高碳鉻鐵合金渣透水混凝土試驗研究

程海麗，張亮，董瑞龍，周瑞東，徐厚安，蘇小軍，賀志杰，范博容，唐蔚妤，王昊，

（1.北方工業(yè)大學土木工程學院，北京100144；2.內蒙古豐鎮(zhèn)市新太新材料科技有限公司，內蒙古烏蘭察布012100）

近年來，我國已成為世界上最大的鉻鐵合金生產(chǎn)國，2014年鉻鐵合金產(chǎn)量達到388萬t。鉻鐵渣是鉻鐵合金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鉻冶煉廢渣，每生產(chǎn)1 t鉻鐵合金就有1.1～1.2 t廢渣產(chǎn)出。由此估算，我國每年大約產(chǎn)生400萬t的鉻鐵渣，而其利用率僅為30%，約有280萬t鉻鐵渣露天堆存，未得到妥善處置和利用[1]。

透水混凝土具有良好的透水、透氣性，其應用可有效收集雨水或滲透補充地下水，有利于保持地下水資源平衡，預防水位下降和地面下沉，創(chuàng)建舒適的生活環(huán)境；有利于地表微生物棲息生存，維持自然生物鏈，還具有降噪音，吸熱量，緩解“熱島效應”等作用，是海綿城市建設用透水鋪裝材料。目前透水混凝土所用骨料主要為不可再生的天然砂石資源，隨著混凝土等材料對天然砂石資源的不斷消耗，資源的匱乏及對環(huán)境負荷問題的解決已迫在眉睫。

因此，將高碳鉻鐵渣作為骨料用于透水混凝土的制作，既可節(jié)約天然骨料又可吸納高碳鉻鐵渣，同時又可制作出生態(tài)型透水混凝土材料，一舉多得。

1 原材料及其性能

水泥采用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，3 d抗折、抗壓強度分別為5.1 MPa，17 MPa，28d抗折、抗壓強度分別為8.9 MPa，47.8 MPa；天然石子粒徑4.75～9.5 mm，堆積密度為 1 494 kg/m3。

高碳鉻鐵合金渣（以下簡稱“鉻鐵合金渣”）來自內蒙古豐鎮(zhèn)市新太新材料科技有限公司，粒徑4.75～9.5 mm，堆積密度為1 556 kg/m3。

2 試驗方法

透水混凝土成型采用裹石法，即，先以一定水灰比的水泥凈漿包裹骨料表面，再將剩余的水泥和水一起拌和。配合比見表1。

強度測定參照GBT50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法》進行，連通孔隙率測試參照CJJT 253—2016《再生骨料透水混凝土應用技術規(guī)程》進行，性能結果見表1。

3 試驗數(shù)據(jù)及分析

3.1 鉻鐵渣作為混凝土骨料的可行性

由國家建筑材料測試中心依據(jù)GB/T14685—2011《建筑用卵石、碎石》對鉻鐵合金渣作為粗骨料進行檢測，結果見表2，可以看出，鉻鐵合金渣完全可以作為混凝土骨料使用；由國家環(huán)境分析測試中心對鉻鐵合金渣進行浸出毒性檢測，結果見表3，可以看出，鉻鐵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 高碳鉻鐵合金渣作為普通混凝土用粗骨料的各項試驗數(shù)據(jù)

表3 鉻鐵合金渣進行浸出毒性檢測結果

3.2 鉻鐵合金渣作為透水混凝土骨料

比較表1中組號1與組號2可以看出，在配比相同時，鉻鐵合金渣作為透水混凝土骨料時，其抗壓強度值和連通孔隙率均較石子作為骨料時略大，表明鉻鐵合金渣完全可以替代天然石制作透水混凝土材料。

3.3 鉻鐵合金渣透水混凝土配比優(yōu)化

比較表1中組號2，3，4可以看出，當水灰比為0.29時，隨著膠骨比的增加，透水混凝土的強度提高，孔隙率減小，這是因為，當水灰比不變時，膠骨比增加，亦即水泥用量增加，因而強度增加，同時，由于水泥漿的增多，包裹在骨料周圍的水泥漿隨之增厚，使得連通孔隙率下降。

當水灰比為0.42時，隨著膠骨比的增加，混凝土的強度和連通孔隙的變化規(guī)律與水灰比為0.29時類似。

分別比較表1中組號2與5，3與7，4與8可以看出，當膠骨比相同時，水灰比減少時強度下降，但連通孔隙率提高，這一結論與普通混凝土性能與水灰比的關系不同。這是因為，對于透水混凝土來說，水泥漿體對骨料的均勻包裹與否是決定多孔透水混凝土抗壓強度的重要因素,它比水泥漿體抗壓強度（由水灰比決定）更能影響整體的抗壓強度，當水灰比減小，即用水量減少時，粘稠的水泥漿體不足以包裹骨料顆粒，造成攪拌困難，使水泥漿與骨料間粘結力下降，削弱了水灰比下降對水泥漿體的增強作用[2]。

當水灰比和膠骨比均較大時（組號5和6）強度很大，但連通孔隙率下降很多，這是由于當水泥漿體較稀但總量又較多時，更容易充分地填充骨料的縫隙，雖然水泥漿本身由于水灰比的增大，強度會有所下降，但由于透水混凝土的密實性得到了提高，因而強度提高透水率下降。

參考CJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技術規(guī)程》和CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土應用技術規(guī)程》，組號7抗壓強度達到C20要求，連通孔隙率達到18%，大于10%。

4 結論與討論

4.1 結論

（1）內蒙豐鎮(zhèn)市新太新材料科技有限公司高碳鉻鐵合金渣的性能滿足混凝土用骨料要求。

（2）配制透水混凝土時，高碳鉻鐵合金渣作為骨料時的性能優(yōu)于天然石作為骨料時的性能。

（3）水灰比為0.42，膠骨比為0.28時，配制的透水混凝土可達到相關規(guī)范規(guī)定的C20混凝土的要求，連通孔隙率可達18%.

4.2 討論

（1）僅從強度和連通孔隙率兩個方面初步試驗研究了鉻鐵合金渣混凝土的性能，后續(xù)還應研究其做為路面材料的耐久性、耐磨性等性能。

（2）所用鉻鐵合金渣鉻排出量合格，但不代表所有廠家排放的鉻鐵合金渣的鉻排放量都合格，因此，鉻鐵合金渣在透水混凝土中的應用，鉻的排放和固定仍將是后續(xù)應關注和研究的問題。

[1]國家發(fā)展和改革委員會.中國資源綜合利用年度報告(2014)[R].中國學術期刊電子雜志出版社，2014，7(10):3-8.

[2]蔣正武，孫振平，王培銘.若干因素對多孔透水混凝土性能的影響[J].建筑材料學報，2005，8(5)：513-519.