钢渣掺量和细度对水泥物理性能影响研究.pdf

建材世界 2 0 1 2 年第3 3 卷第1 期 D O I ；1 0 3 9 6 3 j c I L4 2 1 7 8 3 T U2 0 1 2 0 1 0 0 1 钢渣掺量和细度对水泥物理性能影响研究 周惠群，李强，杨晓杰，唐越，韩长菊 ( 昆明冶金高等专科学校，昆明6 5 0 0 3 8 ) 摘要：熟料、钢渣配制的钢渣水泥中钢渣粉磨的细度及掺量不同，对其物理性能的影响不一样。研究通过分别 粉磨熟料钢渣再混合的方法，制得钢渣水泥。采用化学全分析、物理力学性能检测等对钢渣水泥相关性能进行测定 和分析研究，得出能使钢渣活性充分发挥的最佳粉磨细度及其在水泥中的最优掺量，最终实现冶金废渣资源的充分 利用，改善水泥性能，降低水泥生产成本。 关键词：细度；掺量；钢渣水泥；物理性能 I n v e s t i g a t i o no fI n f l 眦n c 鹤o fS t e e IS l a g sD o p i n gQ u 舳t i t y 锄d F i n e n e 鹃0 l I lC 咖e n tP h y s i c a lP r o p e r t i 鹤 Z H O UH “i 一弘咒，L 工Q 彻g ，y A N GX i 口D 0 妇，T A N GY 沈，H A NC h 口7 1 9 0 “ ( K u I l I n i n gM e t a l l u r g yC 0 l l e g e ，K 吼m i I l g6 5 0 0 3 8 ，c h i I l a ) A b s 概t ：T 1 1 ed i f f e r e I l c eo fs t ls I a g sd o p i l l gq 啪t 酊a 1 1 d 缅e n si nt h es t e e ls l a gd o p i I l gc 锄饥tw h i c h 啪sp m - d u c e df r o mc l i I 妇ra I l ds t e e ls I a gl 篦d e dt 0d i f f e r e n te f f e c t So nc e m 朗tp h y s i c a lp r o p e r t i 既I I lt h i sp a p e r ，t l l es t e e ls l a g d o p i I l gc e m 朗tw a Sp m d u c e db y 鲥I l d i n gc l i n k e ra 1 1 ds t e e ls k l gs e p 眦t e l yf i r s t ，a I l dt I l e nI n i 菇T l gt h e mb D g e t h e r T h e o p t i m a lf i n 印e s s 锄dd o 西【1 9q 啪t i t yo fs t e e ls l a gi I lc 锄叻tw e r eo b t a i n e db yc o r n p l e t ec h e I T l i c a l 锄l y S i sa n dp h y s i c a l m e c h 枷c a lp r o p e r t yt e s 乞T h ep u r p o s 鹤o fm a k i n g9 0 0 du o fm e t a l I u r g i c a ls l a gr e s o u r c e s ，i m p r o V i l l gc 哪e I l tp r o p e 啊 a n dr e d u c i I l gt l l ec o s to fc e m e n tp r o d u c t i o nc o u l db ea c I l i e 、，e db a s e do nt h er e s e a r c hr e s u l t s - K e yw o r d s ：f i 姗嘲s ；d o p i I l gq 啪t i t y ； s t 睫ls l a gc e I I I e n t ； p h y s i c a lp r o p e r t i e s 冶金废渣是钢铁冶炼过程中的副产品，价格低廉而且资源丰富。大量的废渣堆积起来不仅浪费资源，占 用大量土地，污染土地资源，最终影响生态平衡。据报道全国每年可产生近20 0 0 万t 钢渣，若能细磨用于 水泥生产，无疑会对建材业的发展起到巨大的推动作用，同时又可给企业和社会带来可观的经济效益和社会 效益。 目前国内钢渣的利用基本是粗放式的，以致水泥强度和性能大幅度降低，尤其是早期强度降低更明显， 一般达到3 2 5 级的钢渣硅酸盐水泥中钢渣的掺量都不超过3 0 ，同时由于处理不当，水泥硬化浆体结构常 常被劣化，往往导致混凝土耐久性不良。 本项目研究的钢渣水泥是以硅酸盐水泥熟料为基础，通过科学的钢渣制备，使钢渣水泥各项性能得到大 幅度改善的新型水泥基材料。新型钢渣水泥大量利用钢渣，减少熟料用量，并且充分激发钢渣的潜在活性， 使其在水泥中的作用从单纯的增加产量转化为不仅增加产量，而且成为降低环境负荷，调节水泥功能的组分 材料。 l 钢渣水泥制备原理 1 ) 利用云南某钢铁公司钢渣磨制的钢渣粉与某新型干法水泥公司普通水泥熟料粉配合，钢渣掺量分别 收稿日期：2 0 1 1 1 5 基金项目：云南省科技厅应用基础研究项目( 2 0 0 9 Z C l 3 3 M ) 作者简介：周惠群( 1 9 6 2 一) ，教授E - r n a i l ：j i a n c a i S j 2 6 3 n e t 1 万方数据 建材世界 2 0 1 2 年第3 3 卷第1 期 占水泥总量的1 0 、2 0 、3 0 、4 0 。 2 ) 制备过程中，将各组分分别磨制到合适的细度，通过不同细度、不同钢渣粉掺量组成的优化水泥设计， 使各组分高效混合均匀，颗粒紧密堆积，充分发挥各组分的叠加效应，实现水泥石组成与结构的优化，使水泥 早、中、后期强度均充分发挥，水泥性能得到改善。 2 粉磨工艺对钢渣水泥物理性能的影响 本研究选用某新型干法水泥公司生产的熟料( 率值：K H = o 9 2 ，S M 一2 6 3 ，肼= 1 5 5 ) ，云南某钢铁公 司炼钢排除的钢渣配制水泥。 研究采用分别粉磨再复配的工艺路线，将不同比面积和掺量的钢渣进行科学组合，探索不同钢渣细度和 掺量对水泥物理性能的影响。 2 1 试验用原料 采用某新型干法水泥公司正常生产的各种原材料进行试验，化学成分见表1 。 表l 原料的化学成分 2 2 实验方案 水泥配比采用表3 方案，由于钢渣的易磨性比熟料差，如与熟料混磨，则钢渣不能充分磨细，其活性得不 到充分发挥。故采用分别粉磨后再混合的工艺制备钢渣水泥，分别对不同组别的钢渣水泥试样各龄期的胶 砂强度、凝结时间、标准稠度等指标进行检测，研究各种因素对水泥物理性能的影响。 表3 水泥配料方案 2 3 试验过程 将熟料、石膏等块状物料破碎至o 5m m 以下，钢渣烘干至水份 1 o 。混合粉磨对照试样的编号为 P h ，通过试验小磨与石膏共同粉磨至3 5 0m 2 k g 。钢渣分别磨至3 5 0m 2 k g 、4 0 0m 2 k g 、4 5 0m 2 k g 、5 0 0 m 2 k g 、5 5 0m 2 k g ，将熟料粉、钢渣粉按表3 配料方案进行配料，并充分混合均匀制成试验的2 1 个样品。 在物理性能的检测中，凝结时间、标准稠度、安定性按国家标准G B l 3 4 6 2 0 0 1 进行；胶砂强度采用I S O 2 万方数据 建材世界 2 0 1 2 年第3 3 卷第1 期 法测定，水灰比均为o 5 。 2 4 试验结果 1 ) 不同钢渣细度及掺量水泥标准稠度凝结时间检验结果见表4 。 表4 不同钢渣细度及掺量水泥标准稠度凝结时间检验结果 2 ) 不同钢渣细度及掺量水泥强度检验结果见图1 。 铜渣掺入量， ( a ) 3 d 抗折强度 日 厶 = 世 憩 崮 辗 厶 至 毯 醺 醚 辐 钢渣掺入量， ( b ) 3d 抗压强度 钢渣掺入量，钢渣掺入量， ( c ) 2 8d 抗折强度( d ) 2 8 d 抗压强度 ( A 一比表面积3 5 0 m 2 ，k gB 一比表面积4 0 0 m 2 ，I 【gC 一比表面积4 5 0 m 2 ，k gD 一比表面积5 0 0 m 2 k gE 一比表面积5 5 0 m 2 ，k g ) 图l 水泥强度检验结果 3 分析及讨论 3 1 细度和掺量对钢渣水泥标准稠度用水量的影响 无钢渣掺入时，试验的P h 组的标准稠度最低，为2 4 2 。钢渣掺量从1 0 增加到4 0 ，水泥标准稠度 从2 5 3 增加到2 6 7 ；钢渣掺量为4 0 ，细度从3 5 0m 2 艇增加到5 5 0m 2 k g ，水泥标准稠度从2 6 7 增加到2 7 3 。即随着钢渣掺人量及细度的增加，水泥的标准稠度增大。分析原因主要是由于熟料中掺入 钢渣粉后，颗粒级配发生了变化，堆积空隙率大，需要更多的水填充空隙，并且其堆积体积也愈大，要达到相 同流动度，颗粒所需的包裹水层也愈厚，所需水量愈多，标准稠度愈大。 3 6 5 5 4 4 3 3 2 芒=、瑙骠壤蟥 万方数据 建材世界 2 0 1 2 年第3 3 卷第1 期 从以上可以看出，钢渣细度和掺量对水泥标准稠度的影响较大，合理的颗粒级配和掺量能实现颗粒间的 紧密堆积效应，降低钢渣水泥的标准稠度用水量。 3 2 细度和掺量对钢渣水泥凝结时间的影响 实验中，钢渣掺量为4 0 时，细度从3 5 0m 2 k g 增加到5 5 0m 2 k g ，水泥初凝时间从1 3 8m i n 增加到 1 9 0m i n ，终凝时间从2 0 8m i n 增加到2 6 7m i n ；在细度为5 5 0m 2 k g ，钢渣掺量从1 0 增加到4 0 时，初凝 时间从1 1 5m i n 增加到1 9 0m i n ，终凝时间从1 5 7m i n 增加到2 6 7m i n 。即随着钢渣细度增加及钢渣掺量增 加，水泥的初终凝时间均延长。分析水泥的凝结时间的长短主要取决于水化产物的多少，水化产物越多，越 容易相互搭结形成网状结构，凝结时间越短；钢渣掺量多时，水泥中熟料含量少，水泥加水后需要较长时间的 水化反应才能搭结形成一定的结构水化产物，因此凝结时间就越长。 3 3 细度对钢渣水泥强度的影响 从图l 可以看出，随着钢渣比表面积的增加，水泥的抗折抗压强度均增加。这是因为钢渣的比表面积越 大，其表面能越大，活性越高，越容易发生水化反应生成大量的水化产物，从而提高硬化浆体的致密度，强度 亦较高。从实验结果可以看出，钢渣比表面积为5 0 0m 2 k g 及以上时，随着钢渣掺量的增加，水泥3d 、2 8d 抗折和抗压强度下降速度减缓。这是由于磨细钢渣后期的水化作用，钢渣比表面积越大，其活性越高，越容 易发生水化反应，可以提高水泥的后期强度。通过试验可知，钢渣比表面积在5 0 0m 2 k g 及以上时，即使掺 量达4 0 ，也可稳定生产4 2 5 级的钢渣硅酸盐水泥，而钢渣比表面积在4 5 0m 2 k g 及以下时，可稳定生产 3 2 5 级的钢渣硅酸盐水泥。综合考虑到钢渣的活性和粉磨成本( 比表面积越大粉磨成本越高) ，钢渣粉磨到 比表面积约为5 0 0m 2 k 较为理想。 3 4 掺量对钢渣水泥强度的影响 从图1 可以看出，随着钢渣掺入量的增大，水泥抗压强度相应降低，早期强度降低尤为明显。特别是掺 量超过3 5 ，钢渣细度低于4 5 0m 2 k g 时，水泥2 8d 抗压强度下降明显。这是由于随着钢渣掺入量的增大， 水泥熟料的相对质量分数降低，早期胶凝性水化产物的生成量减少，导致硬化浆体孔隙率较高，致密度较差， 因而抗折抗压强度下降。通过实验可知，在钢渣细度为5 0 0m 2 k g 及以上时，钢渣掺量可达3 5 以上；钢渣 细度低于3 5 0m 2 k g 时，生产的钢渣水泥等级将低于3 2 5 ，不能满足国家标准要求。只有在钢渣细度高于 3 5 0m 2 k g 时，且钢渣掺量控制在4 0 以下，才能稳定生产3 2 5 级钢渣硅酸盐水泥。 分别粉磨再复配，人为调整钢渣与水泥的颗粒匹配，将其调整为钢渣细，熟料粗，此时由于钢渣颗粒总体 较细，活性较高，在水泥一钢渣体系水化时，钢渣颗粒几乎是紧跟熟料发生水化反应，使水泥的水化反应速度 与钢渣颗粒形成一定的比例关系，钢渣一水泥体系将比纯硅酸盐水泥产生更好的活性效果。 4 结语 分别粉磨混合生产优质钢渣水泥制备工艺，可有效提高钢渣的细度，大大提高钢渣粉等混合材的水化活 性，克服共同粉磨生产钢渣水泥生产工艺代来的水泥颗粒分布范围窄、均匀性差的缺陷。分别粉磨混合生产 优质钢渣水泥制备工艺，对加快水泥的水化速度，改善水泥的凝结时间，提高水泥的后期强度，提高钢渣掺入 量，降低生产成本，提高经济效益具有很好的现实意义。钢渣细度在3 5 0m 2 k g 以上时，掺量在1 0 4 0 ，均可生产3 2 5 级以上的钢渣硅酸盐水泥。钢渣细度达5 0 0m 2 k g 及以上时，即使掺量达3 5 以上， 也可生产4 2 5 级以上的钢渣硅酸盐水泥。综合以上考虑，钢渣水泥最佳控制掺数是：水泥细度4 5 0m z k g 左右，钢渣掺量3 5