矿渣在水泥生产中的应用

矿渣在水泥中的应用08030241刘翠侠2目录矿渣粉研究分析..............................................................................3矿渣水泥活性研究..........................................................................6不同矿渣水泥水化情况的微观分析...........................................11磨细矿渣对水泥基材料热膨胀性能影响的研究.......................14粉煤灰及矿渣对硬化水泥石干缩变形的影响...........................17矿渣细度与掺量对水泥性能的影响...........................................22矿渣粉颗粒群参数对矿渣活性和混合水泥性能的影响...........25矿渣掺量对水泥基材料抗硫酸镁侵蚀性能影响的研究...........33温度对矿渣水泥活性的影响.......................................................37大掺量矿渣硅酸盐水泥性能的改进及优化...............................40熟料和矿渣比表面积与水泥浆体流变性的线性关系...............44矿渣微粉对水泥砂浆泌水性能影响的研究...............................48高活性矿渣粉对矿渣水泥性能的效应.......................................53高掺量矿渣水泥的水化物相分析................................................59小结.................................................................................................673矿渣粉研究分析1定义：矿渣粉是粒化高炉矿渣粉的简称，是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料（焦炭）之外，为降低冶炼温度，还要加入适量的石灰石和白云石作助熔剂，他们在高炉内分解所得的氧化钙、氧化镁和铁矿石中的废矿，以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐和铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后粉磨所得的粉体材料，矿渣粉以无定形的玻璃体结构为主，含少量的结晶型矿物。因矿渣中玻璃体含量多，结构处在高能量状态，不稳定，潜在活性大，需磨细才能将其潜在活性发挥出来。它是一种优质的混凝土掺合料，由符合GB/T203标准的粒化高炉矿渣，经干燥、粉磨，达到相当细度且符合相当活性指数的粉体。2主要成分：不同钢铁厂的矿渣的化学成分差异很大，同一钢铁厂不同时期排放的矿渣有时也不一样，在应用矿渣时要按批次检测其化学成分的变化。矿渣中各氧化物对水泥质量的影响如下：（一）氧化钙氧化钙属碱性氧化物，是矿渣的主要成分，一般占40%左右，他在矿渣中化合成具有活性的矿物，如：硅酸二钙等。氧化钙是决定矿渣活性的主要因素，因此，其含量越高，矿渣活性越大。（二）氧化铝氧化铝属酸性氧化物，是矿渣中较好的活性成分，他在矿渣中形成铝酸盐或铝硅酸钙等矿物，有熔融状态经水淬后形成玻璃体。氧化铝含量一般为5%～15%，也有的高达30%；其含量越高，活性越大，越适合水泥使用。（三）氧化硅氧化硅微酸性氧化物，在矿渣中含量较高，一般为30%～40%。与氧化钙和氧化铝比较起来，它的含量是过多了，致使形成低活性的低钙矿物，甚至还有游离二氧化硅存在，使矿渣活性降低。（四）氧化镁氧化镁比氧化钙的活性要低，其含量一般波动在1%～18%，在矿渣中呈稳定的化合物或玻璃体，不会产生安定性不良的现象。氧化镁可以增加熔融矿物的流动性，有助于提高矿渣4粒化质量和提高矿渣活性。因此，一般将氧化镁看成是矿渣的活性组份。（五）氧化亚锰氧化亚锰对水泥的安定性无害，但对矿渣的活性有一定的影响。其含量一般应限制在1%～3%，如果超过4%～5%，矿渣活性明显下降。在锰铁粒化高炉矿渣中可以放宽到15%，这是因为锰铁矿渣中氧化铝的含量较高，而氧化硅含量较低。（六）硫矿渣中硫较多时，可使水泥强度损失较多；但硫化钙与水作用，生成氢氧化钙起碱性激发作用；氧化亚锰的存在不仅使硫化物形成有害的硫化锰，而且使硫化钙相应减少。（七）氧化钛矿渣中的钛以钛钙石存在，使矿渣活性下降。国家标准中规定矿渣中的二氧化钛含量不得超过10%。（八）氧化铁和氧化亚铁在正常冶炼时，矿渣中的氧化铁和氧化亚铁含量很少，一般为1%～3%，对矿渣的活性影响不大。3要求：按国标《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2000）规定，对矿渣粉有八项技术要求：密度、比表面积、活性指数、流动度比、含水量、三氧化硫含量、氯离子含量、烧失量。具体指标列于下表：4用途：炉矿渣微粉主要用途是在水泥中掺和以及在商品混凝土中添加，其利用方式各有5所不同，归结起来，主要表现为三种利用形式：外加剂形式、掺合料形式、主掺形式。矿渣微粉等量替代各种用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明显的改善混凝土和水泥制品的综合性能。5优点：矿渣微粉作为高性能混凝土的新型掺合料，具有改善混凝土各种性能的优点，具体表现为：1）.可以大幅度提高水泥混凝土的强度，能配制出超高强水泥混凝土；2）.可以有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高水泥混凝土的耐久性；3）.可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能，特别适用于抗海水工程；4）.可以显著减少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性；5）.可以显著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗渗性；6矿渣水泥活性研究张永娟,张雄(同济大学材料学院,上海200092)摘要:将矿渣、水泥粉磨成不同细度,以不同掺量、细度的矿粉与水泥相配伍,探讨其与矿渣水泥强度(以活性指数表示)的关系.研究表明,在矿渣低掺量(质量分数25%)时,矿渣水泥早期(7d)胶砂活性指数与矿渣水泥总体细度、水泥与矿渣的细度差均有关,即细度差愈大,总体细度愈粗,活性指数愈高;当矿渣掺量(质量分数)大于50%,细度差与早期活性有更大的关联性!细度差愈大,活性指数愈高.矿渣水泥后期(28d)胶砂活性则与矿渣水泥总体细度的关联性很大,细度愈细,活性愈高;而水泥与矿渣的细度愈接近,活性愈高.关键词:矿渣细度;水泥细度;配伍;胶砂活性指数1试验内容与结果1.1原材料及颗粒群分布测定试验所用矿渣取自上海宝山水泥联合公司,化学成分见表1.矿渣在实验室球磨机中粉磨成不同颗粒群分布的试样若干种.水泥取自江南水泥公司的普硅水泥,并经试验室粉磨加工.水泥、矿渣的激光粒度检测结果见表2.72结果分析与讨论2.1颗粒群分布与强度关系三维图分析以每一矿渣掺量作为一大系列.对每一系列,运用Origin分析软件,以水泥、矿粉相对位置为x轴(用所配矿渣水泥的水泥中位径减矿渣中位径D50-表示),矿渣与水泥混合样的中位径(用D50+表示)为y轴,以7d和28d抗压活性指数为z轴,分析矿渣水泥颗粒群分布与强度关系.结果见图1,2,3.由图1可见,在本研究粒度分布范围内,矿渣较水泥越细,且矿渣水泥总体细度越粗(实际上为水泥越粗,因矿渣掺量为25%,占少数),对矿渣水泥的7d活性指数的提高最为有利.7d抗压活性指数的最高区域在右上角,即细度差达10um左右,矿渣水泥总体细度的D50+=12~14um,即当水泥达正常细度(D50≈14um)时,矿渣需达到D50=3~4um的超细状态.此时,活性指数可达90%以上.水泥、矿渣在同样细度差的情况下(可理解为水泥、矿渣颗粒群分布相对距离一定的情况下),水泥较粗,有利于矿渣水泥活性的提高.因为水泥较粗时,本身早期活性较低,而此时矿渣如果很细,则当整个体系加水后,极细的矿渣颗粒能迅速吸收水泥水化体系释放的CH晶体,使其转变成强度和密实性更好的C-S-H凝胶和水化铝酸钙及水化碳酸钙.同时,由于CH的被吸收,使C3S,C2S的水化速度又得以加大.而当水泥也很细时,由于其本身强度很高,而矿渣水泥活性指数定义为矿渣水泥强度与纯水泥强度之比乘以100,故表现为活性较高区域出现在8本图右上角,而活性指数最低的区域则在左下角.说明矿渣相比水泥越粗(D50-值越小),矿渣水泥总体越细,对矿渣水泥活性指数的提高越不利.随矿渣掺量的增加,最佳区域逐渐移至整个右面区域,最低区域逐渐移至整个左面区域,即分布呈现从右向左的倾斜.说明矿渣掺量越高,水泥与矿渣细度差这一因素对早期活性的影响占主导地位这一特征越明显.由于矿渣颗粒坚硬,较难磨细,因此虽然它含有较多的玻璃体,但结构处于高能量状态,不稳定,潜在活性大.当它细度较水泥为粗时,其活性难以发挥,造成矿渣水泥早期活性指数偏低(传统矿渣水泥为矿渣与熟料共同粉磨,矿渣细度往往比水泥粗,这也是其早期活性偏低的原因);而当矿渣细度比水泥细时,则活性指数大大提高.故可以认为,超细矿粉之所以具有较高的活性,机理在于当矿渣颗粒粒径达到一定细度后,其潜在的活性得以充分发挥.从物理方面考虑,超细矿粉的掺入使整个矿渣+水泥+水'体系的颗粒分布加宽,细小的矿渣微粉充填于水泥石空隙之中,使其密实度提高.这也是提高矿渣水泥早期活性的原因之一.9对于28d活性指数与颗粒群分布的关系,由图1至图3可见,各掺量矿渣的矿渣水泥系列基本一致.总的来说,矿渣水泥总体细度愈细,活性指数愈高.这是由于矿渣所具有的后期活性高这一特点,使得矿渣细度较水泥为细这一影响早期活性的主要因素隐退.矿渣与水泥共同提高细度,可以使矿渣水泥的后期活性得以提高.另考察水泥与矿渣相对位置对28d活性的影响.活性最高区域在图下方细度差约为零的附近,且最低点也出现在水泥与矿渣细度差为零附近.可认为,影响矿渣水泥后期活性的主要因素为矿渣-水泥复合胶凝体系的总体细度,而水泥与矿渣的相对细度关系这一因素则相对减弱.当矿渣水泥总体细度增大时,水泥与矿渣的细度差愈大,即矿渣相对水泥很粗或很细.这些均不利于矿渣后期活性的发挥,说明此时水泥与矿渣的化学活性匹配凸现;而当矿渣水泥总体细度下降,水泥与矿渣的物理堆积效应逐渐显现,二者距离愈近,愈不利于粉体的紧密堆积,故而活性也相对略低.2.2矿渣水泥活性指数与影响因子的回归分析由三维分布图的分析结果,可以发现,影响矿渣水泥早期活性的主要因素是水泥与矿渣的相对位置,而影响后期活性的主要因素是水泥-矿渣复合胶凝体系的总体细度.现用线性回归分析法来证实上述定性结论.表4为50%,75%矿渣掺量系列的回归结果.表中结果表明:线性回归分析结果与Origin三维图基本一致,矿渣水泥的早期活性与水泥和矿渣相对位置(D50-)有较好的线性相关性,且为正关联,即矿渣相比水泥为细,差距愈大,矿渣水泥早期活性愈高;矿渣水泥的后期活性与总体细度(即D50+)有较好的线性相关性,且为负关联,即矿渣水泥总体愈细,后期活性愈高.3结论(1)在矿渣掺量较低时(25%),水泥与矿渣的相对位置、矿渣水泥总体细度对矿渣水泥的早期活10性均有影响.表现为矿渣相比水泥愈细,矿渣水泥总体细度愈粗,早期活性愈高.(2)当矿渣掺量大于50%时,水泥与矿渣的细度差愈大,早期活性愈高.(3)在各掺量矿渣下,矿渣水泥总体细度愈细,28d活性指数愈高.(4)综合考虑早期及后期活性,矿渣掺量大于50%时,水泥与矿渣的细度匹配使D50-0;矿渣水泥总体细度较小(即D50+10um)时,其早期、后期活性指数均超过90.11不同矿渣水泥水化情况的微观分析周胜波李庚飞(1.渭南师范学院化学化工系,陕西渭南714000;2.渭南师范学院环境与生命科学系,陕西渭南714000)摘要:对矿渣熟料水泥和矿渣石灰水泥水化过程进行了扫描电镜(SEM)分析。结果表明:在水化的早期,主要是熟料的水化,太钢矿渣粉也出现了水