鋼渣在建筑工程回填中的應用技術

【摘要】通過研究將鋼渣作為基層材料的原材料試驗，探討了鋼渣作為基層換填材料的評價標準，并進行了其適應性分析。通過技術方案的成功應用極大降低工程投資、縮短工期，實現鋼渣在建筑工程中的資源化利用。

【關鍵詞】建筑工程;鋼渣;壓碎指數;墊層法;級配;力學性能;化學成分;陳化

鋼渣作為冶金工業排放的固體廢料，利用率較低，大量鋼渣積存，污染環境，缺乏大規模利用鋼渣的有效途徑和成熟穩定的應用技術。由于鋼渣有其相對特殊的化學、物理力學性能，國內外冶金和建筑行業曾進行過多種的應用嘗試，由于技術研究開發難度高，技術開發和應用驗證時間長久，致使進展不理想，推廣應用較慢。近年來我國工程建設的快速發展，對建筑材料尤其是石料的需要量增加，如果能將鋼渣代替石料，安全而經濟地用于工程建設，將創造非常可觀的經濟效益和社會效益。

1、鋼渣的特殊性能和在建筑工程領域應用情況

鋼渣用于填筑工程基礎在國內已有研究及應用，但由于它的膨脹粉化對工程質量非常不利，在填筑工程基礎的應用方面一直存在著爭議。鋼渣作為基礎填筑材料的應用既有成功，也有失敗，但從研究結果來看鋼渣填筑基礎在技術上是可行的，但在使用時要嚴格管理。由于煉鋼工藝及鋼渣處理工藝的改變 ，鋼渣的理化性能較以前有較大的變化，因此有必要進行比較全面的研究。

2、技術研究思路及方法

主要研究思路是：對鋼渣在建筑工程領域應用技術進行研究，收集信息、資料，有針對性的做出篩選和技術研究方案;采用鋼渣回填和地基換填處理過的工程項目進行結構安全性監測、沉降變形觀測和全面驗證。

2.1鋼渣的化學、物理性質，分析鋼渣的顆粒級配情況和粒徑以及壓碎指標。

2.1.1鋼渣力學性能測壓結果

鋼渣的力學強度一般很高，其強度與孔隙率和陳化時間有關。鋼渣顆粒的極限抗壓強度高達93.5MPa ， 飽水狀態極限抗壓強度高達77.3MPa ， 軟化系數為0.94， 相當于3級石料標準。

鋼渣的壓碎值按中華人民共和國行業標準 JTJ058《公路工程集料試驗規程》，采用瀝青路面標準，進行鋼渣壓碎值試驗，測得鋼渣壓碎值變化范圍為 6%～12%，一般認為集料的壓碎值指標低于12%時，集料的強度高，堅固性好，彈性模量高。

2.1.2熱燜渣鋼渣成分表

由表中分析鋼渣壓碎指標很高，活性成分高。含有游離氧化鈣和游離氧化鎂成分，造成對安定性有較大影響，需要進行陳化。

2.2分析鋼渣中活性成分和工程力學性質，分析鋼渣與石灰、水渣、粉煤灰、黏土的級配及混合性能以及化合反應機理。

2.3分析對比鋼渣回填、墊層法、砼填充法、級配碎石換填、地基加固、樁法等地基處理的各種技術性能、力學性能、沉降分析、性價比等各種地基處理技術的技術經濟指標。

2.4分析各種建構筑物基礎的設計類型，進行鋼渣換填處理的適用性分析。

2.5可采用的鋼渣換填方式。

1）鋼渣+渣土回填壓實。

2）鋼渣+水渣回填壓實。

3）鋼渣+石粉回填壓實。

4）鋼渣+石灰回填壓實。

5）鋼渣+粉煤灰回填壓實。

3、主要技術方案

3.1鋼渣的物理力學性能

3.1.1鋼渣的密度。鋼渣的松散密度為2.0～2.2t/m3，稍密實的鋼渣約為2.4～2.5t/m3，重型壓實后鋼渣密度為 3t/m3左右，是普通石料的1.2～1.4倍。壓實后的理想密度可達 3.5t/m3左右。由于鋼渣的密度較大，在地基承載力不足的軟土地區應慎用。

3.1.2鋼渣的顆粒級配。取直徑小于30mm的鋼渣 ， 按四分法縮分后篩分，參照對路基填料級配的評價標準，可以認為鋼渣顆粒級配良好，屬易壓實性填筑材料。并根據以往工程實踐中這一類型級配的填料具有較好的顆粒結構效應，在較小的壓實功能條件下能使粒料嵌擠密實，容易使壓實度達到標準要求。

3.2鋼渣的礦相分析

鋼渣的性能與礦物組成有密切關系。鋼渣中常見的礦物有黃長石、輝石、橄欖石、方錳石、假硅輝石和少量的褐硫鈣石及硫錳礦等。Ca （OH） 2在鋼渣中只是以中間產物存在，游離態的 f2CaO僅有少量。Mg 在鋼渣中多數是以單態或復態的鐵酸鹽形式存在，僅以少量氧化物形式存在。鋼渣樣品 XRD 分析結果表明：主要礦物為鈣鋁黃長石，同時含有少量鎂黃長石、鈣長石、硫化鈣、硅酸二鈣等。對鋼渣進行活性檢驗。現場取樣將塊狀鋼渣砸碎，替代粗集料，作為粗集料參照 JTJ032規范要求鋼渣進場澆水浸泡10天后取樣試驗進行試驗，30 天后基本穩定只有個別試件有微量起包現象。對鋼渣進行穩定度、流值試驗，鋼渣消解后的穩定值是相當高的。

3.3鋼渣的穩定性試驗

鋼渣的常壓煮沸安定性和壓蒸安定性試驗結果滿足相關標準的要求。

3.4.鋼渣的有害物質含量分析

在路基工程建設中，對鋼渣填料的質量尚無明確的定量標準要求。通常認為，鋼渣中的 FeS、MnS 遇水后，易生成 Fe （OH）2和Mn（OH）2使硫化物分解并造成顆粒粉化和體積膨脹。集團公司鋼渣中 Mn和 TiO2非常少，鋼渣中錳、鈦、硫等化合物的平均值均在規定之內。其放射性比活度小于建筑材料用工業廢渣放射性物質限制標準。鋼渣的總體質量基本符合建筑填筑工程材料質量的要求。

3.5鋼渣在建筑工程回填應用注意事項

1） 鋼渣使用陳化后的鋼渣，避免使用新鋼渣。

2）鋼渣粒徑應控制在不大于40mm，并且鋼渣級配應符合規范的要求。

3）施工過程中嚴格控制層厚，建議壓實厚度采用300mm。

4）壓實應在最佳含水量狀態下進行，碾壓合格后應立即灑水養護，養護期期要符合規范要求。

4、結論和分析

1）鋼渣替代砂石料、碎石、土類等，應用在地基處理和工程回填中，混合料級配穩定，幾乎不產生沉降，回填后混合料發生物理化學反應產生非常高的強度，是優良的工程材料，能夠廣泛的應用于不同范圍的地基處理。

2）大幅度降低地基換填法處理費用。

3）減少地基基礎沉降和變形，保證建構筑物基礎、結構安全。

4）克服回填土壓實質量不可控的問題。

5）鋼渣在工程回填中應用研究在國內行業中處于領先地位，在工程建設中得到廣泛的應用。

消納固體廢棄物，資源化利用，減少處置費用，社會效益巨大。

作者簡介：

劉景春，男，高級工程師，1975年12月，山東建筑大學土木工程專業，本科，從事建筑工程管理工作。