高碳铬铁合金渣透水混凝土试验研究

程海丽，张亮，董瑞龙，周瑞东，徐厚安，苏小军，贺志杰，范博容，唐蔚妤，王昊，

（1.北方工业大学土木工程学院，北京100144；2.内蒙古丰镇市新太新材料科技有限公司，内蒙古乌兰察布012100）

近年来，我国已成为世界上最大的铬铁合金生产国，2014年铬铁合金产量达到388万t。铬铁渣是铬铁合金生产过程中产生的含铬冶炼废渣，每生产1 t铬铁合金就有1.1～1.2 t废渣产出。由此估算，我国每年大约产生400万t的铬铁渣，而其利用率仅为30%，约有280万t铬铁渣露天堆存，未得到妥善处置和利用[1]。

透水混凝土具有良好的透水、透气性，其应用可有效收集雨水或渗透补充地下水，有利于保持地下水资源平衡，预防水位下降和地面下沉，创建舒适的生活环境；有利于地表微生物栖息生存，维持自然生物链，还具有降噪音，吸热量，缓解“热岛效应”等作用，是海绵城市建设用透水铺装材料。目前透水混凝土所用骨料主要为不可再生的天然砂石资源，随着混凝土等材料对天然砂石资源的不断消耗，资源的匮乏及对环境负荷问题的解决已迫在眉睫。

因此，将高碳铬铁渣作为骨料用于透水混凝土的制作，既可节约天然骨料又可吸纳高碳铬铁渣，同时又可制作出生态型透水混凝土材料，一举多得。

1 原材料及其性能

水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，3 d抗折、抗压强度分别为5.1 MPa，17 MPa，28d抗折、抗压强度分别为8.9 MPa，47.8 MPa；天然石子粒径4.75～9.5 mm，堆积密度为 1 494 kg/m3。

高碳铬铁合金渣（以下简称“铬铁合金渣”）来自内蒙古丰镇市新太新材料科技有限公司，粒径4.75～9.5 mm，堆积密度为1 556 kg/m3。

2 试验方法

透水混凝土成型采用裹石法，即，先以一定水灰比的水泥净浆包裹骨料表面，再将剩余的水泥和水一起拌和。配合比见表1。

强度测定参照GBT50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行，连通孔隙率测试参照CJJT 253—2016《再生骨料透水混凝土应用技术规程》进行，性能结果见表1。

3 试验数据及分析

3.1 铬铁渣作为混凝土骨料的可行性

由国家建筑材料测试中心依据GB/T14685—2011《建筑用卵石、碎石》对铬铁合金渣作为粗骨料进行检测，结果见表2，可以看出，铬铁合金渣完全可以作为混凝土骨料使用；由国家环境分析测试中心对铬铁合金渣进行浸出毒性检测，结果见表3，可以看出，铬铁合金渣的浸出毒性完全符合要求。

表1 透水混凝土配合比及其性能

表2 高碳铬铁合金渣作为普通混凝土用粗骨料的各项试验数据

表3 铬铁合金渣进行浸出毒性检测结果

3.2 铬铁合金渣作为透水混凝土骨料

比较表1中组号1与组号2可以看出，在配比相同时，铬铁合金渣作为透水混凝土骨料时，其抗压强度值和连通孔隙率均较石子作为骨料时略大，表明铬铁合金渣完全可以替代天然石制作透水混凝土材料。

3.3 铬铁合金渣透水混凝土配比优化

比较表1中组号2，3，4可以看出，当水灰比为0.29时，随着胶骨比的增加，透水混凝土的强度提高，孔隙率减小，这是因为，当水灰比不变时，胶骨比增加，亦即水泥用量增加，因而强度增加，同时，由于水泥浆的增多，包裹在骨料周围的水泥浆随之增厚，使得连通孔隙率下降。

当水灰比为0.42时，随着胶骨比的增加，混凝土的强度和连通孔隙的变化规律与水灰比为0.29时类似。

分别比较表1中组号2与5，3与7，4与8可以看出，当胶骨比相同时，水灰比减少时强度下降，但连通孔隙率提高，这一结论与普通混凝土性能与水灰比的关系不同。这是因为，对于透水混凝土来说，水泥浆体对骨料的均匀包裹与否是决定多孔透水混凝土抗压强度的重要因素,它比水泥浆体抗压强度（由水灰比决定）更能影响整体的抗压强度，当水灰比减小，即用水量减少时，粘稠的水泥浆体不足以包裹骨料颗粒，造成搅拌困难，使水泥浆与骨料间粘结力下降，削弱了水灰比下降对水泥浆体的增强作用[2]。

当水灰比和胶骨比均较大时（组号5和6）强度很大，但连通孔隙率下降很多，这是由于当水泥浆体较稀但总量又较多时，更容易充分地填充骨料的缝隙，虽然水泥浆本身由于水灰比的增大，强度会有所下降，但由于透水混凝土的密实性得到了提高，因而强度提高透水率下降。

参考CJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》和CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土应用技术规程》，组号7抗压强度达到C20要求，连通孔隙率达到18%，大于10%。

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）内蒙丰镇市新太新材料科技有限公司高碳铬铁合金渣的性能满足混凝土用骨料要求。

（2）配制透水混凝土时，高碳铬铁合金渣作为骨料时的性能优于天然石作为骨料时的性能。

（3）水灰比为0.42，胶骨比为0.28时，配制的透水混凝土可达到相关规范规定的C20混凝土的要求，连通孔隙率可达18%.

4.2 讨论

（1）仅从强度和连通孔隙率两个方面初步试验研究了铬铁合金渣混凝土的性能，后续还应研究其做为路面材料的耐久性、耐磨性等性能。

（2）所用铬铁合金渣铬排出量合格，但不代表所有厂家排放的铬铁合金渣的铬排放量都合格，因此，铬铁合金渣在透水混凝土中的应用，铬的排放和固定仍将是后续应关注和研究的问题。

[1]国家发展和改革委员会.中国资源综合利用年度报告(2014)[R].中国学术期刊电子杂志出版社，2014，7(10):3-8.

[2]蒋正武，孙振平，王培铭.若干因素对多孔透水混凝土性能的影响[J].建筑材料学报，2005，8(5)：513-519.