能试验方法标准》的要求。4硬化混凝土的强度根据表2所列试验配方制作、测试的试块28d强度结果绘图1,从图中看出,随浓度的升高净浆、胶砂、混凝土试块的抗压强度明显升高。图2(a)所示为浓度为15%的净浆试块的28dSEM图,对比图2(b)浓度为23%的净浆试块的28dSEM图,图2(a)胶凝材料周围有明显的孔洞存在,图2(b)的结构非常致密,前者的结构明显比后者的疏松,可以认为胶凝材料胶结效率在碱溶液浓度较高时好于浓度较低时的胶结效率,因此导致B-1的强度低于B-3;硬化混凝土中存在有内聚力,如果假设浓度提高时,净浆、胶砂、混凝土试块抗压强度的提高是由于内聚力的提高,因而可以认为浓度提高可以提高混凝土内聚力,因而导致材料的强度提高。如果从硬化混凝土的过渡区分析(硬化混凝土的结构是由3部分组成:硬化胶凝材料;集料;硬化胶凝浆体和集料间的过渡区),以天然砂石和普通水泥组成的硬化混凝土的结构中,其过渡区结构的强度低于胶凝材料浆体和集料相,所以使得此类混凝土在承受比硬化胶凝材料和集料强度低得多的荷载的作用下而破坏。因此可以通过改善集料和胶凝材料浆体之间的粘结力即改善硬化混凝土中的过渡区强度提高混凝土的强度。钢渣属于活性骨料,相比其它天然骨料具有更高的反应活性。与碱性溶液作用下的胶凝浆体之间的粘结力更强,即过渡区强度也更强。根据表2和图1所示实验结果分析,当溶液浓度15%、20%时,本研究的工业废渣净浆材料的强度明显高于同浓度混凝土的强度,即硬化的C-1和C-2混凝土中过渡区的强度较低,因此整个硬化混凝土的强度也较低;随着浓度上升为23%时,净浆试块的抗压强度几乎等于混凝土试块的抗压强度化的C-3混凝土中过渡区结构的强度升高;即过渡区强度在溶液浓度提高时其强度也随之提高,因此整个混凝土的强度也随之提高。5混凝土的用量在生产线附近修建一条重载车路面。根据前面的试验结果设计了如表3所示的混凝土配方。经过标准测试,该配方的28d抗压强度达44MPa,抗折强度达8.3MPa。施工1a后的路面情况,路段使用状况良好,无开裂现象。如果以表3中所示价格计算,混凝土的价格为117.0元/m3,商用传统C40混凝土的价格约200元/m3。因此钢渣混凝土的优点不仅在于节能环保,其经济效益更加突出。如图3所示,碱溶液——粉煤灰废渣混凝土的强度随龄期增长而提高,早期强度较高,超过28d后强度增长趋于平缓。6碱溶液对碱液扩增强度的影响(1)碱溶液浓度及用量适当提高可以提高碱激发即提高了粉煤灰废渣粉胶凝材料的强度。(2)碱溶液较低时,碱溶液激发废渣粉胶凝材料制备的净浆试块强