高碳铬铁合金渣应用于水工混凝土的试验研究

曾庆文+陈春晓

【摘要】本文将高碳铬铁合金渣作为骨料，从材料性能、拌制混凝土拌合物性能、强度性能、热学性能及变形性能五个方面对合金渣作为骨料与传统骨料进行比较，以验证合金渣用为骨料应用于水工混凝土的可行性试验研究。

【关键词】合金渣骨料;混凝土

Experimental study of high-carbon ferrochrome hydraulic concrete slag applied

Zeng Qing-wen，Chen Chun-xiao

（China Water Conservancy and Hydropower Engineering Bureau Ltd. Third Survey and Design InstituteShaanxi710032）

【Abstract】In this paper， high-carbon ferrochromium slag as an aggregate， from material properties， physical properties of mixing concrete mix， strength properties， thermal properties and deformation properties of the five aspects of the alloy slag as aggregate compare with conventional aggregate to verify alloy Experimental study on the feasibility of slag aggregate applied with hydraulic concrete.

【Key words】Alloy slag aggregate;Concrete

1. 前言

高碳铬铁合金渣（以下简称合金渣）是采用埋弧电炉还原法生产高碳铬合金时排出的熔体，经渣盘凝固、自然冷却，机械破碎或跳汰法选别含铬矿物后产生的。外观上，合金渣绝大部分呈灰黑色，极少量为铁锈红色或紫红色，大部分颗料表面形成了不同程度的孔状结构，但质地非常坚硬。

2. 材料性能试验研究

2.1物理性能试验研究。

（1）本文采用枕头坝一级水电站混凝土生产用人工骨料与合金渣进行物理性能对比试验。比较出合金渣与常规人工骨料之间的差异。

（2）通过试验数据可以看出：两种砂颗粒级配基本一致，细度模数相差不大，合金渣砂饱和面干表观密度明显比人工砂大得多，其它指标相差不大，都满足水工混凝土用骨料技术要求。合金渣小石（5～20mm）饱和面干表观密度比人工骨料大得多，中石（20～40mm）和大石（40～80mm）饱和面干表观密度与人工骨料相近，且合金渣骨料饱和面干吸水率比常规骨料大2～3倍之多，由于合金渣自身含有较多的气孔，堆积密度却比人工骨料小50Kg/m3左右。而进行堆积密度时，是将骨料制备成风干状态进行试验，含有气孔的合金渣骨料就会比人工骨料要轻些。表观密度及吸水率偏大，进行堆积密度相差不大，带孔颗粒饱和面干表观密度小，吸水率大，堆积、紧密密度小，压碎指标大，不带孔颗粒则正好相反。如将合金渣当成骨料用于混凝土中，含水率不容易控制，混凝土单位用水量会波动较大，将会对混凝土质量控制带来影响。

2.2化学性能试验研究。

2.2.1常规化学性能试验研究。

依据《规范》进行人工骨料与合金渣常规化学性能进行试验。试验数据分析表明：两种骨料坚固性、有机质含量、三氧化硫含量均满足《水工混凝土施工规范》对骨料化学性能指标要求。

2.2.2其它化学性能试验研究。

（1）合金渣是属于一种提炼合金渣而排出的化学矿渣，而六价铬是一种有毒物质，其放射性、浸水析出等是否会对环境污染，针对此方面，需对合金渣进行更全面的化学性能试验分析。委托西南科技大学、四川省建材产品质量监督检验中心及贵州省环境监测中心站分别对合金渣进行了相关化学分析试验。

（2）根据试验结果分析：合金渣的主要化学成分为SiO2、MgO、AL2O3、Fe2O3及Cr2O3组成，其中有价元素主要是铬和少量铁，此外，其中的有害组分如SiO3、 P2O5等含量极低，对混凝土化学损害的不利影响可忽略不计。另外按国标《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2010）测试的合金渣放射性结果：内照射指数IRa为0.2，外照射指数为0.2，远远低于国家标准的A类技术要求。

（3）根据铬铁合金冶炼过程特点和试验数据分析可知：合金渣浸泡于水中后的沉淀物浸出液与浸泡过合金渣的水的化学成分均满足国家饮用水相关标准要求，在一般条件下非常稳定，极难释放到溶液或自然环境中，只有在强酸消解或加强碱溶融时才会转化为可溶性铬Cr（VI）。综合试验结果表明，从合金渣中浸出到水中所有元素都非常低，均能满足生活用水的标准要求。

3. 合金渣混凝土性能试验研究

3.1配合比设计思路。

试验采用《水工混凝土配合比试验规程》（DL/T5330-2005）对人工骨料、合金渣骨料进行常态混凝土及碾压混凝土配合比设计平行试验，通过混凝土性能试验结果比较，来验证合金渣作为骨料应用于混凝土的可行性。配合比用骨料采用饱和面干状态。常态混凝土坍落度按50～70mm，碾压混凝土VC值按2～5s，含气量按3～5%控制，合金渣常态混凝土水胶比0.50，用水量二级配156（Kg/m3），砂率38%，三级配用水量142（Kg/m3），砂率33%，碾压混凝土水胶比0.60， 用水量90（Kg/m3），砂率36%。人工骨料水胶比0.50，用水量二级配125（Kg/m3），砂率34%，三级配用水量110（Kg/m3），砂率28%，通过试验两种骨料的含气量、坍落度、表观密度和凝结时间都能够满足要求。endprint

3.2拌合物试验结果分析。

（1）用水量：人工骨料用水量每增减3Kg/m3，坍落度变化值在10mm～20mm左右，且较有规律性变化;而合金渣骨料在固定用水量增减幅的情况下（每增减3Kg/m3），混凝土坍落度变化分别为36mm、7mm、25mm、49mm，规律较差，碾压混凝土VC值随用水量变化两种骨料基本一致，每增减3Kg/m3用水量，VC值变化1～2S左右，较有规律性。结合试验过程拌合物的状态变化分析：因合金渣骨料中含有带孔状颗粒的表面含水

率变化差异较大，混凝土配合比试验中骨料的饱和面干含水率很难控制，且带孔状颗粒含量没有特定规律，结合前面针对不同孔状颗粒含量骨料饱和面干表观密度及吸水率表明，这是坍落度变化差异较大的主要原因。合金渣骨料混凝土用水量会出现较大波动，须加强检测骨料含水率，及带孔状颗粒含量及饱和面干吸水率。碾压混凝土用水量试验结果表明，用水量的变化对VC值影响较小，且有一定规律性，证明合金渣骨料较适合配制干硬性混凝土。

（2）砂率：合金渣骨料配制混凝土砂率比混合骨料要大3-5%左右，合金渣的孔状结构增大了骨料中的空隙率及总比表面积，便需要更多的砂浆进行填充方可达到密实的作用。

（3）含气量：由于合金渣骨料其颗粒品质不同于常规骨料，含有不同程度的孔状结构，在相同含气量要求时，引气剂掺量比常规骨料要小。

（4）凝结时间：因合金渣骨料含有不同程度的气孔，在水胶比相同时，混凝土的用水量、胶材用量及减水剂用量均高于常规骨料，且在合金渣骨料气孔中含有较多的砂浆，造成了凝结时间延长。

（5）拌合物状态：合金渣骨料因其颗粒表面粗糙且带有气孔，所拌制的混凝土其流动性较人工骨料差得多。在混凝土振动成型过程中，出现粗骨料上浮现象，且振动时间超过15秒后（50～70mm坍落度），就会严重泌浆。

4. 混凝土力学性能及耐久性能试验研究

（1）两种骨料配制的混凝土静压弹模、轴拉强度、抗压强度能够满足配置强度要求、耐久性指标中极限拉伸≥0.85（×10-4），抗渗>W8、抗冻>F100。

（2）试验结果表明：在混凝土配合比主要参数基本相同的情况下，合金渣骨料比人工骨料配制的混凝土抗压、劈拉、轴拉强度，静压弹性模量、极限拉伸值等指标都要高一些，抗渗及抗冻等性能指标基本一致，都可以满足设计要求。合金渣骨料配制混凝土从力学性能及耐久性能角度看来是基本可行的，且有可能弥补普通混凝土抗拉强度小的不足。

5. 混凝土热学性能及变形性能试验研究

对两种骨料配制混凝土进行热学及变形性能试验，比对合金渣骨料在热学及

变形性能上与常规骨料是否存在差异， 从两种骨料混凝土热学和变形性能试验结果可以看出：合金渣骨料混凝土的比热略小于人工骨料混凝土、导热略大于人工骨料混凝土、导温略小于人工骨料混凝土、线膨胀略大于人工骨料混凝土、绝热温升值略大于人工骨料混凝土，干缩略大于人工骨料混凝土，自身体积变形略低于人工骨料混凝土。但其发展规律与人工骨料基本相同。

6. 结语

综上所述：合理的利用可有效提高铬铁废渣资源利用率，防止因大量废渣对生态环境造成的污染，具有广阔应用前景，具有显著的社会经济效益。

[文章编号]1619-2737（2014）10-20-826endprint