钢渣—矿渣复掺作水泥混合材的试验研究
水泥 胡玉芬 2014-03-27
当前国内面临钢渣积存难以利用的难题，为此广大科研工作者围绕钢渣安定性、活性等开展了大量的工作，研究认为可以通过物理激发剂化学激发的方式，来解决掺钢渣水泥早期强度低、安定性差以及钢渣掺量低的问题。钢渣粉与矿渣粉复掺有相互活化的效果，故进行了钢渣—矿渣复掺粉做水泥混合材的试验，采用激发剂激发钢渣粉的活性，提高钢清的复掺比例，为钢渣应川提供有益的参考。
1 试验
1．1原材料
钢渣粉采用济钢热闷工艺生产的钢渣经过粉磨而成；矿渣粉为济南鲁新新型建材公司生产的高炉水淬矿渣粉；熟料和石膏为淄博岭子山水水泥厂生产；激发剂采用碱性复配助磨剂FHF，先在钢渣粉中掺加，再与矿渣粉复掺。原材料的化学成分和物理性能见表1。
表1 钢渣粉和矿渣粉的化学成分及物理性能
1．2试验方法
水泥熟料和二水石膏分别粉磨待用，钢渣—矿渣复掺粉作为混合材，按照设计的配比混匀制成水泥，然后测定水泥的强度及其它性能指标，其中胶砂强度按GB／Tl7671-1999《水泥胶砂强度检验力法(ISO法)》进行检测。标准稠度用水量、凝结时间、安定性按GB/Tl346- 2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行检测，比表面积按GB／T80742008《水泥比表面积测定方法勃氏法》进行检测。SEM测试和XRD测试分别采用日立S-2500型扫描电镜和D8 ADVANCE型X射线衍射仪进行。
1．3水泥配比
S1为P·I42．5级水泥，是对比样；S2、S3和S4为钢渣一矿渣复掺粉配制的水泥，其巾，复掺粉掺量分别为30％、50％和80％，钢渣粉与矿渣粉的比例均为l：2，，其中，S3和S4中加入了激发剂。水泥配比见表2。
表2 水泥配比 ％
1．4结果分析
水泥强度见表3。由表3可见，掺加钢渣—矿渣复掺粉的水泥，除S4的3d抗压强度外，均能达到P·042．5级水泥强度等级要求。
表3 水泥的强度 MPa
水泥的物理化学性能见表4。由表4可见，Sl～S4的S03含量均低于3．5％，比表面积均大于350m2/kg。随着复掺粉掺量的增加，S2-S4凝结时间不断延长。所有水泥的安定性均合格。掺钢渣—矿渣复掺粉的水泥的各项物理化学性能指标均能达到P·042.5级水泥标准。
表4 水泥的物理化学性能指标
2 钢渣一矿渣复掺粉水化机理分析
各试样的SEM照片及XRDl图谱分别见图l～图4。
图1 矿渣粉的SEM照片
由图l可见，矿渣粉微粒带有棱角，形状小规则，级配中大颗粒(10μm左右)和小颗粒(3μm以下)较多，中间颗粒较少。由图2可见，钢渣粉微粒较为圆滑，呈球形，级配中大颗粒在4-5μm左右，4μm以下中间颗粒分布比较均匀。当复掺粉中钢渣和矿渣粉比例为l：2时，钢渣粉可以填补矿渣粉颗粒级配中断档的粒径范围，从而提高复掺粉颗粒级配的连续性，有助于强度的形成。
图2 钢渣粉的SEM照片
图3 钢渣粉的XRD图谱
图4 加入激发剂的钢渣一矿渣复掺粉水化SEM照片
电图3可见，钢渣粉主要以C3S、C2S、C4AF和C3A为主，其余为Ca(OH)2、水化铝酸钙、羟钙石、方镁石和赤铁矿，以及少量磁铁矿、黄长石和石英。
由图4可见，复掺粉经激发剂激发后，水化3d时水化产物中C-S-H凝胶和Ca(OH) 2分布均匀，产物之间搭接紧密，形成了很好的水化结构。这是因为钢渣具备定的水硬性，可以发生水化反应，激发剂的加入，提供了钢渣水化需要的碱性环境，使得钢渣表面的水化产物快速溶解，从而促进钢渣内部的进一步水化，钢渣和矿渣复掺以后，钢渣的水化反应给矿渣的水化反应提供了反应相，又可以促进矿渣的水化，从而形成了连锁激发过程。
3 结论
1)将钢渣粉与矿渣粉按l：2比例复掺后以30％、50％和80％的掺量掺入水泥中，配制的水泥各项性能指标满足GBl75--2007的技术要求，强度等级不低于P·042．5级，降低了熟料掺量和水泥生产成本。
2)钢渣具有一定的水化活性，钏渣的水化可以激发并促进矿渣的水化反应。钢渣水化产物中含有大量钙矾石钊状晶体、C-S-H凝胶、Ca(OH)2。水化产物中的Ca(OH) 2又可以作为矿渣二次火山灰反应的反应相。
3)激发剂的掺入，激发了钢渣的活性，而钢渣的水化又能激发和促进矿渣的水化，形成了连锁激发效应。
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