复合激发剂在矿渣-钢渣-粉煤灰三掺混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 0 年 第 2 期 (总 第2 4 4 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0l 0( To t a l NO 2 4 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CLE 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 2 0 2 3 复合激发剂在矿渣一 钢渣一 粉煤灰三掺混凝土中的 应用研究 黎载 波，赵旭光 ，赵三银 ，贺图升 ，林柏佳 ( 韶关学 院 化学与环境T 程学 院 ，广东 韶 关 5 1 2 0 0 5 ) 摘要 ： 采州 自制 的高效复 合激发剂 ， 研究 了其对矿渣一 钢渣 粉煤灰 = ： 掺混凝土工作性能和力学性能的影响。结 表明 ： 复合激 发剂 的 使 H， 埘新拌混 上的 1 作性 能没有不利影响 ； 复合激 发剂对设计等级为 C3 0混凝 土抗压强度提高 的效果 明显 ，Nx ,tC5 0混凝土 的作用 效果则有所减弱 其原 在于单f 体积混凝土 中高水泥含量时 ， 水泥对钢渣的水化存早期具有 定的抑制作用。 关键词 ： 激 发剂 ；钢渣 ；复 掺合料 ；混凝土 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 41 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 t 0) 0 2 0 0 8 1 0 3 Appl i c a t i on o f c om pos i t e ac t i va t or i n bl a s t f ur na c e s l a g， s t ee l sl a g an d f l y a s h c on c r e t e LI Za i - b o， ZHA0 Xu - gu a n g， ZHA0 sa n y i n， HE Tu s h e n g，L I N B a i 0 i a ( S c h o o l o f Ch e mi s t r y a n d En v i r o n me n t En g i n e e r i n g， S h a o g u a n Col l e g e ，S h a o g ua n 5 1 2 0 0 5， Ch i n a) Abs t r a c t ： A h i g h p e r f o r m a n c e c o mp o s i t e a c t i v a t o r wa s p r e p a r e d a n d i t s i n flu e n c e o n t h e wo r k a b i l i t y a n d m e c h a n i c a l p r o p e i e s o f b l a s t f ur n a c e s l a g， s t e e l s l a g a n d f l y a s h c o n c r e t e wa s s t u d i e d Re s u l t s s h o w t h a t t h e c o mp o s i t e a c t i v a t o r ha s n o n e g a t i v e e ffe c t o n t h e wo r k a b i l i t y o f fle s h c o n - c r e t e Th e i mp r o v e me n t o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h b y c o m p o s i t e a c t i v a t o r wa s s i g n i fi c a nt f o r C3 0 s t r e n g t h g r a d e c o n c r e t e a n d wa s l i m it e d for C5 0 s t r e n g t h gr a d e c o n c r e t e Th e r e a s o n wa s t h a t c e me n t h a s i n hi b i t o ry e f f e c t O il e a r l y s t a g e h y d r a t i o n o f s t e e l s l a g wi t h h i g h c o n t e n t c e m e n t i n u ni t v o l Um e c oncr et e Ke y w or ds ： a c t i v a t o r ； s t e e l s l a g； c o m p o s i t e a d m ixt u r e； c o n c r e t e 0 引 言 钢铁 r、 I I， 是旧家重要的 基础 产业之一 ， 据统 计 ， 2 0 0 8年我 粗钢产 ： 齄达 5 0 1 亿 t 。 然 ， 我闰钢铁T业取 得较 大发展 的 同时 ， 也仔在着严重的环境问题 其 中钢渣是钢 铁生产最 主要 的废料排放物之一 ， 按 每吨钢产渣 1 6 0 k g计 算 ， 2 0 0 8年我 国全 年铡渣排放量达 7 0 0 0余万 t 因此 ， 对钢渣开展减量化 、 资源化 和高价值综 合利用的研究 ， 对 于保护环境 ， 节 约资源 ， 实现 钢铁 T业 的口 持续发展具有 f 分重大的意义。 转炉钔渣 f l 有一定数 量的 C S 、 C S等水泥熟料的主要矿 物 ， 具备用作水 泥混合材和混凝土掺合料 的基础条件 I 】 ， 而且钢渣 做粉能够提高混凝土的耐磨抗冲击和抗碳化能力以及补偿收缩的 怍J l j 2 3 1 钢渣用作水泥混凝土的辅胁胜胶凝材料有可能成为钢渣 岛效同收利川的重要途径。在以往研究工作的基础上l 4 l ， 我们开展 了矿渣一 钢渣一 粉煤灰复合掺合料( 简称“ 一掺” 复合掺合料 ) 的研制 r 作， 沣重 J ， 各种原料优势 性能的协同， 重点研究了自行研制的复 合激发剂对矿渣一 制渣一 粉煤灰 掺混凝土物理力学性能 的影响 规律， 以期推动 掺” 复合掺合料在混凝土中的应用： 1 试验 原材料 高 炉矿渣和转炉钢渣南广东韶关钢铁集 团有限公司提供 ， 收稿 日期 ： 基 金 项 目 ： 密 度分别为 2 9 1 0、 3 2 1 0 k g m ， 其 粉体的勃 氏比表面积 均控 制 在 4 0 0 m2 k g ； 粉 煤灰 采用 韶关 乌孑 了 发 电厂 的 I I 级粉 煤灰 ， 密 度 2 0 9 0 k g m ， 0 0 4 5 mm 0 布 余为 1 2 6 ； 水泥采 用湖南郴州 东 江金磊 P O 4 2 5级水泥 ， 密度 3 1 4 0 k g m ； 复合激发剂 由A、 B两种工业 级化学 试剂组 成 ； 砂选 用韶关 当地河 砂 ， 最大粒 径 D 一 5 mm， 细度模数 2 5 1 ， 含水率 5 7 ； 白予连续配级 5 2 0 mm： 外加剂为 湛江产 U NF 一 5减水剂 和 U NF 一 5 AS缓凝 剂。水泥 、 高 炉矿渣 、 转 炉钢渣 、 粉煤 灰等胶结 材的化学组 成及粉体 的密度 见表 1 表 1 各胶结材的化学组成 2试 验 方 法 在韶 关市某 搅拌 站常用 的 C 3 0和 C 5 0等级 的矿渣 一 粉煤 灰二掺混凝土配合比的基础上， 采用转炉钢渣替代三分之一的 高炉矿渣， 开展复合激发剂巾 A、 B两种组分含量对矿渣一 钢渣一 粉 煤厌三掺混凝 土抗 压强度影 响规律 的研究 。 8 目 项 技 科 市 关 韶 6 O B 加 目 颐 汁 技 科 曾 尔 广 A B 汁 撵 吏 技 科 垃 一 十 一 “ 家 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 在混凝土配制试验中， 保持混凝土胶结材总用量不变， 复合 掺合料与硅酸盐水泥的质量比例为 1 ： 1 。通过调节拌和水量， 控 制 C 3 0等级新拌混凝土的坍落度为( 2 0 0 1 0 ) m m， 控制C 5 0 等级 新拌混凝土的坍落度为( 2 1 o -a ： l O ) mm。 成型试件 1 5 0 mm x l 5 0 mm x 1 5 0 m m。混凝土浇筑后 ， 在试验室静置 2 4 h后拆模 ， 然后在养护 室标准养I丰 户。 混凝土的性能和抗压强度按 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 、 G B T 5 0 0 8 l 一2 O 0 2要求进行。 3 试验结果与分析 3 1混 凝 土 配 合 比 本研究设计配制的 C 3 0和C 5 0二个等级混凝土的配合比 见表 2 。混凝 土中复合激发剂的用量见表 3 。 表 2混凝土配合比 注： 混凝土试样编号中的C 3 0和C 5 0 代表混凝土的设计等级； 编号 a 表示不掺加钢渣以及复合激发剂的对比样， 其复合掺合料的配合比为 ( 矿渣 ) ： ( 粉煤灰 ) = 2 ： l ； 编号 b表示掺加钢渣但不掺 加复合 激发剂的对 比样 ， 其复合掺合 料配 合 比为 “ ， ( 矿渣 ) ： ( 粉煤灰 ) ： ( 钢渣 ) = 2 ： 1 5 ： 1 ； 编号 1 - 9 的试样 ， 其复合掺合料配合比与 b 相同， 但掺有不同比例的复合激发剂。 3 2 试 验结果 混凝土 的试样编 号 、 混 凝土用水量 、 新拌混凝土 的坍 落度 以及硬化混凝土 3 、 7 d和 2 8 d 抗压强度结果见表 3 。 3 3 结 果分析 3 3 1 钢渣以及复合激发剂对混凝土工作性能的影响 在混凝土试验过程中发现： 对于设计等级为C 3 0和 C 5 0的 混凝土而言， 与矿渣一 粉煤灰二掺的新拌混凝土( 编号为 a的对 比样) 相比， 相应的钢渣一 矿渣一 粉煤灰三掺的新拌混凝土， 无论 是否掺加复合激发剂 ， 均具有良好的工作性能， 料堆周边无明 显的泌水环， 坍落堆形好。骨料已全部被浆体所包裹， 体现了很 高的黏聚性。 由表3可见， 在控制新拌混凝土坍落度在_ 1 0 mm的范围下， 与相应等级的 a 试样( 矿渣一 粉煤灰二掺混凝土 ) 相比， 采用钢 渣替代三分之一的矿渣后所配制得到的三掺混凝土( 编号为 b 8 2 的对 比样 ) ， 其用水量可减少 2 以上 。掺加复合激发剂使用水 量减少的幅度增大或减小， 与复合激发剂中A、 B二组分的用量 及匹配有关。 由此 可见 ， 在合适的复合激 发剂掺量下配制三掺 复合掺合料能一定程度 的改善混凝土的工作性能。 3 3 2 复合激发剂对抗压强度影响的直观分析 由表 3可见， 与相应等级的矿渣一 粉煤灰二掺混凝土( 编号 为 a 试样 ) 相比， 采用钢渣替代三分之一的矿渣后所配制得到 的三掺混凝土( 编号为b试样 ) ， 其 3 d抗压强度 C 3 0等级降低 1 1 2 C 5 0等级降低 1 0 1 ， 但 7 d和2 8 d抗压强度b试样则趋 近甚至超过 a 试样。 可 见， 钢渣的复掺会导致混凝 土 3 d抗压强 度显著下降。但是 ， 若钢渣 矿渣一 粉煤灰三掺混凝土与复合激 发剂 配合使用的话 ， 对于设计等级为 C 3 0和 C 5 0混凝土， 其 3 d 抗压强度可分别提高 1 8 3 9 和 1 0 2 1 ， 体现了复合激发剂 对矿渣 钢渣一 粉煤灰多元胶凝体系优异的激 生 能 ； 而 7 d和 2 8 d 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 抗压强度的增 长幅度则有不同程度的下降， 与复合激发剂中 A、 B二绀分 的用量及 配有关 。 3 3 3 复合激发剂对抗压强度影响的显 著性分析 根据表 3的结果， 以各混凝土试样抗压强度的 3个值作为 重复试验的结果和评价指标， 以复合激发剂中 A、 B的掺量作为 影响因素， 开展考虑交互作用的双因素试验的方差分析并进行 显著性检验 ， 结果 见表 4 。 由衷4 可见， 对于C 3 0 等级混凝土， A组分的掺量对3 d 和 7 d 抗 强度在显著性水平 = O 0 1 时具有显著影响， 但对 2 8 d 抗压强 d = 0 1 时才有显著影响 ， 而对 7 d和 2 8 d抗压 强度在显著性水平 =0 O 1 时具有显著影响 ； A组分和 B组分掺量的交互作用明显 ， 对 3 、 7 d和 2 8 d各龄期抗压强度在显著性水平 = 0 0 1 时均具有 显著影响。与C 3 0 等级混凝土相比， 复合激发剂对 C 5 0 等级混凝 土抗压强度 的影响已经明显减弱， A、 B Z _ 2 H分的掺量对 7 d和 2 8 d 抗压强度已经没有显著影响， 仅对 3 d 抗压强度分别在 = 0 0 5和 d = 0 1 时才有显著影响， 不过， A和B组分掺量的交互作用对 3 、 7 d 和 2 8 d 各龄期抗压强度在显著性水平 = O 1 时仍具有显著影 响。 由此可见， 在矿渣一 钢渣一 粉煤灰三掺混凝土中采用 A、 B复合激发 度没有显著影响； B组分的掺量对 3 d抗压强度在显著性水平 剂， 可以产生明显的协同作用， 从而有利于混凝土强度的提高。 表 4复合激发剂对混凝土抗压强度影响的显著性分析结果 主： 、 、 表乐 、 f ， 显著性 水平 d分别为 0 1 、 O 0 5和 O 0 l时具有 显著影响 ； 一 表示没有显著影响。 4讨 论 从目前的技术水平而言， 掺加激发剂是获得高性能钢渣系列 皎凝材料必要的技术手段。在本研究中 ， 掺入的复合激发剂具有 二个作用 ： 一是促进钢渣 中有效活性组分的水化 以及加速矿渣与 粉煤灰玻璃 相的解体 ； 二是构建更好 的水化产物生成环境 ， 其集 中体现孑 F 各种离子之 问浓度 的调整与优化 钢渣系胶凝材料水化 时处于一个多离子共存的体系， 该共存体系对于水化产物的生成 种类 、 数量干 兀 速度都有一定 的影响 ， 进而影响到复合激发剂的作 用效果。转炉钢渣类似于劣质硅酸盐水泥熟料 ， 与水接触后发生 水化反应 ， 释放 氢氧化钙 。采用 自行设计的溶 出试验装置对钢 渣 、 水泥等试样进行连续的蒸发一 冷凝法溶出试验， 对钢渣 、 水泥 中化学活性 组分 的快速溶 与分离 富集 ， 以模拟 钢渣 、 水泥在水 化进程中各种化学活性组分的释放规律 ， 结果见表 5 。由表 5可 见， 在2 h内， 本研究所用钢渣以及水泥二者溶出的 C a O质量分 数相迈 ， 但随后水泥则具有更快的 C a O溶出速率和更大的C a O溶 质量分数 。 据此 ， 分析认为 ， 与设计等级 为 C 3 0的混凝 土 ， C 5 0 混凝土中单位体积中水泥含量更大， 水泥中C a O的快速溶出以及 大量溶 ， 对胶凝材料中钢渣 的水化在早期有一定的抑制作用 ， 表 5不同溶出时间内钢渣和水泥中 C a O的溶 出量 进而制约了复合激发剂作用的发挥， 明显减弱了复合激发剂对 C 5 0等级混凝土抗压强度的提高作用。 5 结 -V e ( 1 ) 对于矿渣一 钢渣一 粉煤灰三掺复合掺合料与等量的硅酸 盐水泥配制的混凝土而言 ， 复合激发剂的使用， 对新拌混凝土 的工作性 能没有不利影响 。 ( 2 ) 在 本试验研 究范 围 内 ， 复合 激发剂 对设计 等级 为 C 3 0 混凝土的作用效果 明显 ， 而对 C 5 0混凝土的作用效果则有所减 弱。其原因在于单位体积混凝土中高水泥含量时， 水泥对钢渣的 水化在早 期具 有一定 的抑制作用 。 参考文献 ： 1 朱航 ， 丁庆 军 ， 彭艳周 ， 等 冈 渣矿粉 混凝土的物理力 学性能研究【 J 】 武汉理工大学学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 ) ： 4 0 4 4 2 】陈益民， 张洪滔 ， 郭随华， 等 磨细钢渣粉作水泥高活性混合材料的 研究 l J 1 水泥 ， 2 0 0 1 ( 5 ) ： 1 4 3赵旭光， 赵三银， 吴国林， 等 转炉钢渣对矿渣一 硅酸盐水泥混合胶砂 的收缩补偿效应 西安建筑科技大学学报， 2 0 0 6 ， 3 8 ( 2 ) ： 2 9 0 2 9 4 f 4 1 赵旭光， 赵三银， 李亍 ， 等 高钢渣掺量和高强度钢渣水泥的研制【 J j 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 1 ) ： 3 8 4 1 作者简介 单位地址 联系电话 黎载波( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 讲师， 主要从事工业废弃物的综合处 理研究。 广东韶关市韶关学院化学与环境工程学院( 5 1 2 ( ) 0 5 ) 1 3 8 2 6 3 8 1 5 98 8 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m