钢渣粉和矿渣复合对混凝土强度的影响

2016届毕业论文钢渣粉与矿渣复合对混凝土强度的影响院、部：材料与化学工程学院学生姓名：李佳指导教师：刘伟辉职称研究员专业：无机非金属材料工程班级：材本1201班完成时间：2016年5月摘要在钢铁的生产过程中产生了大量的冶金废弃物钢渣和矿渣，对它们两者的利用尤其是对钢渣的利用现已成为热点问题，废弃物的利用直接关系到我国循环经济水平与环境保护事业。通过分析钢渣和矿渣的化学物理性质与综合利用情况，结合对钢渣矿渣复合微粉特性与应用的研究。本文采用钢渣矿渣复合微粉（钢渣：矿渣为3:2）替代的水泥进行在混凝土中的抗压强度实验，均能达到设计强度的要求。本文在实验研究的基础上，采用掺量为30%，40%，50%，60%，70%，80%的复合微粉去取代混凝土中的水泥，配制C30的混凝土，进行工业应用的实验。实验表明：钢渣和矿渣复合微粉替代部分水泥配制C30混凝土，掺量为30%，40%，50%，60%。70%的复合微粉在规定坍落度条件下混凝土的强度能够满足工程施工的要求。掺量为80%的复合微粉未能达到强度的要求。关键词：钢渣；矿渣；钢渣矿渣复合微粉；混凝土强度ABSTRACTGeneratedinthesteelproductionprocessalargeamountofwasteslagandsteelmetallurgy,theuseofbothofthem,especiallyonsteelusehasbecomeahotissue,theuseofwastedirectlyrelatedtothelevelofrecyclingeconomyandenvironmentalprotection.Byanalyzingthechemicalandphysicalpropertiesoftheslagandsteelutilization,combinedwithresearchonsteelslagcompositepowdercharacteristicsandapplications.Inthispaper,ironslagcompositepowder(slag:slag3:2)replacecementinconcretecompressivestrengthconductedexperimentscanreachthedesignstrengthrequirements.Basedontheexperimentalstudyontheuseofcontentis30%,40%,50%,60%,70%,80%compoundpowdertoreplacecementinconcrete,thepreparationofC30concrete,experimentalindustrialapplications.Experimentsshowthat:slagandsteelcompositepowderformulatedtoreplacepartofthecementconcreteC30,contentof30%,40%,50%,60%.70%ofthecompositepowderunderslumpconditionsprescribedstrengthofconcretetomeettheconstructionrequirements.Contentofthecompositepowderof80%failedtomeetthestrengthrequirements.Keywords:ironslag;powdersteelslag;slagconcrete;strengthcomposite目录1绪论.............................................................11.1研究的目的与意义............................................21.1.1目的.................................................21.1.2意义.................................................21.2背景........................................................21.3主要研究内容................................................31.4技术路线....................................................42钢渣和矿渣复合微粉的相关研究.....................................52.1钢渣的化学组成及用途........................................52.1.1钢渣的化学成分.......................................52.1.2主要用途.............................................52.2矿渣的化学组成和用途........................................62.2.1矿渣的化学成分.......................................62.2.2主要用途.............................................62.3钢渣的机械激发及钢渣矿渣复合微粉的应用......................62.3.1钢渣激发方式.........................................62.3.3钢渣与矿渣复合粉的应用...............................73钢渣粉和矿渣复合对混凝土的影响实验...............................93.1原材料......................................................93.1.1钢渣.................................................93.1.2矿渣.................................................93.1.3水泥.................................................93.1.4石子.................................................93.1.5砂子................................................103.1.6减水剂..............................................103.2实验方法和步骤.............................................103.2.1砂的主要实验........................................103.2.2石子的实验..........................................123.2.3混凝土实验室拌合方法................................133.2.4混凝土配合比的试配与确定............................133.2.5混凝土抗压强度试验..................................143.3钢渣粉和矿渣制作C30混凝土配合比设计.......................153.4实验数据的处理.............................................184结论............................................................19参考文献...........................................................20致谢.............................................................2111绪论中国上世纪五六十年代起一直致力于钢铁的生产，钢铁曾在中国一度被抬高到比GDP还神圣的位置，钢铁产量是中国最重要的经济指标。事实上，当时国际间在衡量一个国家工业化程度时，也往往使用钢产量或者人均钢产量[1]。如今到2015年，中国的粗钢产量达到了8.04亿吨，占据全球产量的一半。2016年1月，中国粗钢产量分别达到了美国的9倍，欧盟28国的4.7倍。通常生产1t生铁就会产生大约为300kg的粒化高炉矿渣，生产1t粗钢就会产生大约为130kg钢渣。依照这样的计算，我国每年产生2.41亿吨矿渣和1.04亿吨钢渣。该怎么样利用好钢渣和矿渣这些冶金固体废弃物，是我国循环经济水平与环境保护事业的重要内容。据不完全统计，通常每生产1t的生铁将会有至少0.3t的矿渣排出。目前我国钢铁厂的年矿渣排放量超过2.41亿t。这些矿渣的排放与堆积，不但耗费了大量的人力、物力和财力，还占用大量的土地资源并且造成环境的污染与破坏，因钢渣是炼钢过程中的冶金废弃物，其排放量大约是钢产量的10%-15%，钢渣的堆放与闲置，不仅占用大量的土地资源，而且钢渣所含有的重金属离子和碱金属离子会渗透地表造成地下水的污染[2]。因此开展钢渣和矿渣的研究是非常有意义的。SiO2、Al2O3是矿渣中含量较高的活性成分，与水泥中C3S和C2S水化，而生成的Ca(OH)2的化学反应，形成火山灰效应，进一步的形成水化硅酸钙产物，填充在混凝土的孔隙之中，大幅度提高了水泥混凝土的密实度，并且将强度比较低的Ca(OH)2晶体转化成了强度比较高的水化硅酸钙凝胶，从而使混凝土的一系列性能得到了改善。现在矿渣微粉在我国己被广泛利用，主要是粉磨到一定的粒度，用于混凝土中来作为混凝土掺和料，替代部分水泥。钢渣现在仍然以回收其中的残钢为主，对钢渣尾渣的利用率依旧不高，约40%。钢渣可以在烧结配料、生产水泥、工程回填、道路路基等等方面被广泛应用。钢渣本身含有的C3S和C2S等活性矿物，但是矿物属于过烧硅酸盐材料[3]，早期水化比较缓慢，所有只起填充作用，后期则水化缓慢，会提高混凝土的后期强度。但是，钢渣在使用中，存在者引起后期水化膨胀难以控制等问题，再加上钢渣中f－CaO和MgO含量高，成分不稳定，成为现有的钢渣利用的技术瓶颈，所有增加了钢渣的利用难度。目前为止，国内积存的钢渣在1亿t以上，大量土地资源被占用，并且成为污染环境的一大公害。勿容置疑，当前钢渣微粉是钢渣高附加值利用的产业化的方向。钢渣微粉的使用，可以大幅度降低水泥和混凝土的生产成本，对水泥建材行业有明2显推动作用。现我国资源相对匮乏[4]，如果钢渣微粉能大量使用，可以降低水泥的用量，减少能源的消耗，推动水泥行业的前进并且节约资源和能源。同时，钢渣微粉的使用也会减少污染物的排放，还能够实现冶金行业大宗固体废弃物的高附加值利用，带来新的经济增长点。如何增加钢渣在混凝土中的掺加量是摆在固体废物资源化利用研究人员前面的重点研究课题。1.1研究的目的与意义1.1.1目的本文在于研究钢渣粉和矿渣复合对混凝土强度的影响，钢渣和矿渣两者为固体废物，钢渣与矿渣复合掺在混凝土中代替部分的水泥既可以节约资源变废为宝，减少污染物的排放，带来新的经济增长点，还有利于可持续发展[5]。1.1.2意义在自然生态环境中，资源具有不可再生性，因此是最为宝贵的。随着近些年来在钢铁产能世界范围内持续不断增加。原材料和燃料的供应日益的严重起来。国内外钢铁企业的竞争演变为对资源对产品质量的竞争。掌握了资源就意味着掌握了市场的主动权，资源问