高碳鉻鐵合金渣應用于水工混凝土的試驗研究

曾慶文+陳春曉??

【摘要】本文將高碳鉻鐵合金渣作為骨料，從材料性能、拌制混凝土拌合物性能、強度性能、熱學性能及變形性能五個方面對合金渣作為骨料與傳統骨料進行比較，以驗證合金渣用為骨料應用于水工混凝土的可行性試驗研究。

【關鍵詞】合金渣骨料;混凝土

Experimental study of high-carbon ferrochrome hydraulic concrete slag applied

Zeng Qing-wen，Chen Chun-xiao

（China Water Conservancy and Hydropower Engineering Bureau Ltd. Third Survey and Design InstituteShaanxi710032）

【Abstract】In this paper， high-carbon ferrochromium slag as an aggregate， from material properties， physical properties of mixing concrete mix， strength properties， thermal properties and deformation properties of the five aspects of the alloy slag as aggregate compare with conventional aggregate to verify alloy Experimental study on the feasibility of slag aggregate applied with hydraulic concrete.

【Key words】Alloy slag aggregate;Concrete

1. 前言

高碳鉻鐵合金渣（以下簡稱合金渣）是采用埋弧電爐還原法生產高碳鉻合金時排出的熔體，經渣盤凝固、自然冷卻，機械破碎或跳汰法選別含鉻礦物后產生的。外觀上，合金渣絕大部分呈灰黑色，極少量為鐵銹紅色或紫紅色，大部分顆料表面形成了不同程度的孔狀結構，但質地非常堅硬。

2. 材料性能試驗研究

2.1物理性能試驗研究。

（1）本文采用枕頭壩一級水電站混凝土生產用人工骨料與合金渣進行物理性能對比試驗。比較出合金渣與常規人工骨料之間的差異。

（2）通過試驗數據可以看出：兩種砂顆粒級配基本一致，細度模數相差不大，合金渣砂飽和面干表觀密度明顯比人工砂大得多，其它指標相差不大，都滿足水工混凝土用骨料技術要求。合金渣小石（5～20mm）飽和面干表觀密度比人工骨料大得多，中石（20～40mm）和大石（40～80mm）飽和面干表觀密度與人工骨料相近，且合金渣骨料飽和面干吸水率比常規骨料大2～3倍之多，由于合金渣自身含有較多的氣孔，堆積密度卻比人工骨料小50Kg/m3左右。而進行堆積密度時，是將骨料制備成風干狀態進行試驗，含有氣孔的合金渣骨料就會比人工骨料要輕些。表觀密度及吸水率偏大，進行堆積密度相差不大，帶孔顆粒飽和面干表觀密度小，吸水率大，堆積、緊密密度小，壓碎指標大，不帶孔顆粒則正好相反。如將合金渣當成骨料用于混凝土中，含水率不容易控制，混凝土單位用水量會波動較大，將會對混凝土質量控制帶來影響。

2.2化學性能試驗研究。

2.2.1常規化學性能試驗研究。

依據《規范》進行人工骨料與合金渣常規化學性能進行試驗。試驗數據分析表明：兩種骨料堅固性、有機質含量、三氧化硫含量均滿足《水工混凝土施工規范》對骨料化學性能指標要求。

2.2.2其它化學性能試驗研究。

（1）合金渣是屬于一種提煉合金渣而排出的化學礦渣，而六價鉻是一種有毒物質，其放射性、浸水析出等是否會對環境污染，針對此方面，需對合金渣進行更全面的化學性能試驗分析。委托西南科技大學、四川省建材產品質量監督檢驗中心及貴州省環境監測中心站分別對合金渣進行了相關化學分析試驗。

（2）根據試驗結果分析：合金渣的主要化學成分為SiO2、MgO、AL2O3、Fe2O3及Cr2O3組成，其中有價元素主要是鉻和少量鐵，此外，其中的有害組分如SiO3、 P2O5等含量極低，對混凝土化學損害的不利影響可忽略不計。另外按國標《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2010）測試的合金渣放射性結果：內照射指數IRa為0.2，外照射指數為0.2，遠遠低于國家標準的A類技術要求。

（3）根據鉻鐵合金冶煉過程特點和試驗數據分析可知：合金渣浸泡于水中后的沉淀物浸出液與浸泡過合金渣的水的化學成分均滿足國家飲用水相關標準要求，在一般條件下非常穩定，極難釋放到溶液或自然環境中，只有在強酸消解或加強堿溶融時才會轉化為可溶性鉻Cr（VI）。綜合試驗結果表明，從合金渣中浸出到水中所有元素都非常低，均能滿足生活用水的標準要求。

3. 合金渣混凝土性能試驗研究

3.1配合比設計思路。

試驗采用《水工混凝土配合比試驗規程》（DL/T5330-2005）對人工骨料、合金渣骨料進行常態混凝土及碾壓混凝土配合比設計平行試驗，通過混凝土性能試驗結果比較，來驗證合金渣作為骨料應用于混凝土的可行性。配合比用骨料采用飽和面干狀態。常態混凝土坍落度按50～70mm，碾壓混凝土VC值按2～5s，含氣量按3～5%控制，合金渣常態混凝土水膠比0.50，用水量二級配156（Kg/m3），砂率38%，三級配用水量142（Kg/m3），砂率33%，碾壓混凝土水膠比0.60， 用水量90（Kg/m3），砂率36%。人工骨料水膠比0.50，用水量二級配125（Kg/m3），砂率34%，三級配用水量110（Kg/m3），砂率28%，通過試驗兩種骨料的含氣量、坍落度、表觀密度和凝結時間都能夠滿足要求。

3.2拌合物試驗結果分析。

（1）用水量：人工骨料用水量每增減3Kg/m3，坍落度變化值在10mm～20mm左右，且較有規律性變化;而合金渣骨料在固定用水量增減幅的情況下（每增減3Kg/m3），混凝土坍落度變化分別為36mm、7mm、25mm、49mm，規律較差，碾壓混凝土VC值隨用水量變化兩種骨料基本一致，每增減3Kg/m3用水量，VC值變化1～2S左右，較有規律性。結合試驗過程拌合物的狀態變化分析：因合金渣骨料中含有帶孔狀顆粒的表面含水

率變化差異較大，混凝土配合比試驗中骨料的飽和面干含水率很難控制，且帶孔狀顆粒含量沒有特定規律，結合前面針對不同孔狀顆粒含量骨料飽和面干表觀密度及吸水率表明，這是坍落度變化差異較大的主要原因。合金渣骨料混凝土用水量會出現較大波動，須加強檢測骨料含水率，及帶孔狀顆粒含量及飽和面干吸水率。碾壓混凝土用水量試驗結果表明，用水量的變化對VC值影響較小，且有一定規律性，證明合金渣骨料較適合配制干硬性混凝土。

（2）砂率：合金渣骨料配制混凝土砂率比混合骨料要大3-5%左右，合金渣的孔狀結構增大了骨料中的空隙率及總比表面積，便需要更多的砂漿進行填充方可達到密實的作用。

（3）含氣量：由于合金渣骨料其顆粒品質不同于常規骨料，含有不同程度的孔狀結構，在相同含氣量要求時，引氣劑摻量比常規骨料要小。

（4）凝結時間：因合金渣骨料含有不同程度的氣孔，在水膠比相同時，混凝土的用水量、膠材用量及減水劑用量均高于常規骨料，且在合金渣骨料氣孔中含有較多的砂漿，造成了凝結時間延長。

（5）拌合物狀態：合金渣骨料因其顆粒表面粗糙且帶有氣孔，所拌制的混凝土其流動性較人工骨料差得多。在混凝土振動成型過程中，出現粗骨料上浮現象，且振動時間超過15秒后（50～70mm坍落度），就會嚴重泌漿。

4. 混凝土力學性能及耐久性能試驗研究

（1）兩種骨料配制的混凝土靜壓彈模、軸拉強度、抗壓強度能夠滿足配置強度要求、耐久性指標中極限拉伸≥0.85（×10-4），抗滲>W8、抗凍>F100。

（2）試驗結果表明：在混凝土配合比主要參數基本相同的情況下，合金渣骨料比人工骨料配制的混凝土抗壓、劈拉、軸拉強度，靜壓彈性模量、極限拉伸值等指標都要高一些，抗滲及抗凍等性能指標基本一致，都可以滿足設計要求。合金渣骨料配制混凝土從力學性能及耐久性能角度看來是基本可行的，且有可能彌補普通混凝土抗拉強度小的不足。

5. 混凝土熱學性能及變形性能試驗研究

對兩種骨料配制混凝土進行熱學及變形性能試驗，比對合金渣骨料在熱學及

變形性能上與常規骨料是否存在差異， 從兩種骨料混凝土熱學和變形性能試驗結果可以看出：合金渣骨料混凝土的比熱略小于人工骨料混凝土、導熱略大于人工骨料混凝土、導溫略小于人工骨料混凝土、線膨脹略大于人工骨料混凝土、絕熱溫升值略大于人工骨料混凝土，干縮略大于人工骨料混凝土，自身體積變形略低于人工骨料混凝土。但其發展規律與人工骨料基本相同。

6. 結語

綜上所述：合理的利用可有效提高鉻鐵廢渣資源利用率，防止因大量廢渣對生態環境造成的污染，具有廣闊應用前景，具有顯著的社會經濟效益。

[文章編號]1619-2737（2014）10-20-826