鋼渣—礦渣復(fù)摻作水泥混合材的試驗(yàn)研究

　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)面臨鋼渣積存難以利用的難題，為此廣大科研工作者圍繞鋼渣安定性、活性等開展了大量的工作，研究認(rèn)為可以通過物理激發(fā)劑化學(xué)激發(fā)的方式，來解決摻鋼渣水泥早期強(qiáng)度低、安定性差以及鋼渣摻量低的問題。鋼渣粉與礦渣粉復(fù)摻有相互活化的效果，故進(jìn)行了鋼渣—礦渣復(fù)摻粉做水泥混合材的試驗(yàn)，采用激發(fā)劑激發(fā)鋼渣粉的活性，提高鋼清的復(fù)摻比例，為鋼渣應(yīng)川提供有益的參考。

　　1 試驗(yàn)

　　1．1原材料

　　鋼渣粉采用濟(jì)鋼熱悶工藝生產(chǎn)的鋼渣經(jīng)過粉磨而成；礦渣粉為濟(jì)南魯新新型建材公司生產(chǎn)的高爐水淬礦渣粉；熟料和石膏為淄博嶺子山水水泥廠生產(chǎn)；激發(fā)劑采用堿性復(fù)配助磨劑FHF，先在鋼渣粉中摻加，再與礦渣粉復(fù)摻。原材料的化學(xué)成分和物理性能見表1。

表1  鋼渣粉和礦渣粉的化學(xué)成分及物理性能

　　1．2試驗(yàn)方法

　　水泥熟料和二水石膏分別粉磨待用，鋼渣—礦渣復(fù)摻粉作為混合材，按照設(shè)計(jì)的配比混勻制成水泥，然后測(cè)定水泥的強(qiáng)度及其它性能指標(biāo)，其中膠砂強(qiáng)度按GB／Tl7671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)力法(ISO法)》進(jìn)行檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性按GB/Tl346- 2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測(cè)，比表面積按GB／T80742008《水泥比表面積測(cè)定方法勃氏法》進(jìn)行檢測(cè)。SEM測(cè)試和XRD測(cè)試分別采用日立S-2500型掃描電鏡和D8 ADVANCE型X射線衍射儀進(jìn)行。

　　1．3水泥配比

　　S1為P·I42．5級(jí)水泥，是對(duì)比樣；S2、S3和S4為鋼渣一礦渣復(fù)摻粉配制的水泥，其巾，復(fù)摻粉摻量分別為30％、50％和80％，鋼渣粉與礦渣粉的比例均為l：2，，其中，S3和S4中加入了激發(fā)劑。水泥配比見表2。

　　表2   水泥配比         ％

　　1．4結(jié)果分析

　　水泥強(qiáng)度見表3。由表3可見，摻加鋼渣—礦渣復(fù)摻粉的水泥，除S4的3d抗壓強(qiáng)度外，均能達(dá)到P·042．5級(jí)水泥強(qiáng)度等級(jí)要求。

　　表3  水泥的強(qiáng)度    MPa

　　水泥的物理化學(xué)性能見表4。由表4可見，Sl～S4的S03含量均低于3．5％，比表面積均大于350m2/kg。隨著復(fù)摻粉摻量的增加，S2-S4凝結(jié)時(shí)間不斷延長(zhǎng)。所有水泥的安定性均合格。摻鋼渣—礦渣復(fù)摻粉的水泥的各項(xiàng)物理化學(xué)性能指標(biāo)均能達(dá)到P·042.5級(jí)水泥標(biāo)準(zhǔn)。

　　表4      水泥的物理化學(xué)性能指標(biāo)

　　2  鋼渣一礦渣復(fù)摻粉水化機(jī)理分析

　　各試樣的SEM照片及XRDl圖譜分別見圖l～圖4。

圖1  礦渣粉的SEM照片

　　由圖l可見，礦渣粉微粒帶有棱角，形狀小規(guī)則，級(jí)配中大顆粒(10μm左右)和小顆粒(3μm以下)較多，中間顆粒較少。由圖2可見，鋼渣粉微粒較為圓滑，呈球形，級(jí)配中大顆粒在4-5μm左右，4μm以下中間顆粒分布比較均勻。當(dāng)復(fù)摻粉中鋼渣和礦渣粉比例為l：2時(shí)，鋼渣粉可以填補(bǔ)礦渣粉顆粒級(jí)配中斷檔的粒徑范圍，從而提高復(fù)摻粉顆粒級(jí)配的連續(xù)性，有助于強(qiáng)度的形成。

圖2    鋼渣粉的SEM照片

圖3  鋼渣粉的XRD圖譜

           圖4 加入激發(fā)劑的鋼渣一礦渣復(fù)摻粉水化SEM照片

　　電圖3可見，鋼渣粉主要以C3S、C2S、C4AF和C3A為主，其余為Ca(OH)2、水化鋁酸鈣、羥鈣石、方鎂石和赤鐵礦，以及少量磁鐵礦、黃長(zhǎng)石和石英。

　　由圖4可見，復(fù)摻粉經(jīng)激發(fā)劑激發(fā)后，水化3d時(shí)水化產(chǎn)物中C-S-H凝膠和Ca(OH) 2分布均勻，產(chǎn)物之間搭接緊密，形成了很好的水化結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)殇撛邆涠ǖ乃残?，可以發(fā)生水化反應(yīng)，激發(fā)劑的加入，提供了鋼渣水化需要的堿性環(huán)境，使得鋼渣表面的水化產(chǎn)物快速溶解，從而促進(jìn)鋼渣內(nèi)部的進(jìn)一步水化，鋼渣和礦渣復(fù)摻以后，鋼渣的水化反應(yīng)給礦渣的水化反應(yīng)提供了反應(yīng)相，又可以促進(jìn)礦渣的水化，從而形成了連鎖激發(fā)過程。

　　3  結(jié)論

　　1)將鋼渣粉與礦渣粉按l：2比例復(fù)摻后以30％、50％和80％的摻量摻入水泥中，配制的水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足GBl75--2007的技術(shù)要求，強(qiáng)度等級(jí)不低于P·042．5級(jí)，降低了熟料摻量和水泥生產(chǎn)成本。

　　2)鋼渣具有一定的水化活性，釧渣的水化可以激發(fā)并促進(jìn)礦渣的水化反應(yīng)。鋼渣水化產(chǎn)物中含有大量鈣礬石釗狀晶體、C-S-H凝膠、Ca(OH)2。水化產(chǎn)物中的Ca(OH) 2又可以作為礦渣二次火山灰反應(yīng)的反應(yīng)相。

　　3)激發(fā)劑的摻入，激發(fā)了鋼渣的活性，而鋼渣的水化又能激發(fā)和促進(jìn)礦渣的水化，形成了連鎖激發(fā)效應(yīng)。