钢渣在建筑工程回填中的应用技术

【摘要】通过研究将钢渣作为基层材料的原材料试验，探讨了钢渣作为基层换填材料的评价标准，并进行了其适应性分析。通过技术方案的成功应用极大降低工程投资、缩短工期，实现钢渣在建筑工程中的资源化利用。

【关键词】建筑工程;钢渣;压碎指数;垫层法;级配;力学性能;化学成分;陈化

钢渣作为冶金工业排放的固体废料，利用率较低，大量钢渣积存，污染环境，缺乏大规模利用钢渣的有效途径和成熟稳定的应用技术。由于钢渣有其相对特殊的化学、物理力学性能，国内外冶金和建筑行业曾进行过多种的应用尝试，由于技术研究开发难度高，技术开发和应用验证时间长久，致使进展不理想，推广应用较慢。近年来我国工程建设的快速发展，对建筑材料尤其是石料的需要量增加，如果能将钢渣代替石料，安全而经济地用于工程建设，将创造非常可观的经济效益和社会效益。

1、钢渣的特殊性能和在建筑工程领域应用情况

钢渣用于填筑工程基础在国内已有研究及应用，但由于它的膨胀粉化对工程质量非常不利，在填筑工程基础的应用方面一直存在着争议。钢渣作为基础填筑材料的应用既有成功，也有失败，但从研究结果来看钢渣填筑基础在技术上是可行的，但在使用时要严格管理。由于炼钢工艺及钢渣处理工艺的改变 ，钢渣的理化性能较以前有较大的变化，因此有必要进行比较全面的研究。

2、技术研究思路及方法

主要研究思路是：对钢渣在建筑工程领域应用技术进行研究，收集信息、资料，有针对性的做出筛选和技术研究方案;采用钢渣回填和地基换填处理过的工程项目进行结构安全性监测、沉降变形观测和全面验证。

2.1钢渣的化学、物理性质，分析钢渣的颗粒级配情况和粒径以及压碎指标。

2.1.1钢渣力学性能测压结果

钢渣的力学强度一般很高，其强度与孔隙率和陈化时间有关。钢渣颗粒的极限抗压强度高达93.5MPa ， 饱水状态极限抗压强度高达77.3MPa ， 软化系数为0.94， 相当于3级石料标准。

钢渣的压碎值按中华人民共和国行业标准 JTJ058《公路工程集料试验规程》，采用沥青路面标准，进行钢渣压碎值试验，测得钢渣压碎值变化范围为 6%～12%，一般认为集料的压碎值指标低于12%时，集料的强度高，坚固性好，弹性模量高。

2.1.2热焖渣钢渣成分表

由表中分析钢渣压碎指标很高，活性成分高。含有游离氧化钙和游离氧化镁成分，造成对安定性有较大影响，需要进行陈化。

2.2分析钢渣中活性成分和工程力学性质，分析钢渣与石灰、水渣、粉煤灰、黏土的级配及混合性能以及化合反应机理。

2.3分析对比钢渣回填、垫层法、砼填充法、级配碎石换填、地基加固、桩法等地基处理的各种技术性能、力学性能、沉降分析、性价比等各种地基处理技术的技术经济指标。

2.4分析各种建构筑物基础的设计类型，进行钢渣换填处理的适用性分析。

2.5可采用的钢渣换填方式。

1）钢渣+渣土回填压实。

2）钢渣+水渣回填压实。

3）钢渣+石粉回填压实。

4）钢渣+石灰回填压实。

5）钢渣+粉煤灰回填压实。

3、主要技术方案

3.1钢渣的物理力学性能

3.1.1钢渣的密度。钢渣的松散密度为2.0～2.2t/m3，稍密实的钢渣约为2.4～2.5t/m3，重型压实后钢渣密度为 3t/m3左右，是普通石料的1.2～1.4倍。压实后的理想密度可达 3.5t/m3左右。由于钢渣的密度较大，在地基承载力不足的软土地区应慎用。

3.1.2钢渣的颗粒级配。取直径小于30mm的钢渣 ， 按四分法缩分后筛分，参照对路基填料级配的评价标准，可以认为钢渣颗粒级配良好，属易压实性填筑材料。并根据以往工程实践中这一类型级配的填料具有较好的颗粒结构效应，在较小的压实功能条件下能使粒料嵌挤密实，容易使压实度达到标准要求。

3.2钢渣的矿相分析

钢渣的性能与矿物组成有密切关系。钢渣中常见的矿物有黄长石、辉石、橄榄石、方锰石、假硅辉石和少量的褐硫钙石及硫锰矿等。Ca （OH） 2在钢渣中只是以中间产物存在，游离态的 f2CaO仅有少量。Mg 在钢渣中多数是以单态或复态的铁酸盐形式存在，仅以少量氧化物形式存在。钢渣样品 XRD 分析结果表明：主要矿物为钙铝黄长石，同时含有少量镁黄长石、钙长石、硫化钙、硅酸二钙等。对钢渣进行活性检验。现场取样将块状钢渣砸碎，替代粗集料，作为粗集料参照 JTJ032规范要求钢渣进场浇水浸泡10天后取样试验进行试验，30 天后基本稳定只有个别试件有微量起包现象。对钢渣进行稳定度、流值试验，钢渣消解后的稳定值是相当高的。

3.3钢渣的稳定性试验

钢渣的常压煮沸安定性和压蒸安定性试验结果满足相关标准的要求。

3.4.钢渣的有害物质含量分析

在路基工程建设中，对钢渣填料的质量尚无明确的定量标准要求。通常认为，钢渣中的 FeS、MnS 遇水后，易生成 Fe （OH）2和Mn（OH）2使硫化物分解并造成颗粒粉化和体积膨胀。集团公司钢渣中 Mn和 TiO2非常少，钢渣中锰、钛、硫等化合物的平均值均在规定之内。其放射性比活度小于建筑材料用工业废渣放射性物质限制标准。钢渣的总体质量基本符合建筑填筑工程材料质量的要求。

3.5钢渣在建筑工程回填应用注意事项

1） 钢渣使用陈化后的钢渣，避免使用新钢渣。

2）钢渣粒径应控制在不大于40mm，并且钢渣级配应符合规范的要求。

3）施工过程中严格控制层厚，建议压实厚度采用300mm。

4）压实应在最佳含水量状态下进行，碾压合格后应立即洒水养护，养护期期要符合规范要求。

4、结论和分析

1）钢渣替代砂石料、碎石、土类等，应用在地基处理和工程回填中，混合料级配稳定，几乎不产生沉降，回填后混合料发生物理化学反应产生非常高的强度，是优良的工程材料，能够广泛的应用于不同范围的地基处理。

2）大幅度降低地基換填法处理费用。

3）减少地基基础沉降和变形，保证建构筑物基础、结构安全。

4）克服回填土压实质量不可控的问题。

5）钢渣在工程回填中应用研究在国内行业中处于领先地位，在工程建设中得到广泛的应用。

消纳固体废弃物，资源化利用，减少处置费用，社会效益巨大。

作者简介：

刘景春，男，高级工程师，1975年12月，山东建筑大学土木工程专业，本科，从事建筑工程管理工作。