顏凡 金強(qiáng) 王文君 于縱達(dá) 梁紓钘

（1中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200942；2上海中冶環(huán)境工程科技有限公司，上海 200941）

0 引言

近年來，我國鋼鐵產(chǎn)量逐年增加，2019年全國粗鋼產(chǎn)量9.9634億噸，同比增長8.3%，全球占比高達(dá)53%，鋼渣產(chǎn)生量超1億噸，但鋼渣利用率向來較低，不僅造成資源浪費(fèi)，而且占用土地，解決鋼渣處置、提高鋼渣利用率已成為現(xiàn)階段固廢處置的重點(diǎn)關(guān)注方向[1]。由于目前國內(nèi)鋼鐵行業(yè)不景氣，各大鋼廠紛紛就鋼渣資源化綜合利用加大了研究力度，已有首鋼、武鋼、鞍鋼等鋼廠利用鋼渣作混凝土研究，但均處于摸索和試驗(yàn)階段，沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)和規(guī)范。

此外，伴隨我國城鎮(zhèn)化改造進(jìn)程加快，建筑垃圾產(chǎn)生量持續(xù)增加，占城市垃圾的30%～40%，占用寶貴的城市土地資源，造成了嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)。我國建筑垃圾資源化推進(jìn)嚴(yán)重滯后，目前資源化利用率不足5%，遠(yuǎn)低于歐盟（90%）、日本（97%）和韓國（97%）等[2]發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。建筑垃圾資源化利用事關(guān)城市生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，開展建筑垃圾的資源化、減量化、無害化綜合利用已刻不容緩。

鋼渣與建筑垃圾再生骨料協(xié)同資源化利用，不僅可以解決鋼渣、建筑垃圾處置的難題，還能變廢為寶，創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，助力海綿城市建設(shè)。鋼渣和建筑垃圾再生骨料單獨(dú)制備透水混凝土均存在一定的缺陷，鋼渣作為骨料“剛性有余，柔性不足”，建筑垃圾再生骨料“柔性有余，剛性不足”，通過選擇差異化粒徑范圍的兩者進(jìn)行混合，可產(chǎn)生剛?cè)嵯酀?jì)的特殊效果。本文探究了鋼渣協(xié)同再生骨料制備透水混凝土的可行性，并研究骨料種類、配合比設(shè)計(jì)、成型方式等因素對透水混凝土性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料

本試驗(yàn)所用原材料有海螺42.5強(qiáng)度等級普硅水泥、寶鋼鋼渣、符合GB/T25177規(guī)定的再生骨料、黃砂、S95礦粉、外加劑、水，具體如下：

表1 試驗(yàn)所用原材料

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 骨料種類對透水混凝土性能的影響

將等重量份的水泥、不同重量份的5-10mm鋼渣骨料加水混合攪拌均勻，制成S1、S2、S3、S4四組100mm×100mm×100mm試件，養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)時(shí)間測量7d、28d抗壓強(qiáng)度及透水系數(shù)，得到圖1（a）所示數(shù)據(jù)。按相同方法，用5-10mm再生骨料替代鋼渣骨料做相同試驗(yàn)得圖1（b）。

圖1 不同骨料對透水混凝土性能影響

圖1（a）中，隨著骨料和膠凝材料比例的變化，可以發(fā)現(xiàn)骨料越少即骨膠比越小，混凝土的強(qiáng)度越高，透水系數(shù)越小直至降為零變?yōu)槊軐?shí)混凝土，圖1（b）中亦有相同趨勢。這是因?yàn)槟z凝材料比例相對增大，導(dǎo)致水泥漿體變多，混凝土孔隙率減小，密實(shí)度增加所致。此外，圖1（a）、（b）對比發(fā)現(xiàn)，鋼渣、建筑再生骨料單獨(dú)摻入混凝土?xí)r，鋼渣混凝土強(qiáng)度高于再生骨料混凝土。有研究[3]發(fā)現(xiàn)，這可能是因?yàn)樵偕橇吓c新舊砂漿之間的黏結(jié)較弱，同時(shí)當(dāng)再生骨料取代率達(dá)到70%，骨料的蓄水池作用凸顯，內(nèi)部蓄水過多加之本身強(qiáng)度較低，導(dǎo)致再生骨料混凝土強(qiáng)度普遍低于普通混凝土。在此次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，再生骨料的骨膠比應(yīng)以1350：400為宜。

1.2.2 鋼渣、再生骨料復(fù)配

按表2進(jìn)行鋼渣、再生骨料復(fù)配試驗(yàn)：

表2 鋼渣、再生骨料復(fù)配試驗(yàn)

圖2 鋼渣、再生骨料復(fù)配透水砼性能

在水泥用量為400kg時(shí)，28d抗壓強(qiáng)度最高才26.8MPa，在本次試驗(yàn)中，就強(qiáng)度方面而言W1組的復(fù)配效果較好。提高水泥用量至450kg，將鋼渣和再生骨料等體積進(jìn)行替代，如表2中W6-W8組所示，發(fā)現(xiàn)再生骨料占比過高會(huì)造成強(qiáng)度損失，1-3mm和3-5mm的粗、細(xì)鋼渣和再生骨料一起復(fù)配效果優(yōu)于1-3mm鋼渣單獨(dú)與再生骨料的組合，其中W8組28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到35.2MPa，透水系數(shù)為13.3×10-2cm/s，優(yōu)于GB/T25993規(guī)定的2.0×10-2cm/s。

武漢大學(xué)肖倍等人[4]研究發(fā)現(xiàn)，由于再生骨料外裹殘余砂漿，加之在服役和骨料破碎期間產(chǎn)生的微裂縫，導(dǎo)致其在重新拌合時(shí)黏結(jié)界面強(qiáng)度較為薄弱，同時(shí)微裂縫會(huì)在受力過程中加快延伸，從而降低再生混凝土的強(qiáng)度。

1.2.3 不同成型方式對透水混凝土性能的影響

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用振動(dòng)成型比插搗成型可以獲得略高的強(qiáng)度，主要是振動(dòng)可以使混凝土更密實(shí)，從而獲得更高的強(qiáng)度，但是混凝土越密實(shí)也會(huì)導(dǎo)致透水性能降低。

表3 不同成型方式對透水混凝土性能的影響

圖3 不同成型方式對透水混凝土性能的影響

有研究[5]顯示，當(dāng)混凝土拌合料受到振動(dòng)時(shí)，混凝土內(nèi)部阻力下降，加之重力的作用，固相顆粒位置重新分布，水泥砂漿填充粗集料之間的空隙，使砼原來的堆聚結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，透水性下降，因此振動(dòng)時(shí)間不易過長。

2 結(jié)論

1）建筑再生骨料適當(dāng)摻入鋼渣透水混凝土中可起到協(xié)同處置固體廢棄物的作用，同時(shí)改善混凝土的工作性能，28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到35.2MPa，透水系數(shù)13.3×10-2cm/s，優(yōu)于GB/T25993規(guī)定的2.0×10-2cm/s。

2）建筑再生骨料由于服役期間和破碎過程受荷載作用，內(nèi)部存在微裂縫、外裹砂漿黏結(jié)薄弱等缺陷，不宜作為單一骨料制備透水砼。

3）采用振動(dòng)成型可以讓透水混凝土更密實(shí)、強(qiáng)度更高，但要注意振動(dòng)時(shí)間不宜過長，易造成透水砼透水性能下降。