殷学宇,孙健,赵晓南,张合军,孙晓华,李德亮
(山东鲁碧建材有限公司,山东 济南 271100)
鲁碧集团为发展循环经济,充分利用集团自身1000万吨钢的炼钢熔剂—石灰石尾矿和剥离废石,安装大型骨料生产线[1],针对炼钢废弃石灰石资源一条龙生产机制砂和碎石,并将其成功应用到混凝土中,用以替代粗细骨料,起到变废为宝的目的,此项技术降低了混凝土对日益紧缺的天然河砂和传统矿物掺合料粉煤灰等的过度依赖,走出了一条可持续发展的绿色混凝土之路。
(1)以使用量最大、使用面最广的 C30混凝土为例,明确提出炼钢废弃石灰石资源利用的具体有效途径。提出了炼钢废弃石灰石资源一条龙生产石机制砂和碎石的生产工艺流程和关键参数指标,即用于混凝土中的机制砂石粉含量不宜超过15%,实现了炼钢废弃石灰石资源的利用。
(2)在降低混凝土收缩的技术措施研究方面,提出采用聚羧酸减水剂减低炼钢废弃石灰石资源利用制备的混凝土的开裂抗敏感性[2],以保证该混凝土良好的体积稳定性。
(3)结合实际工程要求,开展了炼钢废弃石灰石资源利用制备混凝土在建筑工程中的应用,提出了其质量控制技术和措施,并对其进行了质量检测和评定。
为了在实际工程中应用炼钢废弃石灰石资源利用制备混凝土,以实际工程使用量最大的 C30混凝土为例,在试验室较充分地研究了混凝土的工作性、强度、体积稳定性和部分耐久性指标,得出了该混凝土的配合比设计方法和关键技术参数指标,使用该石灰石资源材质的混凝土的机制砂最佳石粉含量为15%[3]。为此在实际建筑工程中使用 C30炼钢废弃石灰石资源利用制备混凝土,以得出该混凝土的应用关键技术。
本工程为我公司钢渣立磨工程,位于钢城区莱钢集团厂部,鲁碧建材产业园东部,基础形式为筏板,设计为主楼梁板柱为现浇 C30现浇混凝土。图1为施工现场图。
由于工程相对较紧,而当地储备的质量合格的石子和砂子相对较少,难以满足建筑工程的连续施工浇筑总量,同时细骨料使用量较大,由于其质量波动性较大,导致所配制的混凝土质量也存在一定的波动,势必增加工程造价,而该工程即在鲁碧集团炼钢废弃石灰石矿山附近。为节约工程造价,保证工程建设的施工连续性和工程质量,在与业主、设计、监理和相关职能部门等单位的协商下,决定采用炼钢废弃石灰石矿山骨料线一条龙生产的机制砂和碎石等原材料制备混凝土进行该工程建设。
图1 施工现场图
前期室内试验研究工作采用的混凝土原材料均采自现场材料,因此室内研究工作对钢渣立磨的施工具有很好的对应指导关系,该建筑工程混凝土配合比见表1。
表1 混凝土的施工配合比 kg/m3
P·O42.5水泥采用山东鲁碧散装水泥,在使用前应对其强度、安定性及其它必要的性能指标进行复验。机制砂和碎石应进行搭设厂篷遮阳避雨堆放,对机制砂应不定期地检测其石粉含量,以保证机制砂石粉含量的稳定性,同时检测其亚甲蓝试验以区别机制砂中所含石粉和泥粉含量。如遇机制砂技术参数指标波动较大时,应立即调整混凝土配合比,并通过材料生产工艺,保证生产出的机制砂和碎石质量。减水剂采用莱芜易和聚羧酸,在进场时进行相应检测。
在采用炼钢废弃石灰石资源利用技术生产混凝土时,由于骨料组成复杂,机制砂石粉含量高,混凝土的搅拌时间宜延长10~20s,保证聚羧酸减水剂、机制砂和胶凝材料等的充分混合,以发挥其综合效应。
混凝土的运输应安排专人专车负责,在运输前应检查混凝土搅拌运输车车内是否存留有积水,运输时应考虑最近的运输路线,混凝土从搅拌机中卸出到施工现场卸料完毕一般不应超过90min,在整个运输过程中严禁加水。
混凝土在浇筑前,应对混凝土进行工作性能的检测。在浇筑时,应控制好混凝土的均匀性和密实性,混凝土拌合物运至浇筑地点后,应立即浇入模;混凝土柱竖向超过3m 时,应借助于串筒或溜管等设备浇筑,混凝土梁板一般同时浇筑,从一端开始向前推进。
当混凝土坍落度在现场难以达到泵送要求时,应在技术人员的指导下加入适量的减水剂,并快速旋转混凝土搅拌运输车,混凝土达到泵送要求后方可进行浇筑。
混凝土浇筑时宜采用高频振捣器或附着式平板振捣器等设备进行振捣密实。为保证混凝土达到充分的密实性,振动操作应快插慢拔,每一振点持续时间应使混凝土表面呈现浮浆或不再沉落为宜。当被振混凝土表面有清晰的轮廓呈现,浮浆为一水平面,且无大量气泡排出,即表明混凝土已被振捣密实。避免混凝土振动时间过长,导致混凝土离析,粗骨料下沉,进而导致结构不均匀。
由于利用炼钢废弃石灰石资源制备的混凝土开裂敏感性较大,因此对其养护提出了更高的要求。混凝土养护的目的是为了让混凝土中的胶凝材料尽可能地充分水化,因而充足的保湿条件对混凝土养护很重要。混凝土浇筑振捣密实后,应立即对其加以覆盖塑料薄膜养护。
在混凝土终凝后应洒水或喷雾养护,洒水次数和程度以保持混凝土表面湿润为准,其养护时间一般不少于14d。
在不同龄期对炼钢废弃石灰石资源利用制备的混凝土进行跟踪检验,采用回弹法对该混凝土强度进行普查,同时结合部分钻取芯样法对混凝强度进行检测,其28d 龄期部分回弹法检测结果见表2所示,钻取的部分混凝土芯样,如图2所示。从表2可以看出,炼钢石灰石资源利用制备的混凝土28d 强度基本保持在30MPa左右,均满足 C30的强度要求,同时从其碳化深度和强度可以看出,该混凝土的匀质性较好,这表明该混凝土的配制和应用技术较为完善,实现了利用炼钢废弃石灰石资源制备的混凝土在实际工程中成功规模化应用。
通过长期跟踪发现炼钢废弃石灰石资源利用制备的混凝土没有开裂现象,没有看到明显裂缝,由此可见通过相关技术措施可以降低该混凝土的开裂敏感性,采用该混凝土浇筑的混凝土梁板柱外观光滑平整,表面无斑点和水纹现象,无空洞和蜂窝等质量缺陷(图3)。
表2 部分回弹法检测的混凝土强度
图2 钻芯试件
图3 混凝土表面
在炼钢熔剂—石灰石矿的生产过程不可避免地要生产大量废弃物,如小粒径废石等和剥离废石,通过炼钢废弃石灰石资源利用制备混凝土的课题实施[4],实现了炼钢废弃石灰石资源骨料生产线一条龙生产机制砂和碎石等混凝土原材料,变废为宝,实现了废弃物的高效利用,同时节约了石灰石资源的浪费,也符合国家目前提倡的节能环保政策。如不对其废弃物加以利用,在干燥天气时,粉尘到处飞扬,影响生态环境。该混凝土的成功制备和在实际工程中的应用,提高了集团公司混凝土板块对推广炼钢废弃石灰石资源在混凝土中使用的信心,同时也给当地居民提供了更多的就业机会,创造良好的企地关系,也提高了公司混凝土板块的应用技术水平,在社会上产生了很好的社会效应。
利用炼钢废弃石灰石资源制备混凝土的成功实施有效解决了鲁碧公司混凝土板块对日益紧缺的传统天然砂的供需矛盾关系;由于采用了精品骨料生产线生产机制砂和碎石,这种人工机械化生产可以实现产品的可调可控,保证了混凝土矿物掺合料和骨料的质量和稳定性,从而可以保证混凝土的质量,摆脱了混凝土质量对粉煤灰和矿粉以及河砂质量波动性的过度依赖,提高了混凝土的应用技术水平;同时利用炼钢废弃石灰石资源制备的混凝土提高了混凝土的绿色度,为鲁碧集团的循环经济路线再续篇章,值得大力推广使用。
以实际工程所用的 C30普通商品混凝土和利用炼钢废弃石灰石资源制备的混凝土进行生产成本对比,可得到采用炼钢废弃石灰石资源利用制备的混凝土的直接经济效益[5]。当地混凝土原材料价格见表3,混凝土配合比见表4。
表3 混凝土原材料价格 元/吨
表4 两种 C30混凝土配合比 kg/m3
结合表3和表4,得到利用炼钢废弃石灰石资源制备的混凝土材料成本为310元/m3,普通商品混凝土的材料成本为372元/m3,成本节约62元/m3。按混凝土年产量为10万方的混凝土搅拌站计算,采用炼钢废弃石灰石资源制备混凝土,比采用河砂和普通掺合料的混凝土可节约成本600余万元/年,经济效益显著。
炼钢废弃石灰石资源制备混凝土的间接经济效益十分巨大。采用炼钢废弃石灰石资源骨料生产线生产机制砂和碎石,这种生产模式可以实现产品性能的调控,保证产品的质量和稳定性,从而保证混凝土的质量,降低粉煤灰质量的影响;所得产品机制砂中含泥量低,为聚羧酸减水剂提供了良好的应用条件。而聚羧酸减水剂的应用弥补了应用高含量石灰石粉给混凝土带来的体积收缩,保证了混凝土体积稳定性的合格。利用炼钢废弃石灰石资源制备混凝土在技术上是完全可行的。