钢渣矿渣水泥在干混砌筑砂浆中的应用及性能研究_王同康.pdf

江西建材试验与研究492023年1 月作者简介：王同康（1996-），男，江西上饶人，本科，助理工程师，主要研究方向为混凝土砂浆及固废综合利用。通信作者：曾亮（1984-），男，江西新干人，硕士，高级工程师，主要研究方向为混凝土砂浆及固废综合利用。基金项目：江西省科技厅重点研发计划项目“利用江西省大宗固废制备低碳水泥关键技术研究与应用”（20214BBG74003）。钢渣矿渣水泥在干混砌筑砂浆中的应用及性能研究王同康，曾 亮*,姜建松江西省建材科研设计院有限公司，江西 南昌 330001摘 要：文中利用钢渣矿渣水泥配置不同强度等级的干混砌筑砂浆并与普通硅酸盐水泥配置的干混砌筑砂浆进行对比试验，研究钢渣矿渣水泥对干混砌筑砂浆凝结时间、保水率、2h稠度损失率及抗压强度的影响规律。结果表明，利用钢渣矿渣水泥替代传统硅酸盐水泥制备的干混砌筑砂浆，满足 GB/T 25181-2019预拌砂浆 中相关性能要求。较普通硅酸盐水泥制备的干混砌筑砂浆，钢渣矿渣水泥砂浆的凝结时间延长1.82.2h，2h稠度损失率降低1%3%，保水率降低0.3%0.6%，抗压强度提高0.81.4MPa。关键词：钢渣矿渣水泥；干混砌筑砂浆；保水率；2h稠度损失率；抗压强度中图分类号：TU525 文献标志码：A文章编号：1006-2890（2023）01-0049-03Study on the Application and Performance of Steel Slag and Slag Cement in Dry-mixed Masonry MortarWang Tongkan,Zeng Liang*,Jiang JiansongJiangxi Building Materials Research and Design Institute Co.Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330001Abstract:Steel slag slag cement is used to prepare dry-mixed masonry mortar with different strength grades and compared with dry-mixed masonry mortar prepared with ordinary Portland cement to study the influence of steel slag slag cement on the setting time,water retention rate,2h consistency loss rate and compressive strength of dry-mixed masonry mortar.The research results show that the dry-mixed masonry mortar prepared by replacing the traditional Portland cement with steel slag slag slag cement meets the relevant performance requirements for dry-mixed masonry mortar in GB/T25181-2019 Ready-mixed Mortar.Compared with the dry-mixed masonry mortar prepared by ordinary Portland cement,the setting time of steel slag slag cement mortar is extended by 1.82.2h,the consistency loss rate is reduced by 1%3%,the water retention rate is reduced by 0.3%0.6%,and the compressive strength is increased by 0.81.4MPa.Key words:Steel slag slag cement;Dry-mixed masonry mortar;Water retention rate;Consistency loss rate in 2h;Compressive Strength0 引言国家统计局数据显示，2020 年我国水泥产量达到了23.77亿吨，其中，水泥熟料产量达到15.79亿吨，同比增长3.07%。传统硅酸盐水泥在生产过程中会消耗大量的能源，并排放大量二氧化碳及其他有害气体，严重污染生态环境1。为降低水泥行业对能源的消耗及环境的污染，许多专家学者利用钢渣粉、矿渣粉、粉煤灰等工业固体废弃物进行新型环保绿色型胶凝材料的开发及应用。张金才等2以煤矸石底渣、粉煤灰、镁渣为原材料，生石灰和石膏为激发剂，通过简单研磨混料制备出抗压强度达到了42.1MPa无机胶凝材料。胡明玉等3将钒铁渣、矿渣粉、熟石灰、脱硫石膏和石灰石粉等通过正交试验优化配合比后制备免烧砖固化剂，并利用其制备铜尾矿免烧砖，制备的免烧砖抗压强度及软化系数分别为22.3MPa和0.77。刘轩等4以钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏为胶凝材料制备的混凝土抗压强度最高达到了50MPa以上。许成文5以碱渣耦合冶金渣作为胶凝材料制备高性能海工混凝土，研究结果表明，在钢渣矿渣比2:8、砂率0.50、用水量140 kg/m3、碱渣石膏比2:3的最佳配比条件下，海工混凝土试块的抗压强度及28d电通量分别为63.3MPa、364C，满足海工混凝土使用要求。干混砂浆具有实现资源再利用等方面的优良性能，克服了传统砂浆现场搅拌扬尘多、噪音大、施工质量难以保证的缺点，现已在全国各地得到了广泛的推广及应用6。若能利用工业固废制备的新型绿色胶凝材料替代传统普通硅酸盐水泥制备的干混砂浆，可有效减少水泥熟料在砂浆行业中的用量，降低能源消耗及二氧化碳的排放量。本研究利用钢渣粉、矿渣粉、磨细二水脱硫石膏粉及碱性激发剂制备的钢渣矿渣水泥,配置不同强度等级的干混砌筑砂浆,并与普通硅酸盐水泥配制干混砌筑砂浆进行对比试验，分析钢渣矿渣水泥对干混砂浆工作性能及抗压强度性能的影响规律。1 试验1.1 原材料（1）钢渣矿渣水泥：由钢渣粉、矿渣粉、磨细二水脱硫石膏粉及本单位研发的碱性激发剂按25:55:14:6的比例混合均匀后制成。（2）砂子：天然河砂，细度模数2.5。（3）普通硅酸盐水泥：海螺公司生产的42.5水泥。（4）粉煤灰：级粉煤灰，密度2466kg/m3，需水量比105%，比表面积351m2/kg。（5）引气剂：十二烷基硫酸钠针状粉水泥引气剂。（6）纤维素醚：羟丙基甲江西建材试验与研究502023年1 月基纤维素 hpmc20 万粘度。1.2 试验方法将钢渣矿渣水泥和普通硅酸盐水泥按M5、M7.5、M10、M15砌筑砂浆配比进行试验，将砂浆密度控制在（190030）kg/m3时确定引气剂用量，砂浆稠度控制在（755）mm时确定用水量，分别测试各组砂浆保水率、2h稠度损失率、抗压强度，分析钢渣矿渣水泥对砂浆2h稠度损失率、砂浆保水性能、抗压强度的影响规律，试验配合比见表1。表1 砂浆配合比kg/t序号砂浆强度等级水泥种类水泥粉煤灰砂子引气剂纤维素醚用水量1M5普通硅酸盐水泥105708250.0150.151452M7.5115608250.0140.151443M10130558150.0130.151444M15160408000.0130.151445M5钢渣矿渣水泥105708250.0120.151476M7.5115608250.0110.151457M10130558150.0110.151458M15160408000.0110.151451.3 砂浆的制备 按表1 的配合比将水泥、砂子、引气剂及纤维素醚混合均匀后制备成干混砂浆，再加入相应水量后，利用水泥胶砂搅拌机慢速搅拌60s，即制得砂浆拌合物。1.4 性能测试参照 JGJT 70-2009 建筑砂浆基本性能试验方法标准 及GB/T 25181-2019 预拌砂浆 分别测试各组砂浆的凝结时间、保水率、2h稠度损失率及抗压强度。2 结果与讨论2.1 钢渣矿渣水泥对砂浆凝结时间的影响按表1 的配合比及前述的方法将各组干混砂浆加水搅拌均匀后，测试各组砂浆的凝结时间，试验结果见图1。图1 各组砂浆的凝结时间由图1 可知，普通硅酸盐及钢渣矿渣水泥制备的砂浆，凝结时间都满足 GB/T 25181-2019预拌砂浆 中对干混砌筑砂浆凝结时间大于3h且小于12h的要求，且砂浆的凝结时间均随着砂浆强度等级的提高而缩短。但利用钢渣矿渣水泥制备的砂浆比普通硅酸盐砂浆的凝结时间延长1.82.3h。钢渣矿渣水泥在砂浆中，碱性激发剂及钢渣发生水化反应生成的 Ca（OH）2会与矿粉中活性SiO2、活性Al2O3及脱硫石膏中Ca2SO4 2H20发生多重反应，生成 C-S-H及 AFt，但由于钢渣的活性较低且碱性激发剂中的碱性活性物质含量较少，致使钢渣矿渣水泥的水化速率较慢，故而导致其凝结时间更长7-8。2.2 钢渣矿渣水泥对砂浆2h稠度损失率及保水率的影响按表1 的配合比及前述的方法将各组干混砂浆加水搅拌均匀后，测试各组砂浆2h稠度损失率及保水率，试验结果见图2。（1）各组砂浆2h稠度损失率（2）各组砂浆保水率图2 各组砂浆的2h稠度损失率及保水率由图2 可知，普通硅酸盐水泥及钢渣矿渣水泥制备的干混砌筑都满足 GB/T 25181-2019预拌砂浆 中对干混砌筑砂浆2h稠度损失率小于等于30%，保水率大于等于88.0%的要求，且砂浆的2h稠度损失率及保水率均会随着砂浆强度等级的提高而提高。其主要原因是在高强度等级的砂浆中，胶凝材料用量增加。利用钢渣矿渣水泥制备砂浆时，砂浆的2h稠度损失率要降低1%3%，保水率要降低0.3%0.6%。由于钢渣矿渣水泥在砂浆中的反应速率更慢，凝结时间更长，故而导致砂浆的2h稠度损失率也会比普通硅酸盐水泥制备的砂浆更小。2.3 钢渣矿渣水泥对砂浆抗压强度的影响按表1 的配合比及前述的方法将各组干混砂浆制成70.7mm70.7mm70.7mm的砂浆试块，测试各组砂浆试块标准养护28d后的抗压强度，试验结果见图3。图3 各组砂浆的抗压强度（下转第53 页）江西建材试验与研究532023年1 月程度的下降。随着风电叶片废料的掺入量增加，板材的抗折强度比率下降，这表明掺入风电叶片废料的板材在经过冻融循环后抗折强度损失得更多。这是因为风电叶片废料中含有约2/3的树脂，树脂具有明显的吸水性，板材浸泡后在冻结过程中，树脂中的水会结冰体积变大，对周围的基体造成破坏，而融化的过程中冰又化作水，接着又进入到下一个冻融，导致树脂周围的水泥基体结构受到不利影响，从而导致纤维水泥板在冻融后抗折强度降低，抗折强度比率降低。但是由于风电叶片废料在板材中的掺量不高，因此影响不大，所有板材均能够经受100次的抗冻融循环作用，并且抗折强度比率均大于90%，属于合格板材，能用于户外使用。表2 风电叶片废料掺量对板材抗冻融性能的影响编号风电叶片废料掺量/%冻融循环次数冻融后强度/MPa抗折强度比率/%10.010011.69920.510010.99831.010010.69842.010010.39653.010011.29564.01009.8923 结论（1）将风电叶片废料经过粉磨后替代木浆纤维使用，由于等质量风电叶片废料占有的体积更小，因此，在同等压力下制备的板材密度会随着风电叶片废料的增加而升高。（2）当风电叶片废料替代量较低时，板材的抗折强度下降，当掺量继续增加至3.0%时，制备的板材干燥抗折强度和饱水抗折强度最大，当掺量再增加时，板材抗折强度会降低。（3）采用风电叶片废料替代木浆纤维使用时，由于板材风电叶片废料中玻璃纤维搭接效果的抗冲击性能会随着掺量增加而略有降低。（4）掺入风电叶片废料对板材抗冻融性能影响不大，均能够耐受100 次冻融循环，且抗折强度比率均能大于90%。（5）采用粉磨后的风电叶片废料替代木浆纤维制备的板材总体性能良好，满足产品使用需求。（6）风电叶片废料粉磨后使用成本低于木浆纤维，在成本控制上具有一定优势。参考文献 1 冯磊，邓杰.风电退役与再开发：挑战与建议 J.能源，2022（2）：46-51.2 许淳瑶，葛立超，冯红翠，等.风力发电现状及叶片组成与回收利用综述J.热力发电，2022，51（9）：29-41.3 王玉琪.选择性断键降解回收纤维增强热固性树脂复合材料研究D.北京：中国科学院大学，2016.4 张建川，张前峰，蔡红军.风力发电复合材料叶片废弃物的几种处理方法分析J.材料科学与工程学报，2012，30（3）：473-482.5 任伟伟.风电机组拆除回收及扩容整改J.橡塑技术与装备，2015，41（16）：104-105.6 卢娟，张亚芳，程从密，等.纤维掺量对玻璃纤维增强水泥板弯曲性能的影响J.深圳大学学报（理工版），2021，38（4）：380-386.由图3 可知，普通硅酸盐水泥及钢渣矿渣水泥制备的干混砂浆都满足 GB/T 25181-2019预拌砂浆 中对各强度等级干混砌筑砂浆抗压强度的要求，且利用钢渣矿渣水泥制备的各等级砌筑砂浆的抗压强度要比普通硅酸盐水泥制备的砂浆高0.81.4MPa。为得到更好的施工性能，干混砂浆中添加一定量的引气剂，致使砂浆内部产生不少的孔隙9。钢渣矿渣水泥与普通硅酸盐水泥相比，其在砂浆中发生多重反应生成大量的AFt，AFt在生成过程中会结合大量的水分子，造成一定体积膨胀，对砂浆内部孔隙起到更好的填充及加固效果，故而利用钢渣矿渣水泥制备的干混砌筑砂浆抗压强度更高。3 结论（1）利用钢渣矿渣水泥制备的干混砌筑砂浆凝结时间、2h稠度损失率、保水率、抗压强度均能满足 GB/T 25181-2019 预拌砂浆 的相关要求。（2）与传统普通硅酸盐水泥制备的干混砂浆相比，利用钢渣矿渣水泥制备的干混砌筑砂浆，凝结时间延长1.82.2h，2h稠度损失率降低1%3%，保水率降低0.3%0.8%，抗压强度提高0.81.4MPa。（3）钢渣矿渣水泥在砂浆中发生水化反应主要生成 C-S-H及造成体积有一定膨胀的 AFt，对砂浆内部孔隙起到更好的填充及加固效果，故而利用钢渣矿渣水泥制备的干混砌筑砂浆抗压强度更高。参考文献 1 郝伟.钢渣粉煤灰复合胶凝材料制备技术及其应用 D.青岛：中国海洋大学，2015.2 张金才，程芳琴.采用工业固废复配无机胶凝材料的试验研究J.新型建筑材料，2017，44（10）：8-11.3 胡明玉，胡彪，蔡国俊，等.铜尾矿免烧墙体材料的研制J.新型建筑材料，2021，48（8）：80-83.4 刘轩，崔孝炜，倪文，等.钢渣粉对全固废混凝土强度的影响 J.金属矿山，2016（10）：189-192.5 许成文.掺碱渣全固废海工混凝土的制备及抗氯离子侵蚀性能研究D.北京：北京科技大学，2022.6 王培铭，张国防.干混砂浆的发展和聚合物干粉的作用J.中国水泥，2004（1）：46-49.7 仇夏杰，倪文，王思静.无熟料钢渣矿渣水泥在热养护条件下的强度发展J.金属矿山，2014（11）：171-174.8 李琳琳，苏兴文，李晓阳，等.鞍钢钢渣矿渣制备人工鱼礁混凝土复合胶凝材料J.硅酸盐通报，2012，31（1）：117-122.9 王华杨.Q-1 型混凝土砂浆引气剂研制和应用J.工业建筑，1998（4）：17-19.（上接第50 页）