改性材料和蒸压制度对冶金渣蒸压加气混凝土砌块性能的影响.pdf

全 国中文核心期刊 杆 癯 建魄 中 国 科 技 核 心 期 刊 改性材料和蒸压制度对冶金渣蒸压 加号混凝土砌块性雒的影响 王崇英 1 ， 焦惠毅 2 ， 蔡雪军 1 ( 1 中冶武汉冶金建筑 研究院有限公司， 湖北 武汉4 3 0 0 8 1 2 长春工程学院， 吉林 长春1 3 0 0 2 1 ) 摘要： 利用钢渣粉和矿渣粉为主要原料， 通过计量混合、 搅拌加热、 浇注发气、 静停预养、 切割、 蒸压养护、 陈化检验等工序处理 后可生产出冶金渣蒸压加气混凝土砌块。通过改性材料的引入和蒸压养护制度的改进， 可显著提高冶金渣蒸压加气砌块各项性能 指标。 关键词： 钢渣； 矿渣： 加气混凝土砌块； 改性材料； 蒸压； 抗压强度 中图分类号 ： T U 5 2 2 3 + 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 2 8 0 3 I mpac t of m o di fie d mat e r i al s an d a ut oc l av i ng s y s t e m o n t he pr o pe r t i e s o f m e t a l l u r g i c a l s l a g a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k WA NG C h o n g y i n g ， J I A0 Hu i y i ， C A I X u e j u n ( 1 Wu h a n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Me t a l l u r g i c a l C o n s t r u c t i o n ， M C C ， Wu h a n 4 3 0 0 8 1 ， H u b e i ， C h i n a ； 2Ch a ng e h u n I ns t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Ch a n g c h u n 1 3 0 0 21 ， J i l i n， Ch i n a ) 钢渣和矿渣是钢铁企业最主要的工业废渣。矿渣目 前已 经有多种用途， 利废率较高。 钢渣由于化学成分和矿物组成波 动较大、 水化慢、 早期强度低、 稳定性差、 易磨性不高和全铁含 量较高等原因难以利用。 随着钢铁企业的迅猛发展， 钢渣数量 也逐年上升， 钢渣占用大量土地、 污染环境， 造成资源的浪费， 这也成为制约钢铁企业可持续性发展的重要因素。 笔者曾提出利用钢渣和矿渣生产冶金渣蒸压加气砌块的 新方法【 1 。本文的研究目的在于通过引入改性材料和改进蒸 压制度来解决原有技术难以解决的难题。 原有技术中， 蒸压强 度较低， 本研究通过引入改性材料， 大幅消除游离氧化钙、 氧 化镁等有害成分对冶金渣蒸压加气砌块的影响，使砌块蒸压 强度提高。 此外， 原配方中选用钢渣和矿渣均来自湘潭钢铁公 司， 本研究选用的钢渣和矿渣均来自新余钢铁公司， 每个钢铁 企业的钢渣、 矿渣成分不同， 因此适宜的蒸压养护条件也不尽 相同。 本研究通过对蒸压养护制度的改进， 使冶金渣蒸压加气 混凝土砌块的各项性能显著提高。 收稿 日期： 2 0 1 1 - 0 8 0 3 作 者简介： 王崇英 ， 男 ， 1 9 8 3年生 ， 陕西乾县人， 工程师 ， 主要从事冶金 渣 技 术开 发与 应用 研究 。地 址 ： 武 汉市 青 山区和 平 大道 1 2 5 6号 ， Ema i l ： 2 5 4 47 5 47 4q q c o m。 2 8 新型建筑材料 2 0 1 2 2 1 试验 1 1 原材料 钢渣粉： 新余钢铁集团有限公司转炉热焖钢渣粉， 比表面 积3 5 0 m 2 k g ， 磁性铁( M F e ) 含量 1 8 ， 化学成分见表 1 。 矿渣粉： 新余钢铁集团有限公司高炉水淬矿渣粉， 比表面 积4 2 0 m 2 k g ， 质量系数K = 2 1 ， 碱性系数M o ： 1 0 5 ， 是一种活性 较好的碱性矿渣， 化学成分见表 1 。 表 1 钢渣粉和矿渣粉的化学成分 项 目 S i O 2 F e 2 O 3 A 1 2 03 C a O Mg O Mn O F e O P 2 0 5 f - C a O T i O 2 钢渣粉1 4 4 9 5 6 9 3 7 7 5 6 3 8 8 5 1 3 4 9 矿渣粉 2 9 9 2 5 1 6 1 3 8 1 1 0 2 0 3 0 3 水泥熟料： 武汉市鑫凌云水泥厂粒状旋窑熟料， 经球磨机 粉磨成熟料粉， 比表面积 3 5 0 m 2 k g ， 1 d 抗折和抗压强度分别 为2 2 、 1 2 9 M P a ， 3 d 抗折和抗压强度分别5 8 、 2 5 1 M P a ， 2 8 d 抗折和抗压强度分别为6 9 、 5 5 6 M P a 。 石膏： 武钢电厂二水脱硫石膏， 粉状， 技术性能符合G B T 5 4 8 3 -2 0 0 8 饫 然石膏 G类二级标准要求。 改性材料M： 自配， 粉状， 由多种无机和有机材料组成。 发气剂： 活性铝粉( 活性铝9 8 以上) ， 市售。 外加剂： 自配， 粉状， 由多种无机和有机类物质组成。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王崇英， 等： 改性材料和蒸压制度对 台 金渣蒸压加气混凝土砌块性能的影响 1 2 试验 方 法 以钢渣粉和矿渣粉为主要原材料， 加入一定量的水泥熟 料、 脱硫石膏、 改性材料、 水和外加剂等辅助材料， 经计量、 搅 拌、 加热、 发气( 掺入发气剂) 、 预养、 切割、 蒸压养护和陈化 等工序处理后生产出冶金渣蒸压加气砌块。 具体试验程序如 下： ( 1 ) 计量混合。将钢渣粉、 矿渣粉、 水泥熟料、 脱硫石膏、 改性材料、 水和外加剂分别计量后加入搅拌机搅拌至一定稠 度的料浆。 ( 2 ) 搅拌加热。将制各好的料浆加热到合适的发气温度 ( 5 0 5 5 ) 后， 加入适量的发气剂， 并进行高速搅拌。 ( 3 ) 浇注发气。搅拌均匀的浆体迅速浇注至模具内， 待模 具内的浆体充分发气后， 将模具放至适宜温度的蒸汽养护箱 进行预养。 ( 4 ) 静停预养。送至蒸汽养护箱的浆体经3 h 预养。 ( 5 ) 切割。当预养后的坯体具有一定的初始强度时， 用细 钢丝对坯体进行切割。 ( 6 ) 蒸压养护。拆模后将切割好的坯体送至蒸压釜中按 照规定的蒸压制度进行蒸压养护。 ( 7 ) 陈化检验。蒸压养护结束后砌体出釜， 在自 然条件下 陈化3 7 d即可进行有关指标的测试与分析。 2 冶金渣蒸压加气砌块的试验研究 2 1 试验配方的设计 以新钢钢渣粉和矿渣粉为主要原料， 进行正交试验， 确定 本次试验的基础配比( 见表2 ) 。从最大化利用钢渣和提高产 品质量两方面综合考虑，本次试验钢渣掺量确定为4 0 ， 以 改性材料替代矿渣进行混凝土蒸压加气砌块试验， 比较改性 材料不同掺量对混凝土蒸压加气砌块的改性效果。本次试验 蒸压条件采用文献【 1 1 中确定的0 8 M P a 、 3 h ， 蒸压过程中升温 速率4 0 l 、 降温速率6 0 h 。具体试验配比见表2 。 表 2 冶金渣蒸压加气砌块试验配合 比设计 2 2 改性材料对冶金渣蒸压加气砌块性能的影响 ( 见表3 ) 表 3 改性材料对冶金渣蒸压加气砌块性能的影响 注 ： A 一8 O、 1 6 h蒸养， B 一 8 O、 3 h蒸养+ O 8 MP a 、 3 h蒸压 。 从表3 的试验结果可看出： ( 1 ) 随着改性材料掺量的逐步提高， 试件的蒸养抗压强度 ( 8 0 、 1 6 h ) 逐渐降低。 说明改性材料对试件的蒸养强度正向 影响不大， 蒸养强度随着矿渣掺量的降低而降低。 ( 2 ) 随着改性材料掺量的逐步提高， 改性材料掺量小于 1 0 时， 试件的蒸压强度逐步提高； 改性材掺量大于 1 0 时， 试件蒸压强度逐步降低。 ( 3 ) 随着改性材料掺量的逐步提高， 试件蒸养条件下的干 燥收缩值小幅下降， 干燥收缩值仍较大， 不能满足使用要求； 试件蒸压条件下的干燥收缩值逐步下降， 干燥收缩值小， 能满 足建筑使用要求。 通过对试验结论的分析和论证可知，对冶金渣蒸压加气 砌块的抗压强度产生影响的因素主要有： ( 1 ) 蒸养条件下， 钢渣在石膏和外加剂的激发作用下生成 少量的水化硅酸钙和钙矾石， 该反应使制品强度提高。 ( 2 ) 蒸养条件下， 矿渣中的潜在活性组分在外加剂的激发 作用和碱性条件( 钢渣溶于水后水解出O H - ) 下与溶液中的氢 氧化钙反应生成水化硅酸钙， 该反应也使制品强度提高。 ( 3 ) 蒸压条件下， 钢渣和矿渣中已经反应生成的水化硅酸 钙、钙矾石等矿物及未反应完全的组分将继续发生水热反应 生成托贝莫来石、 水化硅酸钙、 水石榴石、 硬硅钙石、 C 2 s H( A ) 等水化物。 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL S 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王崇英， 等： 改性材料和蒸压制度对冶金渣蒸压加气混凝土砌块性能的影响 ( 4 ) 蒸压条件下， 矿渣玻璃相中的A l 2 0 与钢渣_中的游离 氧化钙、 氧化镁反应生成水石榴石。此外， 改性材料还能直接 与钢渣中的游离氧化钙、氧化镁反应生产水化硅酸钙等水化 产物。 ， 当制品中没有掺入改性材料时， 制品在蒸养条件下主要 进行( 1 ) 、 ( 2 ) 两种反应， 制品强度较高； 制品在蒸压条件下 随着( 3 ) 、 ( 4 ) 反应的持续进行， 水化产物中水石榴石数量逐 渐增多， 由于水石榴石胶结能力极差， 因此会造成制品强度 下降。 当制品掺入改性材料后， 在蒸压条件下， 改性材料中的活 性组分逐渐与水化产物水石榴石发生水热反应，生成水化硅 酸钙和托贝莫来石等强度高、 稳定性好的矿物， 随着改性材料 掺量的逐渐增加制品强度提高。当改性材料掺量的增加超过 一 定限度时， 随着矿渣掺量的相应减小， 没有足够的矿渣提供 活性组分时， 制品强度会逐渐下降。 2 3 养护条件对冶金渣蒸压加气砌块性能的影响 综合比较上述各试验配比的试验结果可知，改性材料掺 量在 1 0 时对冶金渣蒸压加气砌块各项性能的改善效果最 好， 因此选择6 号配比进行养护条件对砌块性能的影响试验， 结果见表 4 。 表 4 养护条件 对冶金渣蒸压加气砌块性能 的影响 由表4 可知， 蒸养条件下， 试件抗压强度高、 干燥收缩值 大、 抗冻性较好； 蒸压条件下， 试件抗压强度随着蒸汽压力的 提高逐步提高、 干燥收缩值小、 抗冻性好。对比蒸养条件与蒸 压条件对冶金渣蒸压加气砌块性能的影响可看出： 蒸压强度 高于蒸养强度， 蒸压后的干燥收缩值与蒸养后相比大幅降低， 蒸压后抗冻性指标得到改善。 试件经0 8 M P a 、 5 h 蒸压养护后蒸压强度与1 0 M P a 、 5 h 和 1 2 M P a 、 5 h 蒸压养护后的蒸压强度、 干燥收缩值和抗冻性 3 0 新型建筑材料 2 0 1 2 2 等指标相差不大， 说明0 8 M P a 、 5 h的蒸压条件下6 号配比制 成的试件， 材料内部的游离氧化钙、 氧化镁造成的体积膨胀得 到控制， 不会对制品的抗压强度、 干燥收缩值和抗冻性等性能 指标产生危害。 因此， 我们确定 6 号配比最适宜的蒸压条件为 0 8 MP a 、 5h。 本研究中通过引入改性材料和改进蒸压养护条件，大幅 度提高了冶金渣蒸压加气砌块的蒸压强度，同时使制品的干 燥收缩值和抗冻性指标得到改善。 根据上述试验结果， 我们研 制出不同密度等级的冶金渣蒸压加气混凝土砌块，其性能指 标见表 5 。 表 5 不同密度 等级 冶金 渣蒸压加气混凝土砌块 的性能 项目 鬻 焉 3 结语 ( 1 ) 在冶金渣蒸压加气砌块中掺入改性材料， 可以改善蒸 压制品的胶凝性，使水化产物中的水石榴石转化成托贝莫来 石、 水化硅酸钙、 硬硅钙石等强度高、 稳定性好的矿物组分； 改 性材料还可直接与钢渣中的游离氧化钙、氧化镁反应生成水 化硅酸钙等矿物组分， 因此， 改性材料的掺入大幅度提高了冶 金渣蒸压加气砌块的蒸压抗压强度， 同时使制品的干燥收缩 和抗冻性得到改善。 ( 2 ) 本研究中经过试验确定了最佳配比和最适宜的蒸压 制度， 使制品蒸压强度、 干燥收缩值和抗冻性等指标得到进一 步改善。 ( 3 ) 本研究大量利用了钢渣、 矿渣和脱硫石膏等工业废 渣， 利用率不低于8 5 。 此外， 本产品还可选用钢铁企业的钢 渣水洗球磨沉淀泥作为生产原料取代部分钢渣。所研制产品 质量符合工业与民用建筑使用要求，适用于全国各大钢铁企 业的冶金渣综合利用， 是一个节能利废的好产品。 参考文献： 1 蔡雪 军， 王崇英 ， 戴 少安 ， 等 冶金渣 蒸压加气砌块 的研制 【 J 1 新 型 建筑材料， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 4 6 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m