利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土

殷學宇，孫健，趙曉南，張合軍，孫曉華，李德亮

（山東魯碧建材有限公司，山東 濟南 271100）

1 項目背景

1.1 項目背景

魯碧集團為發展循環經濟，充分利用集團自身1000萬噸鋼的煉鋼熔劑—石灰石尾礦和剝離廢石，安裝大型骨料生產線[1]，針對煉鋼廢棄石灰石資源一條龍生產機制砂和碎石，并將其成功應用到混凝土中，用以替代粗細骨料，起到變廢為寶的目的，此項技術降低了混凝土對日益緊缺的天然河砂和傳統礦物摻合料粉煤灰等的過度依賴，走出了一條可持續發展的綠色混凝土之路。

（1）以使用量最大、使用面最廣的 C30混凝土為例，明確提出煉鋼廢棄石灰石資源利用的具體有效途徑。提出了煉鋼廢棄石灰石資源一條龍生產石機制砂和碎石的生產工藝流程和關鍵參數指標，即用于混凝土中的機制砂石粉含量不宜超過15%，實現了煉鋼廢棄石灰石資源的利用。

（2）在降低混凝土收縮的技術措施研究方面，提出采用聚羧酸減水劑減低煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土的開裂抗敏感性[2]，以保證該混凝土良好的體積穩定性。

（3）結合實際工程要求，開展了煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土在建筑工程中的應用，提出了其質量控制技術和措施，并對其進行了質量檢測和評定。

1.2 利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土在建筑工程中的應用

為了在實際工程中應用煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土，以實際工程使用量最大的 C30混凝土為例，在試驗室較充分地研究了混凝土的工作性、強度、體積穩定性和部分耐久性指標，得出了該混凝土的配合比設計方法和關鍵技術參數指標，使用該石灰石資源材質的混凝土的機制砂最佳石粉含量為15%[3]。為此在實際建筑工程中使用 C30煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土，以得出該混凝土的應用關鍵技術。

本工程為我公司鋼渣立磨工程，位于鋼城區萊鋼集團廠部，魯碧建材產業園東部，基礎形式為筏板，設計為主樓梁板柱為現澆 C30現澆混凝土。圖1為施工現場圖。

2 混凝土生產與施工

由于工程相對較緊，而當地儲備的質量合格的石子和砂子相對較少，難以滿足建筑工程的連續施工澆筑總量，同時細骨料使用量較大，由于其質量波動性較大，導致所配制的混凝土質量也存在一定的波動，勢必增加工程造價，而該工程即在魯碧集團煉鋼廢棄石灰石礦山附近。為節約工程造價，保證工程建設的施工連續性和工程質量，在與業主、設計、監理和相關職能部門等單位的協商下，決定采用煉鋼廢棄石灰石礦山骨料線一條龍生產的機制砂和碎石等原材料制備混凝土進行該工程建設。

圖1 施工現場圖

前期室內試驗研究工作采用的混凝土原材料均采自現場材料，因此室內研究工作對鋼渣立磨的施工具有很好的對應指導關系，該建筑工程混凝土配合比見表1。

表1 混凝土的施工配合比 kg/m3

2.1 原材料的質量控制

P·O42.5水泥采用山東魯碧散裝水泥，在使用前應對其強度、安定性及其它必要的性能指標進行復驗。機制砂和碎石應進行搭設廠篷遮陽避雨堆放，對機制砂應不定期地檢測其石粉含量，以保證機制砂石粉含量的穩定性，同時檢測其亞甲藍試驗以區別機制砂中所含石粉和泥粉含量。如遇機制砂技術參數指標波動較大時，應立即調整混凝土配合比，并通過材料生產工藝，保證生產出的機制砂和碎石質量。減水劑采用萊蕪易和聚羧酸，在進場時進行相應檢測。

2.2 混凝土攪拌和運輸

在采用煉鋼廢棄石灰石資源利用技術生產混凝土時，由于骨料組成復雜，機制砂石粉含量高，混凝土的攪拌時間宜延長10～20s，保證聚羧酸減水劑、機制砂和膠凝材料等的充分混合，以發揮其綜合效應。

混凝土的運輸應安排專人專車負責，在運輸前應檢查混凝土攪拌運輸車車內是否存留有積水，運輸時應考慮最近的運輸路線，混凝土從攪拌機中卸出到施工現場卸料完畢一般不應超過90min，在整個運輸過程中嚴禁加水。

2.3 混凝土澆筑和振搗

混凝土在澆筑前，應對混凝土進行工作性能的檢測。在澆筑時，應控制好混凝土的均勻性和密實性，混凝土拌合物運至澆筑地點后，應立即澆入模；混凝土柱豎向超過3m 時，應借助于串筒或溜管等設備澆筑，混凝土梁板一般同時澆筑，從一端開始向前推進。

當混凝土坍落度在現場難以達到泵送要求時，應在技術人員的指導下加入適量的減水劑，并快速旋轉混凝土攪拌運輸車，混凝土達到泵送要求后方可進行澆筑。

混凝土澆筑時宜采用高頻振搗器或附著式平板振搗器等設備進行振搗密實。為保證混凝土達到充分的密實性，振動操作應快插慢拔，每一振點持續時間應使混凝土表面呈現浮漿或不再沉落為宜。當被振混凝土表面有清晰的輪廓呈現，浮漿為一水平面，且無大量氣泡排出，即表明混凝土已被振搗密實。避免混凝土振動時間過長，導致混凝土離析，粗骨料下沉，進而導致結構不均勻。

2.4 混凝土的養護

由于利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土開裂敏感性較大，因此對其養護提出了更高的要求。混凝土養護的目的是為了讓混凝土中的膠凝材料盡可能地充分水化，因而充足的保濕條件對混凝土養護很重要?；炷翝仓駬v密實后，應立即對其加以覆蓋塑料薄膜養護。

在混凝土終凝后應灑水或噴霧養護，灑水次數和程度以保持混凝土表面濕潤為準，其養護時間一般不少于14d。

3 有益效果

3.1 混凝土的質量檢測

在不同齡期對煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土進行跟蹤檢驗，采用回彈法對該混凝土強度進行普查，同時結合部分鉆取芯樣法對混凝強度進行檢測，其28d 齡期部分回彈法檢測結果見表2所示，鉆取的部分混凝土芯樣，如圖2所示。從表2可以看出，煉鋼石灰石資源利用制備的混凝土28d 強度基本保持在30MPa左右，均滿足 C30的強度要求，同時從其碳化深度和強度可以看出，該混凝土的勻質性較好，這表明該混凝土的配制和應用技術較為完善，實現了利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土在實際工程中成功規模化應用。

通過長期跟蹤發現煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土沒有開裂現象，沒有看到明顯裂縫，由此可見通過相關技術措施可以降低該混凝土的開裂敏感性，采用該混凝土澆筑的混凝土梁板柱外觀光滑平整，表面無斑點和水紋現象，無空洞和蜂窩等質量缺陷（圖3）。

表2 部分回彈法檢測的混凝土強度

圖2 鉆芯試件

圖3 混凝土表面

3.2 該項技術的社會效應

在煉鋼熔劑—石灰石礦的生產過程不可避免地要生產大量廢棄物，如小粒徑廢石等和剝離廢石，通過煉鋼廢棄石灰石資源利用制備混凝土的課題實施[4]，實現了煉鋼廢棄石灰石資源骨料生產線一條龍生產機制砂和碎石等混凝土原材料，變廢為寶，實現了廢棄物的高效利用，同時節約了石灰石資源的浪費，也符合國家目前提倡的節能環保政策。如不對其廢棄物加以利用，在干燥天氣時，粉塵到處飛揚，影響生態環境。該混凝土的成功制備和在實際工程中的應用，提高了集團公司混凝土板塊對推廣煉鋼廢棄石灰石資源在混凝土中使用的信心，同時也給當地居民提供了更多的就業機會，創造良好的企地關系，也提高了公司混凝土板塊的應用技術水平，在社會上產生了很好的社會效應。

3.3 該項技術的技術效應

利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土的成功實施有效解決了魯碧公司混凝土板塊對日益緊缺的傳統天然砂的供需矛盾關系；由于采用了精品骨料生產線生產機制砂和碎石，這種人工機械化生產可以實現產品的可調可控，保證了混凝土礦物摻合料和骨料的質量和穩定性，從而可以保證混凝土的質量，擺脫了混凝土質量對粉煤灰和礦粉以及河砂質量波動性的過度依賴，提高了混凝土的應用技術水平；同時利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土提高了混凝土的綠色度，為魯碧集團的循環經濟路線再續篇章，值得大力推廣使用。

4 該項技術的經濟效益分析

4.1 直接經濟效益

以實際工程所用的 C30普通商品混凝土和利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土進行生產成本對比，可得到采用煉鋼廢棄石灰石資源利用制備的混凝土的直接經濟效益[5]。當地混凝土原材料價格見表3，混凝土配合比見表4。

表3 混凝土原材料價格 元/噸

表4 兩種 C30混凝土配合比 kg/m3

結合表3和表4，得到利用煉鋼廢棄石灰石資源制備的混凝土材料成本為310元/m3，普通商品混凝土的材料成本為372元/m3，成本節約62元/m3。按混凝土年產量為10萬方的混凝土攪拌站計算，采用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土，比采用河砂和普通摻合料的混凝土可節約成本600余萬元/年，經濟效益顯著。

4.2 間接經濟效益

煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土的間接經濟效益十分巨大。采用煉鋼廢棄石灰石資源骨料生產線生產機制砂和碎石，這種生產模式可以實現產品性能的調控，保證產品的質量和穩定性，從而保證混凝土的質量，降低粉煤灰質量的影響；所得產品機制砂中含泥量低，為聚羧酸減水劑提供了良好的應用條件。而聚羧酸減水劑的應用彌補了應用高含量石灰石粉給混凝土帶來的體積收縮，保證了混凝土體積穩定性的合格。利用煉鋼廢棄石灰石資源制備混凝土在技術上是完全可行的。