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钢渣回收利用发表评论(0)编辑词条

    2000年,日本国会正式通过了《推进循环型社会形成基本法》,旨在通过鼓励高效使用和循环利用自然资源,达到减少资源消耗和降低环境压力的目的。日本钢铁业积极响应政府和社会的号召,加大对节约型、环保型技术和工艺的研发投入力度,取得了较为明显的成效。其中,对炼钢炉渣回收利用技术方面的研究取得了较大的进展。
    钢厂炉渣根据生产工艺可分为两大类:炼钢炉渣(钢渣)和高炉炉渣(矿渣)。目前,对高炉炉渣的回收利用已经达到很高的水平。高炉炉渣已全部用于制造普通硅酸盐水泥的原料、路基建筑材料和其他材料。然而,对炼钢炉渣的回收利用却进展甚微,主要原因是回收后钢渣的应用附加值相对较低。
    在此背景下,JFE成功地开发出一种钢渣水合预制块,称为“Ferroform”,主要由炼钢炉渣(骨料)和粒化高炉炉渣(结合剂)组成,可替代混凝土预制块和天然石料使用。目前,JFE已在码头修建工程中多次使用Ferroform,主要用作盖板和抛石等。

    Ferroform预制块的基本特征

    制造工艺。在Ferroform中,钢渣作为混凝土中的细、粗骨料,而磨细粒化高炉矿渣、粉煤灰和碱性活化剂用作混凝土中的水泥。其中钢渣、粒化矿渣和水是基本成分。如果采用循环水,则在制作Ferroform的整个工艺中使用的全部是回收利用材料。Ferroform的制作工艺与混凝土完全相同,即搅拌、浇注和养护,因此可以原封不动地利用混凝土制造设备来制作Ferroform。
    强度和密度。作为结合剂的粒化高炉矿渣和粉煤灰的熟化反应要进行较长时间,所以Ferroform的强度随时效增大,这一点与普通混凝土相同。众所周知,混凝土的抗压强度与水灰比相关。Ferroform的抗压强度也可以用这种方法控制,将原料(被磨细的粒化高炉矿渣、粉煤灰、碱性活化剂和水)的混合比例作为控制指标。熟化28天的Ferroform的抗压强度可达到35 N/mm2,相当于普通混凝土和半硬质石头的强度。Ferroform的力学性能(如抗拉强度、挠曲强度、杨氏模量和磨损系数等)与其抗压强度之间的关系也与混凝土的情况相同。
    此外,由于采用钢渣作为Ferroform的骨料,而钢渣的密度(2.8g/cm3~3.6g/cm3)大于天然骨料(2.7g/cm3~2.8g/cm3),所以一般Ferroform的比重(2.4t/m3~2.6t/m3)大于普通混凝土(2.3t/m3)。这一特色使Ferroform特别适用于海洋环境中的动态结构应用,在海浪中能够提供优于普通混凝土的稳定性。
    耐久性。当Ferroform用于码头结构时,除强度以外还必须考虑到流沙冲刷磨损和海浪冲击对其耐久性的影响。为此,JFE研究人员对Ferroform和混凝土的耐磨和挠曲疲劳性能专门进行了试验与比较。结果显示,Ferroform的磨损系数小于混凝土,说明Ferroform在港口工程应用中更能抵御海水中流沙的冲刷。同时,二者具有同等的挠曲疲劳性能。耐压强度试验结果显示,在头一年里,Ferroform的耐压强度在海浪冲刷区、海潮区和水下这3种环境下均出现稳定增强,从第二年至第六年期间其耐压强度基本保持不变。这些试验结果表明,Ferroform完全具有沿海环境所要求的耐久性。

    Ferroform预制块的应用实例

    在JFE的水岛港修建工程(工期2000年~2002年)中,共使用了15万吨Ferroform人造石料和盖板。在制造这些Ferroform时采用了连续搅拌设备。盖板每块重达9.8吨,通过将搅拌料倒入模具中的方法制成,熟化方式与普通混凝土预制块相同。而人造石料(10千克/块~200千克/块)则是将Ferroform预制块破碎后获得。在水岛港工程施工中,先用抓斗式挖掘机将人造石料沉入海水中,再由潜水员修整成型,最后用水上浮吊将盖板放置到位。Ferroform人造石料和盖板的施工方法与天然石料和混凝土预制板相同。
    根据工程竣工一年半后JFE进行的水下检查,发现主要由马尾藻和海带芽组成的天然海藻床已经在施工区形成,在水下的Ferroform石料和预制板的间隙处繁殖了大量的小型水生动物。这说明Ferroform不仅可在施工中替代混凝土,还有利于恢复沿岸的海洋生态环境。
    另一个应用实例是JFE仓敷厂区的海堤修建工程(工期2005年~2006年)。共使用了约12000个Ferroform预制块,每块的尺寸为1000mm×1000mm×200mm,通过搅拌、压制和蒸汽熟化的工艺制成。这些预制块被筑砌在海堤斜坡的表层,总长度达1500米。这一实例说明,完全可以采用搅拌和压制成型法大量预制大尺寸Ferroform。
    此外,在JFE千叶厂区2003年的工程施工中, Ferroform替代新拌混凝土用于基底填充,共搅拌输送了3492立方米的Ferroform。新拌Ferroform以60立方米/时的速率被泵送至浇注点,效果与普通混凝土类似。

    结论

    JFE开发的钢渣水合材料Ferroform,主要由充当骨料的炼钢炉渣和作为结合剂的粒化高炉炉渣组成,可替代混凝土预制块和天然石料使用。其强度和耐久性可与混凝土相媲美。Ferroform已成功地应用于码头修建工程,作为混凝土预制块和半硬质天然石料的替代品。另外,还可在地基填充施工中替代新拌混凝土使用。

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