钢渣粉作混凝土掺合料的研究

钢渣粉作混凝土掺合料的研究中国混凝土网[2005-4-1]网络硬盘我要建站博客常用搜索摘要研究了转炉钢渣粉和电炉渣粉、钢渣和高炉矿渣双掺粉的活性及渣粉掺量与混凝土性能的关系。钢渣粉的比表面积增大，其渣粉活性提高。钢渣粉可作为混凝土掺合料。钢渣粉与矿渣粉复合使用，效果更好，活性指数可达S95等级要求。因此钢渣粉和矿渣粉复合使用是钢渣高价值利用的最佳途径。关健词:钢渣粉混凝土掺合料1引言中国每年排出钢渣量约1900万吨，有效利用率约为50%1982年中国推出了钢渣矿渣水泥品种，生产使用至今己有近三十年历史。尔后，作者重点研究了钢渣和矿渣的机械激发活性的机理，并用于生产。1999年在北京召开的冶金渣处理利用国际研讨会上，笔者发表了高标号钢渣水泥和钢渣粉、矿渣粉作水泥和混凝土掺合料的技术报告，并提出这是钢渣高价值利用的发展方向。近两年来对国内外20余个钢铁厂的钢铁渣进行了成分、活性及作水泥、混凝土掺合料的试验研究。为钢铁企业建设渣粉厂提供技术依据。这对实现钢铁企业钢渣零排放、促进企业可持续发展、保护环境、为建筑工程提供优质建材都有一定意义。2试验原材料及方法2.1钢渣2.1.1钢渣的化学成分采用荷兰菲利浦PW1400X-荧光光谱分析测定试验用钢渣的化学成分，结果见表1。表1钢渣的化学成分种类SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3FeOMnOTiO2P2O5K2ONa02转炉渣11.032.7846.898.9713.829.840.430.821.290.07--电炉渣16.172.7535.736.458.4223.623.910.551.100.030.01转炉钢渣碱度B=CaO/(SiO2+P205)=3.81，属高碱度钢渣。2.1.2钢渣的矿物组成钢渣的矿物组成与其碱度Ca0/(Si02+P205)有关。电炉钢渣的B=CaO/(SiO2+P205)=2.07，属中碱度钢渣。在冶炼过程中，碱度逐渐提高，则依次发生下列取代反应:CaO+RO+SiO2→CaO.R0.SiO22(CaO.R0.SiO2)→3CaO.R0.2SiO2+R03CaO.R0.2SiO2+CaO→2CaO.Si02+RO2CaO.Si02+CaO→3CaO.Si02式中RO代表二价金属(一般为Mg+2、Fe+2、Mn+2)氧化物的连续固熔体。钢渣中含有硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)，高碱度转炉钢渣中其两者含量在50%以上，中、低碱度的钢渣中主要为C2S，电炉钢渣中硅酸盐矿物含量略低。钢渣的生成温度为1560℃以上，而硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1400℃左右。钢渣中的生成温度高，其结晶致密，晶粒较大，水化速度缓慢。因此将钢渣又称为过烧硅酸盐水泥熟料。2.2粒化高炉矿渣粉粒化高炉矿渣的化学成分见表2,表2矿渣的化学成分%SiO2TiO2AlO2Fe2O3MnOCaOMgOK2ONa0233.251.6214.361.730.4135.8510.670.80/CaO+MgO+Al2O3高炉矿渣的质量系数K=-----------------------=1.73Si02+MnO+TiO22.3试验用强度等级为52.5硅酸盐水泥，性能见表3.表3水泥性能比表面积m2/kg凝结时间h:min安定性扰折强度MPa抗压强度MPa初凝终凝3d7d28d3d7d28d3002:083:46合格6.47.68.929.041.255.82.4骨料细骨料为北京龙凤山中砂，细度模数为2.85，含泥1.0%，表观密度2.62g/cm3堆积密度为1555kg/m3粗骨用河北沙河碎石，粒径为5~20mm，含泥量0.3%，针片状含量4.8%，表现密度2.75g/cm3，堆积密度1464kg/m32.5外加剂采用JG-2高效减水剂，减水率在20%以上。(1)渣粉比表面积按GB/T8074进行。(2)渣粉的活性指数及流动度按GB/T18046-2000进行。(3)混凝土的强度和坍落度按GBJ81及GBJ80进行。3试验结果与分析3.1不同比表面积钢渣粉的活性指数为了测定钢渣粉的活性，参照GB/T18046的方法，分别作了比表面积为358.452.556.631m2/kg电炉钢渣粉和比表面为356.456,558,654m2/kg转炉的钢渣粉的活性指数试验(ISO法)，结果列于表4表4钢渣粉活性指数样品名称比表面积m2/kg抗压强度MPa活性指数级别7d28d7d28d对比样30041.255.8100100--电炉钢渣35823.439.75771--电炉钢渣45224.942.66076S75电炉钢渣55625.143.56078S75电炉钢渣63125.248.76187S75转炉钢渣35628.642.77077S75转炉钢渣45628.743.87078S75转炉钢渣55829.245.97182S75转炉钢渣65430.149.17388S75从表4试验结果可以看出:纯钢渣粉的活性指数比较低。随着钢渣粉与表面积的增大，活性指数提高。转炉钢渣粉比电炉钢渣粉的活性高。电炉钢渣粉比表面为358M2/kg时，达不到GB/T18046的技术要求，比表面积大于452M2/kg时，可达到S75级别指标。转炉钢渣粉比表面积在356M2/kg以上，均可达到S75级别指标。3.2不同比表面积钢渣粉的流动度流动度比是试验样品的流动度和对比样品的流动度之比。试验结果列于表5。表5钢渣粉的流动度比样品名称对比样电炉钢渣转炉钢渣比表面积m2/kg300358452556631356456558654流动度mm180182185189189180184184187流动度比%100101103105105100102102104从表5试验结果可知，钢渣粉具有良好的流动度，随着渣细度大，流动度值增大。3.3钢渣粉推f与混凝性能的关系钢渣粉取代部分水泥的混凝土性能试验结果见表6表6钢渣粉掺量与混凝土性能的关系渣粉品种电炉钢渣粉(452m2/kg)转炉钢渣粉(558m2/kg)渣粉取代量%010203040010203040抗压强度MPaR756.753.452.248.136.656.753.652.851.840.4R2868.668.761.458.845.668.668.963.461.156.1坍落度mm4.52.52.52.52.54.52.52.52.52.5注:每m3混凝土材料用量(kg):胶材总量400，水152，砂795，石子1053，JG-2减水剂1.0%，水胶比38%，砂率43%表6可知:钢渣粉取代水泥量为10%时，混凝土的7天强度降低、28天强度提高。渣粉取代量为20%-40%,随着掺量的增加，混凝土强度随之降低。混凝土的坍落度没有改善。3.4钢泣和矿泣双扮粉的活性指致和流动度目前我国钢渣和高炉矿渣的产量比约为3:7.钢渣和矿渣双掺粉中两者质量比按此比例设计。双掺渣粉活性指数和流动度比试验结果列于表7表7双掺渣粉活性指数和流动度比样品名称抗压强度MPa活性指数%流动度mm流动度比%级别7d28d7d28d对比样41.255.8100100106100---电炉钢渣31.753.17995120113S95转炉钢渣33.058.080104113107S95注:钢渣粉与矿渣粉的比表面积均为465m2/kg从表7可知:30%的钢渣粉与70%的矿渣粉复合，其活性指数可达S95等级，且流动度良好。3.5钢渣和矿渣双掺粉与混凝土性能的关系钢渣粉与矿渣粉的质量比为3:7，分别取代水泥量的10%,20%,30%,40%,进行混凝土性能试验，混凝土配合比与表6相同，结果列于表8表8双掺粉(465m2/kg)的掺量与混凝土性能的关系渣粉取代水泥量%010203040抗压强度MPaR756.755.054.452.748.6R2868.669.768.967.263.3坍落度mm4.56.012.013.015.0从表8试验结果可知:钢渣与矿渣双掺粉取代水泥量为10%~20%时，混凝土的强度提高，取代量大于加20%，强度下降。掺入渣粉后7天强度均降低。双掺渣粉取代水泥量的10%~30%与不掺渣粉相同均可配制C60的混凝土。双掺渣粉混凝土的坍落度增大。4结论(1)钢渣中含有硅酸二钙(C2S),具有一定水硬活性。钢渣粉的比表面积在452m2/kg以上时.按GB/T18064的方法测定，可达到S75等级技术指标。(2)钢渣粉可作混凝土掺合料使用。胶材总量为400kg/m3,钢渣粉等量取代10%水泥与不掺渣粉相同，也可配制C60的混凝土。取代量为20%~40%,混凝土强度下降。钢渣粉对混凝土的坍落度影响不大。(3)钢渣粉与矿渣粉按质量比3:7制成双掺渣粉，比表面积为465m2/kg，可达到S95等级技术指标。(4)胶材总量为400kg/m3，双掺渣粉等量取代水泥10%和20%,混凝土28天强度提高。取代量为30%,28天强度略降低。取代水泥量10%~20%，与不掺渣粉相同，也可配制C60的混凝土。双掺渣粉可增大混凝土的坍落度。(5)钢渣粉与矿渣粉复合制成双掺粉，等量取代水泥，可提高混凝土28天强度，改善流动度，是钢铁渣高价值利用的重要途径。参考文献1朱桂林孙树杉，中国钢铁渣利用的现状和发展方向，冶金渣处理与利用国际研讨会论文集，中国金属学会，1999.11,P9-142朱桂林等，利用钢渣制造水泥的研究，地球环境与钢铁工业国际研讨会论文集，中国金属学会，1998.4.P264-268.3朱桂林孙树杉，炼钢炉渣在建筑材料工业中应用，台湾工业废弃物资源比技术国际研讨会文集，1999.4，第四分册P1-144朱桂林等，钢渣道路水泥，中国科学技术协会第二届青年学会会议论文集，中国技出版社，1995.6,P397-4025朱桂林孙树杉赵群，冶金渣资源化利用的现状和发展趋势,2001年冶金能源环保技术会议文集，中国金属学会，2001.6.P234-246原作者：朱桂林孙树杉来源：冶金建筑研究总院