重构钢渣作为混凝土掺合料的研究.pdf

2 0 1 2年第 8期 8 月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUC 2 01 2 No 8 Aug us t 重构钢渣作为混凝土掺合料的研究 李建新 ， 余其俊 ， 韦江雄 ( 1 广东省建筑科学研究院 ， 广州 5 1 0 5 0 0 ； 2 华南理工大学特种功能材料教育部 重点 实验 室 ， 广 州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要 ： 对韶钢转炉钢渣进行在线 高温重构 制备 重构钢渣掺合 料 ， 研 究 了重构钢渣 微粉单掺 或与矿渣粉 、 粉煤 灰复掺对混凝土力学性能、 抗渗和抗氯 离子渗透性能的影响。结果表明 ， 在 混凝土 中单独掺入 3 0 3 - 业重构钢渣微 粉 可制备 出 c3 0和 C5 0强度等级 的混 凝土 ； 利 用工业重构钢 渣复合掺合料 替代 3 O 以上硅酸 盐水泥时 ， 可 以稳定 制备 出抗渗性 、 抗氯 离子渗透性能 良好的 C 6 0强度等级混凝 土。 关键词 ： 重构 ； 钢渣 ； 混凝土； 掺合料 ； 抗渗性 ； 抗 氯离子渗透性 A b s t r a c t ： T h e m o d i fi e d s t e e l s l a g( M S S ) i s p r e p a r e d b y a d d i n g a d j u s t i n g m a t e ri a l i n t o mo l t e n s l a g w h e n i t i s d i s c h a r g e d T h e i n f l u e n c e s o f mo d i fi e d s t e e l s l a g ，s l a g a n d f l y a s h o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ， i mp e r me a b i l i t y a n d a n t i - c h l o rid e i o n p e rm e a b i l i t y o f c o n c r e t e a r e i n v e s t i g a t e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t C 3 0 a n d C 5 0 g r a d e c o n c r e t e c a n b e p r e p a r e d w i t h 3 0 MS S r e p l a c e me n t o f P o r t l a n d c e me n t b y ma s s I n a d d i t i o n ，C 6 0 g r a d e c o n c r e t e w i t h g o o d i mp e rm e a b i l i t y a n d a n t i - c h l o rid e i o n p e rm e a b i l i t y c a n b e p r e p a r e d u s i n g t h e mi x t u r e o f MS S a n d mi n e r a l a d mi x t u r e s a s a s u b s t i t u t i o n f o r 3 0 P o r t l a n d c e - m ent Ke y wo r d s ： Mo d i fi e d ； S t e e l s l a g ； Co n c r e t e ； Mi n e r a l a d mi x t u r e ； I mp e rm e a b i l i t y ； An t i - c h l o ri d e i o n p e r me ab i l i t y 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 o 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 8 2 2 0 4 0前 言 钢渣是炼钢工业的废渣 ， 其排放量约为钢产量 的 l 5 2 0 t - 2 。近年来 ， 随着我 国钢铁行业 的迅速 发展 ，钢渣量也不断增长 ， 2 0 1 1年我 国钢渣排放量 近亿吨。长期以来 ， 由于钢渣没有得到有效利用 ， 大 量钢渣弃置渣场 ， 不仅 占用土地资源 ， 还对环境造 成污染 l 3 。钢渣中含有与水泥熟料相似 的矿物组 成 ，具备用作水泥混合材和混凝土掺合料 的潜质 ， 符合我国建材工业对废渣资源综合利用的需求 ， 但 受组 成 、 热 力 学 和结 构 的较 大 影 响 ， 钢渣 的胶 凝 性 能一般较差。因此 ， 稳定钢渣组成 、 提高其活性是钢 渣在建材工业中综合利用的关键。 近半个世纪来 ， 我国研究人员通过机械活化阁 、 热活化 与化学活化【 司 等方式改善钢渣的水化活 性 ， 提高钢渣 的利用率 。然而 ， 由于钢渣组成 波动 大 、 难磨等问题制约了钢渣活化技术的推广 。鉴于 此 ， 提 出在钢渣 出渣过程中 ， 将组分调节材料添加 到熔态钢渣 中， 利用熔融钢渣 的高温热能使其与调 节材料发生物相反应 ， 一方面生成一定量的胶凝性 基金项 目： 国家 “ 9 7 3 ” 计划项 目水 泥低能耗 制备与 高效应用 的基 础研 究 ( 2 0 0 9 C B 6 2 3 1 0 4 ) 、 国家“ 十一 五 ” 科技 支撑 计划 项 目高性能水泥绿 色制造工艺和装备 ( 2 0 0 6 B A F 0 2 A 2 4 ) 。 一 2 2一 矿物 ， 提 高钢渣 的胶凝活性 ， 另一方 面起 到稳定钢 渣品质的作用。韶钢三线转炉工业化生产试验结果 表明 ， 选用韶钢的电炉还原渣和煤渣作 为组分调节 材料 ， 在转炉排渣 的同时将其加入到含有熔融钢渣 的渣盘 中可稳定钢渣的组成 、提高钢渣 的胶凝 活 性 ， 实现钢渣高温重构。本文研究 了重构钢渣作为 掺合料对混凝土力学性能 、 抗渗性能及 C l 一 渗透性能 的影响 ， 并分析探讨 了其影响机理。 1 试 验 1 1 原材 料 试验中所用基准水泥为 P I 4 2 5级水泥 ； 钢渣 为韶关钢铁公 司的原钢渣( 代号 G O ) 和重构钢渣( 代 号 G) ， 比表 面积为 4 1 0 m 2 k g ； 矿渣 为韶关钢铁公司 矿渣( 代号 K) ， 比表面积为 4 2 5 m2 k g ； 粉煤灰为广东 某发 电厂排放 级灰 ( 代号 F ) ， 比表面积为 3 8 5 m2 k g ； 硅灰( 代号 S ) 。原材料的化学成分见表 1 。 1 2 试验 方法 配制 C 3 0混凝 土的配合 比为 ： 水胶 比 0 5 ， 胶凝 材料： 砂： 石= 1 ： 2 2 6 ： 2 9 9 ；配制 C 5 0混凝土 的配合 比 为 ： 水胶 比 0 4， 胶凝 材料： 砂： 石= 1 ： 1 6 9 ： 2 5 4 ； 配制 C 6 0混凝土的配合 比为 ：水胶 比0 3 ，胶凝材料： 砂： 石= 1 ： 1 1 2 ： 1 9 0 ； 配制 C 8 0混凝土 的配合 比为 ： 水胶 李建新 ， 余其俊 ， 韦江雄 重构钢渣作为混凝土掺合料的研究 比0 2 6 ， 胶凝材料： 砂： 石= 1 ： O 9 6 ： 1 7 9 。不同等级混凝 土的配合 比详见表 2 。 按照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物性 能试验方法标准测定混凝土拌合物的坍落度 ； 按 表 1 原材料 的化 学组 成 照 G B 厂 I 5 0 o 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性 能试验方 法标准 ，将各配 比的拌合物振动成型为 1 5 0 mmx 1 5 0 m mx l 5 O mm的混凝土试块 ，标准养护至 2 8 d测 其抗压 强度 ； 参考 G B r I 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土 长期性能和耐久性能试验方法标准 开展混凝土抗 渗性试验 ； 根据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9测定氯离子扩散 系数的方法 ， 测定混凝土的氯离子扩散系数。 2结 果与讨 论 2 1 混凝土物理性能分析 表 3为混凝土抗压强度和坍落度测试结果。 由表 3可见 ， 总体而言 ， 采用工业重构钢渣替 代 3 0 的水泥后 ，新拌混凝土 的坍落度会减小 ， 而 工业 重构钢渣与矿渣 、 粉煤灰的复合使用 ， 可改善 新拌混凝土的流动性 。在每 i n 混凝土中总胶结材 总量为 3 6 0 k g的前提下 ， 当胶结材配合 比W( 水泥 ) ： W( 钢渣) = 7 0 ： 3 0时制备 的 C 3 0混凝土 ， 其 2 8 d抗压 强度达 3 8 8 MP a ； 当胶结材 配合 比 W( 水 泥 ) ： w( 钢 渣 ) ： W ( 矿渣 ) = 6 0 ： 2 0 ： 2 0时 ，其 2 8 d抗 压强度 达 4 3 1 MP a 。在每 i n 混凝土 中总胶结材总量为 4 2 5 k g 的前提下 ， 当胶结材配合 比 w( 水泥 ) ： w( 钢渣) = 7 0 ： 表 3 混凝 土抗压强 度和坍 落度 3 0时 ， 其 2 8 d抗压强 度达 7 3 O MP a ； 当胶 结材配合 比 w ( 水泥) ： W ( 钢渣 ) ： W ( 矿渣 ) = 6 0： 2 0 ： 2 0时， 其 2 8 d抗压强度达 7 1 3 MP a 。在每 m。 混凝土 中总胶结 材总量为 6 1 5 k g的前提下 ， 由钢渣 、 矿渣 、 硅灰组成 的辅助性胶凝材料 占总胶结材质量 比为 2 5 时， 可 得到强度等级为 C 8 0的混凝土。 一 2 3 李建新 ， 余其俊 ， 韦江雄 重构钢渣作为混凝土掺合料的研究 地提高混凝土的抗氯离子渗透性能。 ( 3 ) 重构前后钢渣水化产物形貌分 析表 明， 重 构钢渣 G中的 C S H凝胶形成网络状结构 ，与原 钢渣相 比， 重构钢渣颗粒间 的间隙较小 ， 结构更致 密 。 参 考 文 献 ： 1 朱桂 林， 孙树 杉 钢铁渣在建 材工业 中的应用 f J 1 中国水泥， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 7 ) ： 3 3 - 3 5 2 沈建 国， 郭春媛， 于景坤， 等 钢铁冶金渣 的资源化 利用 J 处 理与冶金学报， 2 0 0 3 ， 2 ( 3 ) ： 1 6 3 1 6 5 3 】 朱 明， 胡曙光， 丁庆军 钢渣 用作水泥基材料 的问题研 讨 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 6 ) ： 4 8 5 1 4 陈美祝， 周 明凯， 伦云霞 钢渣 高附加值利用 模式分析 J 中 国矿业， 2 0 0 6 ， 1 5 ( 6 ) ： 7 9 8 3 5 陈益 民， 张洪滔 磨 细钢 渣粉作水泥高活性混 合材料 的研 究 J 水泥 ， 2 0 0 1 ( 5 ) ： 1 - 4 6 林宗 寿 ， 陶海征 ， 涂成厚 钢渣 粉煤灰活化 方法研究 J 武 汉理工大学学报 ， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 4 7 【 7 】 王 晓曦， 邹汉 伟 液态渣显热 回收技术 现状 及前 景分析 J 1 铁合金， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 3 4 3 6 【 8 钱光人 ， 赖振宇， 徐 光亮 低 碱度钢渣基 油井 及地热井 胶 凝材料 的研 究一 V钢渣 的膨胀 及抑制 【 J 西南 工学 院学报， 2 0 0 1 ， 1 6 0) ： 2 5 2 8 9 Q i a n G R， S u n D D， T a y J H， e t a 1 H y d r o t h e r ma l r e a c t i o n a n d a u t o c l a v e s t a b i l i t y o f Mg O b e a r i n g RO p h a s e i n s t e e l s l a g J B r i t i s h C e r a m i c T r a n s a c t i o n s ， 2 0 0 2 ， 1 0 1 ( 4 ) ： 1 5 9 1 6 4 1 0 赵旭 光 ， 赵 三银 ， 李宁 ， 等 高钢渣 掺量和高 强度钢渣 水 泥 的研制f J 武汉理工大学学报， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 3 8 4 0 1 1 】 H u S G ， J i a n g C S ， We i J X ， e t a 1 R e s e a r c h o n h y d r a t i o n o f s t e e l s l a g c e m e n t a c t i v a t e d w i t h w a t e r g l a s s l J 】 J o u ma l o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y Ma t e r S c i E d ， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 3 7 4 0 【 1 2 张 同生 ， 刘福 田， 王建伟， 等 钢渣安定性与活性激 发的研 究进展 J 硅酸盐通 报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 5 ) ： 9 8 1 - 9 8 4 6号 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 2 5 作者 简介： 李建新 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 博 士研 究生 。 通讯 地址： 广州市经济技术 开发区开创大道北建业六路 联 系电话 ： 1 3 5 1 2 7 6 6 2 8 0 E - ma il ： j i a n x i n l 1 2 6 c o rn 提供排水管生产许可证全套试验设备 J S检查井盖试验机 GB T2 3 8 5 8 2 0 0 9 1数字中文显示仪表 2荷载 1 0 0 0 k N变量 2 0 m m 3显示加载速度、曲线存储打印等 HG一 2刚度试验机 试验 机适用外径： 3 0 0 2 O o o mm S S Z渗水砖试验机 用于环保型渗水砖渗水 I = 的测试 GC排水管外压试验成套设备 GB T1 6 7 5 2 2 0 0 6 1试 验直 径 D3 0 0 1 5 0 0 m3 0 0 0 mmL 2 0 0 0 4 0 0 0 m m 2鹪 置显示峰值、加载速度、曲线、存储打印 D H 电杆荷载位移测试仪 ( 整套检测设备) 鼍程 1 0 2 0 0 k N位移 1 2 m S H I I 荷载测试仪 ( 峰值保持) 1适用于排水管、管桩等各种构造物体的测 与分析 2 程 2 0 、 1 0 0 、2 0 0 、5 0 0 2 0 0 0 k N G C管桩成套测试设备 ( 整套检测设备) 混凝土搅拌站试验检测设备 提供市政项 目检测设备 提供各种建材试验设备 YD烟道试验机 1 试验机最大承载压力为 3 0 0 k N 2激 显仪表精度 l 可显示峰值、加载 曲线、速度、打印、数据存储等 GS I I 型排水管内水压试验机( G B T 1 6 7 5 2 2 0 0 6 ) 试验机采用 电动液压 控制，对水泥混凝士管进 行 内水压试 验。试验直 径 ：D3 0 0 D 3 0 0 0 mm 提供 G S - I手动内水 压设备 厂商 ： 电话 ： 网址 ： 无锡市伟源机械厂 0 5 1 0 - 8 5 0 6 1 2 1 9 传真 ：0 5 1 0 8 5 2 6 0 5 1 2 厂址 ：江苏省无锡市东降 邮编：2 1 4 1 2 1 邮箱：w a n g w e i x in g 0 1 1 6 3 c o m 联系人 ：王解元移动电话 ：1 3 6 0 6 1 8 9 5 1 2 2 5