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宝钢节能BSSF钢渣用作道路材料的应用研究
作者:365bet 发布时间:2019-12-09 12:51

  20世纪80年代,随着宝钢的正式投产,大量的固体废弃物也随之而来,当时对固废处置利用水平较低、技术落后,除了填埋,就只能把这些固废堆积起来,形成了宝钢的三座“大山”:水渣山、粉煤灰山、钢渣山。而后随着环境治理技术水平的提升,水渣山消失了,粉煤灰山消失了,唯独钢渣山依然“屹立不倒”,钢渣的处理成了钢铁厂的头等难题,无奈当时的信息技术比较落后,获取国外先进处理技术的渠道有限。所以,当时钢渣利用仅局限于填海填路,剩余的则大量堆积,影响了钢铁厂的正常运营,侵占浪费大量的土地资源。

  为了加快消除这座钢渣山,宝钢历时十余年研究开发了具有世界领先水平的冶金熔态渣处理技术——BSSF滚筒法渣处理技术,该技术将高温熔态冶金渣在一个转动的密闭容器中进行处理,在工艺介质和冷却水的共同作用下,高温渣被急速冷却和碎化,并被排出,且处理过程污水循环使用,蒸汽集中排放。

  宝钢节能BSSF滚筒法渣处理技术已在全国多个钢厂推广应用,其先进性体现在:流程短,炉渣处理时间短,生产效能高;渣钢分离良好,且处理后的钢渣粒度均匀,品质稳定;处理过程产生的蒸汽集中排放,改善了工作环境;通过除尘处理,有效改善了渣处理工艺对环境的污染。处理好的钢渣可实现渣不落地,直接进入高位料仓集中存放,提高工作效率。钢渣经过滚筒法处理以后,只需进行简单的磁选、筛分,就能成为绿色产品,其在胶凝性、稳定性、级配性、易磨性、高硬性等方面均具有优良性能,可用于制作钢渣复合料混凝土、钢渣集料透水混凝土、钢渣集料透水沥青混凝土、钢渣粉、人工鱼礁及胶结充填料、钢渣特种型砂等产品,解决了数千万吨钢渣尾渣有效利用问题。

  在欧美国家,钢渣的利用率均达到90%以上,其中用于道路工程达70%左右。可以说,钢渣的建材化利用需渣量最大,且没有二次污染,这是钢渣再生利用的最佳途径。在我国,钢渣在道路工程的应用上,主要是作为结构回填材料,偶尔会作为刚性道路的基层材料,并没有将其作为沥青混凝土的集料,而大规模应用在沥青路面的实践案例几乎为零。宝武集团环境资源科技有限公司(以下简称:宝武环科)在滚筒法处理后钢渣(以下简称“滚筒渣”)的综合利用上走在了行业前列,具有很强的示范效应,公司为了响应国家建设“海绵城市”的政策要求,提出要将钢渣骨料用于钢渣沥青道路工程。经过大量检测后发现,各项数据不仅完全满足沥青道路的国家标准要求,而且在透水、降噪等方面的性能明显优于普通沥青道路,这一喜人的结果得到了上海市政研究院、上海市建筑科学研究院等各方专家的一致好评。目前,钢渣骨料筑路已在厂区及市政道路中得到大面积利用。

  1)化学成分。滚筒渣的主要化学成分均为CaO、Fe2O3与SiO2,及一定数量的Al2O3、MgO与MnO,见表1。

  2)滚筒渣相关参数检测。经过参数比对,宝钢节能滚筒渣符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的规定,可替代砂石作为骨料。相关参数检测比对结果见表2。

  按《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的相关规定,拌制了AC-13C钢渣沥青混合料,并取样送检,结果如下。

  1)混合料密度。钢渣沥青混合料密度的检测结果如表3所示。因混合料中掺配了钢渣,其毛体积相对密度较传统沥青混合料稍有增大。

  2)混合料马歇尔稳定度。马歇尔稳定度是钢渣沥青混合料的基本性能之一。工程拌制的AC-13C钢渣沥青混合料的马歇尔稳定度检测结果如表4所示。结果显示,工程摊铺用的面层钢渣沥青混合料的马歇尔稳定MS=12.62kN,满足规范要求。

  3)混合料水稳性能。以浸水马歇尔稳定度评价钢渣沥青混合料的水稳性能,检测结果如表5所示。检测结果显示,钢渣沥青混合料AC-13C浸水48h后,其马歇尔试件稳定度MS1=11.48kN。因此,浸水马歇尔稳定度MS0=MS1/MS×100=91%,满足规范要求。

  4)混合料动稳定度。以车辙试验检测钢渣沥青混合料的动稳定度,结果如表6所示。钢渣沥青混合料的动稳定度远超规范要求,有助于提高路面的高温稳定性。

  从以上的数据可以看出,经稳定化处理的钢渣是一种优良的工程材料,可作为骨料替代天然砂石用于道路体系的建设。在道路体系包括沥青面层、水稳层、路基层及辅助道路设施(路面砖和路沿石)等的实际运用中,总体平均替代30%-40%砂石骨料,不仅提高了道路性能,而且有效增加了道路的耐久性,降低道路建设成本10%左右。

  钢渣骨料密度大、棱角多,可替代砂石应用于沥青路面,经过一定的配合比设计,可提高沥青路面的耐磨性;钢渣骨料应用于透水沥青路面,可提高路面的透水性、路面强度、抗车辙性能等;钢渣骨料应用于沥青拌合料铺筑路面层,具有强度高、防滑性好、耐磨性强、透水性佳、耐久性好、维护费用低等优点。

  通过对钢渣沥青混凝土路面的使用情况进行跟踪后发现,钢渣沥青混凝土路面的路用性能完全经受住了时间的考验,说明钢渣在沥青路面中具备适用性。2019年宝武环科在宝武集团厂区道路上推广滚筒法钢渣沥青的应用,总计近20万平方米:

  1)经五延路项目道路总长1.2km,路宽20m,铺设钢渣沥青(AC-13)4cm面层,钢渣沥青总摊铺量2454吨,其中钢渣骨料掺入量为30%;

  除宝钢内厂区道路的应用外,也有社会道路的应用案例。宝山区月罗路大修工程,道路结构为8cm的AC25下面层和4cm的AC13上面层,全部采用钢渣沥青,施工面积为320m²。

  目前宝钢节能和宝武环科宝钢建材联手与上海市政研究院、上海市建筑科学研究院、同济大学等各大科研院所合作,开展各项钢渣在沥青道路应用的科研项目研究,未来有望在社会公路大面积推广钢渣沥青道路的应用。

  3)钢渣表面粗糙,与沥青有良好的粘附性,使钢渣沥青混合料表现出很强的高温性能、抗水损性能和抗滑性能;

  5)汉堡车辙试验结果显示,钢渣沥青混合料具有很高的抗高温水损害和水损害发生后的抗破坏能力;

  6)通过间接拉伸疲劳试验结果表明,钢渣沥青混合料的疲劳寿命为相同级配玄武岩透水沥青混合料的1.2-1.3倍,疲劳寿命提高20%-30%;

  7)路面结构力学计算结果表明,钢渣透水沥青混合料具有更大的抗压模量,可以改善路面结构的总体变形,防止沉降、车辙等损坏,提高路面使用寿命;

  8)钢渣作为骨料替代天然砂石用于道路体系的建设,可降低道路建设成本10%左右。

  钢渣利用这条路,宝钢已经走了30多年。未来,随着可持续发展战略的实施和国民环保意识的增强,宝钢将继续立足自主开发创新,积极引进和吸收国外先进经验,在钢渣利用的道路上不断探索,早日实现钢渣综合利用率的大幅提升,让这座钢渣山彻底消失!

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