钢渣在水泥混凝土中的应用研究宏艺要点.pptx

Click to edit Master title,Click to edit Master text,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,#,钢渣在水泥混凝土中的应用研究,山东宏艺科技股份有限公司,国家级企业技术中心,陈绍龙 赵洪义 冯恩娟,National high and technology company,Nationalenterprisetechnologycenter,Shandong academician workstation,Postdoctoral Research Institute,Company Briefing,公司简介,一,从混凝土角度看钢渣利用的价值,1,、钢渣的性质及应用现状,2,、水泥及混凝土技术传统观念的变革,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的试验研究,4,、结语,1,、钢渣的性质及应用现状,过烧水泥熟料,熟料：,1450,钢渣：,1650,潜在活性（,CaO,、,SiO,2,）,高,C,2,S,，低,C,3,S,早期强度低,后期强度高,钢渣性质,活性低 难磨细,1,、钢渣的性质及应用现状,目前钢渣年产生量约,1,亿吨，累积堆存,10,亿吨，综合利用率仅,30%,。,用作水泥混合材,和混凝土掺合料,有利于节能减排环境效益明显,1,、钢渣的性质及应用现状,发达国家钢渣总体利用率相当高，已接近,100%,；但在水泥及混凝土方面的应用率还相当低。日本的钢渣在水泥生产中的利用率不到,6%,，美国在上世界,90,年代以前仅,1%,的水泥生产利用了钢渣，德国的钢渣基本用作集料。,我国利用情况：,2,、水泥及其混凝土技术传统观念的变革,2.1,应用技术中的常见误区,a,、为满足快速施工的要求，过分追求水泥早强，忽视远期强度。,b,、为熟料强度在,28,天内发挥到极致，水泥磨得细了又细。片面地认为：“强度越高的水泥，才是优质水泥”。,c,、圈流粉磨水泥、产品颗粒分布集中，使用性能较差。,d,、把水泥作为“胶凝材料”和“混凝土强度”的唯一来源。,片面追求早强带来的后果：,水泥早期强度高，水化放热速度快且量多，导致混凝土内部温升高；冷却后，残余的温度应力较大，混凝土的抗裂性能下降。,2,、水泥及其混凝土技术传统观念的变革,2.2,混凝土技术发展的新趋势,上个世纪六十年代，,T.C.Powers,基于自己对水泥石结构的假设及大量试验结果，提了反映水泥石强度与其孔隙率关系的胶空比公式：,式中：,R,水泥石强度；,a,0,水泥凝胶的固有强度，即凝胶体在孔隙率为,O,时的强度；,n,实验常数，约为,2.5-3;,X,胶空比，即水泥凝胶在水泥石中的填充程度，大小为凝胶体体积与凝体体积加毛细孔体积及气孔体积之和的比值，主要与水灰比有关。,2,、水泥及其混凝土技术传统观念的变革,水泥外加剂的出现，使水泥生产与混凝土制备的传统观念悄然发生改变。高效减水剂的普遍使用，水泥粒子得到充分的分散，用水量大大减少，水泥潜能得到发挥，致使水泥石致密、孔结构和界面微结构得到很好的改善，从而使混凝土的物理力学性能有了很大的提高。配制高强混凝土不一定非得需要高强度的水泥，可以通过调整水灰比来达到需要的强度指标。,使用减水剂前,使用减水剂后,2,、水泥及其混凝土技术传统观念的变革,现代混凝土在低水胶比条件下，混凝土的强度对胶凝材料强度的依赖性在降低，低活性掺和料得以广泛应用。胶凝材料不再是以水泥为唯一组分或绝对组分，而是由水泥和辅助胶凝材料（掺和料）组成。,水泥及其混凝土的现代生产模式,：,1,.,在水泥厂实现胶凝材料（熟料、石膏、活性与非活性混合材料）一体化生产，,2,.,在混凝土搅拌站实现水泥与矿物掺和料的合理匹配。,1,、单方混凝土的熟料用量较少,2,、与高效减水剂具有良好的相容性,3,、合理的早期强度、较高的后期和远期强度,4,、颗粒组成合理，高堆积密度，孔隙率最低。,5,、水化热小，体积稳定性好，耐久性高。,优质混凝土的基本特征,2,、水泥及其混凝土技术传统观念的变革,钢渣粉,在拌制和施工阶段只有少量的物理吸水，基本不影响水泥或胶凝材料的需水性；对新拌混凝土的流动性影响小；养护过程自干缩性低；对减水剂的相容性好，影响小；基本不影响水泥硬化体内的碱度；体积变化小。,钢渣粉,作为水泥混合材料用，在水泥生产中可以节省熟料、实现优质水泥目标、提高远期强度，具有良好的使用性能及与混凝土外加剂的相容性；作为矿物掺合料应用于混凝土中具有较好的填充效应、活性效应、微集料效应，能改善混凝土的性能，使得混凝土更加密实、孔隙率低、耐久性好。,优质的水泥混合材和混凝土掺合料,钢渣,钢渣粉,辅助胶凝材料,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,3.1,钢渣专用助磨增强剂的作用,序号,标准号,标准名称,1,GB/T20491-2006,用于水泥和混凝土中的钢渣粉,2,GB/T28293-2012,钢铁渣粉,分级标准需要参考的两个重要指标为活性和细度，山东宏艺科技股份有限公司研制的钢渣专用助磨增强剂可以提高钢渣粉磨效率及活性指标。,钢渣作为辅助胶凝材料使用，目前可参考的标准有,：,助磨机理,1,、强度削弱理论,2,、颗粒分散理论,3,、薄膜假说,4,、颗粒流动性观点,助磨组分,含胺基、羟基、羧基的表面活性物质如醇胺类物质、,木质素磺酸盐、聚乙二醇、复合多元醇等,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,掺量,/%,比表面积,/(m,2,/kg),45m,筛余,/%,颗粒分布（体积百分比,/%,）,60m,0,320,33.4,9.7,50.65,26.17,13.48,0.05,386,14.6,15.62,57.94,19.19,7.25,0.1,405,11.7,14.76,60.48,17.92,6.84,0.15,410,13.0,15.11,56.44,19.76,8.69,助磨效果,掺加钢渣专用助磨剂后，细度明显下降。醇胺类物质加入到粉体中时，包覆在带电颗粒表面，消除了颗粒间的静电作用，阻止带电颗粒的相互结合，减少裂隙扩展所需应力，降低颗粒表面能，妨碍断裂表面的重新结合，阻止颗粒团聚。,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,激发增强机理：,1,、激发增强组份中“微量元素”能促使晶型表面造成缺陷或晶型结构发生改变，从而提高它们参与水泥水化反应能力。,2,、根据“缺什么补什么”原则，助磨剂组份中添加了钢渣不足的部分，弥补了某些混合材成分的缺失。,激发增强组分,水玻璃、氧化钙、有机酸、表面活性剂、硫酸盐、亚硝酸盐等,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,类别,水泥胶砂强度,/7d/28d/MPa,受检胶砂强度,/MPa,/7d/28d/MPa,活性指数,/%,7d/28d,活性增加值,/%,7d/28d,钢渣,1,+,36.4/59.1,23.8/50.2,65/85,15/10,钢渣,2,+,37.5/57.9,25.8/52.1,67/90,11/13,钢渣,3,+,37.7/58.1,24.9/48.7,66/84,13/12,活性增加效果,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,3.2,钢渣微粉在混凝土紧密堆积中的填充作用,上个世纪末,S,Tsivilis,等学者明确提出，水泥中粒径,3m,的颗粒应该,10,，粒径,3,30m,的颗粒应该在,65,以上，粒径,60m,和,1m,的颗粒尽量减少。实际上这是从水泥的水化速率和水化程度角度提出的对熟料粒度分布的要求。从混凝土构件结构的致密性出发，最佳颗粒组成应符合紧密堆积状态的,Fuller,曲线。,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,水泥粒径,/,m,3,3,10,10,32,3,32,32,RRSB,曲线,11.14,24.23,42.80,67.03,21.83,Fuller,曲线,22.50,13.92,21.57,35.49,42.01,不同理论下的水泥最佳颗粒组成,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,空隙率,对混凝土强度影响很大，所有能够降低空隙率的措施都可以提高强度。如果尽量提高水化前水泥颗粒的堆积密度（减小堆积空隙率）可以降低用水量，从而降低水泥石的空隙率。同样可以减小空隙，提高混凝土的强度。,辅助胶凝材料,（,SCM,）就是以工业固体废弃物（副产品）或天然矿物为原材料，掺适合的助磨剂磨细加工后，制成不同粒径分布范围的水泥混合材料或混凝土矿物掺合料。它能够使胶凝材料颗粒的级配在一定程度上接近紧密堆积状态。,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,粒度,(m),矿渣,钢渣,抗压,抗折,抗压,抗折,3d,28d,3d,28d,3d,28d,3d,28d,4,191.3,145,146.8,178.3,136,107.5,84.4,91.3,4,8,129.2,156.8,88.2,109.9,-57.8,43.2,-100.7,-8.7,24,45,-8.3,143.9,-57.2,122.9,28.9,44.1,-64.0,8.5,45,80,13.2,133.3,-16.9,105.4,-35,9.4,-49.4,23.9,钢渣、矿渣相对于熟料的强度贡献率（,%,）,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,根据钢渣粉不同的粒径范围，可以分别作为高活性或低活性的辅助胶凝材料，也可以作为混凝土紧密堆积的填充料，改善远期强度。,（,1,）细粒度区间钢渣、矿渣的胶凝能力和强度贡献均超过水泥熟料的；但中、粗粒度区间,SCM,的胶凝能力和强度贡献率均较低。,（,2,）优化匹配原则：高活性,SCM,、水泥熟料及低活性,SCM,应分别置于复合水泥的细,(24m),。,我们用,25%,的掺石膏的熟料粉、,36%,的掺助磨剂矿渣粉与,39%,掺助磨剂钢渣粉，配制成钢渣矿渣级配水泥，经检验，强度、凝结时间、需水性等接近,PO42.5,级水泥；,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,试样,标准稠度（,%,）,凝结时间（,min,）,抗折强度（,Mpa,）,抗压强度（,Mpa,）,初凝,终凝,3,天,28,天,3,天,28,天,PO42.5,28.00,253,324,5.2,8.2,25.3,48.3,试验样,27.90,268,332,5.1,8.6,24.2,50.3,采用沂东中联,PO42.5,级普通硅酸盐水泥，辅助胶凝材料（,SCM,）为矿渣粉：钢渣粉,=1:1,复合而成。集料：细集料为天然河砂，表观密度为,2730kg/m,3,，堆积密度为,1500 kg/m,3,，吸水率,6.4%,，细度模数,2.8,。粗集料为临沂碎石，表观密度为,2740kg/m,3,，堆积密度为,1600 kg/m3,，,525mm,连续级配，做混凝土测试。,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,并委托省质监站，根据,JGB/T193-2009,混凝土耐久性检验评定标准,进行了混凝土的抗冻性、抗水渗性、抗氯离子渗透性、抗碳化性、抗硫酸盐性及抗裂性等,6,个耐久性项目检测，结果均优于,PO42.5,级水泥；,试件编号,混凝土配合比,/,（,kg,m,3,）,抗压强度,/MPa,水泥,水,砂,石,SCM,外加剂,7d,28d,S,0,490,175,770,1020,0,4.9,41.5,50.9,S,1,392,172,770,1020,98,4.9,42.9,53.6,S,2,245,170,770,1020,245,4.9,40.6,48.7,S,3,390,170,810,1010,0,3.9,34.7,43.1,S,4,312,168,810,1010,78,3.9,36.5,46.9,S,5,195,165,810,1010,195,3.9,33.2,44.0,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,3.3,钢渣在混凝土中的应用前景,钢渣是炼钢产生的固体废弃物，原料来源广，目前市场价值有待进一步开发，因此利用普通混凝土搅拌站，开发附加值相对较高的辅助胶凝材料及混凝土掺合料，具有较高的经济价值和推广价值。,其钢渣重混凝土可应用于：,（,1,）海岸、河岸、沟渠堤防的迎水面、背水面，高水位或低水位，作为海工护坡使用；,（,2,）桥墩、桥梁配重可以抵抗高速水流的冲刷，起到有效的消浪作用；,（,3,）铁路基础、大面积路面基础、广场等需要高比重稳定基础的场合。,（,4,）大体积、高密度、防射线泵送混凝土等特种混凝土。,3,、钢渣作为辅助胶凝材料的研究,4.,结语,由于水泥外加剂的出现，尤其是高效减水剂的普遍使用，使水泥生产与混凝土制备的传统观念悄然发生改变。钢渣虽然水化活性较低，在水泥、混凝土硬化过程中，只产生较少的水化产物，但在颗粒组成上改善水泥的早期强度、后期强度和远期强度。,钢渣粉大量细颗粒填充于浆体孔隙中，使浆体结构较为均匀、密实，对混凝土强度提高起到了积极作用；浆体内部应力较小且分布均匀，从而改善了水泥浆体体积的稳定性和耐久性。,欢迎各位专家和朋友考察指导,!,