（安全技术及工程专业论文）陈旧矿渣振动磨料激活及配制水泥的研究.pdf

东北人掌硕士学他论文 摘蜢 济和技术分析，认为工业生产中可以采用振动廉磨细矿渣粉，配制高标号矿渣水 泥。 关键词：矿渣，活性，振动磨，水泥，超细矿渣粉 查i ! 查望堡主堂堡鲨塞一垒里! 上_ l 垒竺工 a b s t r a c t b l a s t f u r n a c es l a gi sa ni m p o r t a n ta d m i x t u r em a t e r i a li nc e m e n tp r o d u c t i o n ，a n d c u r r e n tm o s tp a r to fc h i n e s ec e m e n ti sm i x t u r e db yb l a s t - f u r n a c ed u r i n gt h ep r o c e s s 。fc e i i - l e n tp r o d u c t i o n b u tt h ea c t i v i t yo fb l a s t f u r n a c es l a gw i l l d e c r e a s ei fi tb c s t o r e du pf o ral o n gt i m ef o rw i t h o u tb e i n gu s e d ，a n dt h e nb e c o m e s t ob eo b s o l e t es l a g b e c a u s eo ft h el o wa c t i v i t y , t h eo b s o l e t es l a g c a l ln o ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n to t c e m e n tp r o d u c t i o n ，a n dl o n g - t e r ms t o r i n gn o to n l yw a s t et h es l a gr e s o u r c e ，b u ta l s o m a k et h es l a gp o l l u t et h ee n v i r o n m e n t s t h ea u t h o ru s e sv i b r a t i o nm i l la n d b a l lm i l lt o t r e a tt h eb l a s t w f u r n a c es l a gi no r d e rt oa r o u s et h ea c t i v i t yo f o b s o l e t es l a g ，g o tt i l ei l e a l d i a m e t e ro fs l a gp a r t i c l e sw i t hc e m e n t ，t h e nm a k eu pt h ec e m e n tw i t hs l a g a r i d p o r t l a n dc e m e n t ，m e a s u r et h ep a r a m e t e ro ft h ec e m e n tp r o d u c t i o n ，f i n do u tt h a tb o t h t h et w ok i n d so fm i l l sc a r la r o u s et h ea c t i v i t yo ft h eo b s o l e t e ，b u tt h ee f f e c t sa r c d i f f e r e n t ，o n l yp a r i so ft h er a t i o n sm i l l e db yb a l l m m i l lc a ns a t i f yt h es t a n d a r do ft h e s t a t ef o rs l a gc e m e n t w h e nu s i n gt h ev i b r a t i o n m i l l ，m o s to ft h er a t i o n se x c e p t6 0 n ， o ft h e m i x i n g r a t i o n s s l a g c e m e n tc a n s a f i t y t h es t a n d a r do ft h e s t a t e u s i n g v i b r a t i o n - m i l lw i l lg e tb e t t e rr e s u l tt h a nb a l l m i l li nt h ep r o c e s so fa r o u s i n go ft h e a c t i v i t yo f o b s o l e t es l a g 。t h eq u a n t i t yo f u s i n gw a t e ro f t h et w ok i n d so fs l a gc e l n e n i b o t hd e c r e a s ea l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo ft h em i x i n gr a t i o so ft h es l a g b u ti td o e sn o t o b v i o u s l yc o m p a r e d w i 也t h ep o r t l a n dc e m e n t t h ec o n d e n s et i m eo ft h et w ok i n d so f s l a ga r eb o t hl o n g e rt h a nt h a to f t h ep o r t l a n dc e m e n t ，a n dt h e yb o t hs a t i f yt h es t a n d a r d o ft h es t a t e t h ee x p e r i m e n to f s t a b i l i t ya r eb o t h o k 。 o nt h eb a s e m e n to ft h i sr e s e a r c h ，t h ea u t h o ru s et h ev i b r a t i o n 。m i l lt ot r e a tt h e o b s o l e t es l a gi n t ot h r e ek i n d so ff i n ep o w d e r ，m a k e u pc e n l e n tw i t ht h e ma n dp o r t l a n d c e m e n t ，m e a s u r et h ep a r a m e t e ro f t h ec e m e n tp r o d u c t i o n a f t e rt h ee x p e r i m e n tt h e a u t h e rf i n do u t f l l a t ，t h e3d a y sa n d2 8d a y ss n a p i n g * s t r e n g t ho fc e m e n tm o r t a l c o n t a i n i n g d i f f e r e n ts i z e so f s l a gf i n ep o w d e r i nd i f f e r e n tm i x i n gr a t i o sb o t hd e c r e a s e a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo f t h em i x i n gr a t i o so fs l a g 。a n dt h e ya r eb o t hl o w e rt h a nt h a t 东北大学硕士学位论文 abstract o ft h ep o r t l a n dc e m e n t ，a n dh i g h e rt h a nt h es l a gc e m e n tw i t hc o m m o ns i z e s i na c e r t a i ns c o p es i z e so f t h es l a g ( 1 0 w e rt h a n2 1 4 9 e 一0 0 2 m mo f t h ed i a m e t e r ) ，t h e s h a p i n g s t r e n g t hd e c r e a s e sa l o n gw i t ht h ed e c r e a s i n go f t h es i z e s n o to n l yt h e3d a y s p r e s s u r e * s t r e n g t h ，b u ta l s ot h e2 8d a y sp r e s s u r e s t r e n g t hd e c r e a s ea l o n gw i t ht h e i n c r e a s e i n go f t h es l a gm i x i n gr a t i o s w h e nw i t ht h es a m em i x i n gr a t i o s ，t h e p r e s s u r e + s t r e n g t h a r eh i g h t e rt h a nt h ec o m m o ns i z es l a gc e m e n t t h e q u a n t i t yo f u s i n gw a t e r o f t h e t h r e ek i n d s o f s l a gf i n ep o w d e rc e m e n th a v es m a l ld i f f e r e n c e b e t w e e nt h e ma n dt h ec o m m o ns i z es l a gc e m e n ta n dt h ep o r t l a n dc e m e n t a n d t h e y a r ea l ll o w e rt h a nt h ec o m m o ns i z es l a gc e m e n t t h e e x p e r i m e n t so f s t a b i l i t ya r eb o t h o k 。 a t l a s t ，t h ea u t h e ra n a l y z e st h ef e a s i b i l i t yo f t h e a d o p t i o no f v i b r a t i o n m i l li nt h e p r o c e s so f c e m e n tm a k i n gu p 。a n dt h e n 玉器娜ac o n c l u s i o nt h a tt h e a d o p t i o no f v i b r a t i o n 。m i l li nt h ep r o c e s so fc e m e n t m a k i n gu pi sf e a s i b i l en o to n l yi nt h ef i e l do f t e c h n i q u e ，b u ta l s oi nt h ef i e l do f e c o n o m y k e yw o r d s ：b l a s t - f u r n a c e s l a g ，a c t i v i t y , v i b r a t i o nm i l l ，c e m e n t s l a gf i n ep o w d e r v 卢明 声明 本人，：i 明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的，论文取得的研究 成果除加阱标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或者撰写过的研究 成果，也刁；包括本文为获得其它学位而使用过的材料。与我一起工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示感谢。 本人签名：锱们 日期：弘，、尼 东北人学碗学他论文 筅一章绪论 1 。绪论 1 1 水泥及其生产概述 1 1 1 水泥的定义和分类 加入适量承居可戏塑性浆钵，黢戆在空气中硬化，又毙在水中礤纯，并能 将砂、石等材料牢固地胶结在一起的宝眦粉状水硬性胶凝材料，通称为水泥。“。 水泥硬化时，水泥熟瓣中盼主要成份与水作用，将发生如下水化反应： 2 ( 3 c a o s i 侥) + 6 h 2 0 = 3 c a o 2 s i o l 3 h 。o + 3 c a ( 强) 。 2 ( 3 c a o sj o 。) + 4 h 2 0 = 3 c a o 2 s i 0 2 3 h 。o + c a ( o h ) z 3 c a o a l1 0 。+ 6 h ：o = 3 c a o a 1 。o 6 h 2 0 4 c a o al ：穆t f e ：魏+ 7 h 。o = 3 c a o a 1 。岛6 h 2 0 + c a o f e 2 铙氆0 水泥与水混合后发生水化反应。其反应过程是一个复杂的过程。水泥加水拌 和后，分散在水中的水混颗粒开始与水发生水化反j 激，在水泥颗粒表面逐渐形成 承能避，随着承忧反应戆进霉亍，膜层长厚蒡互穰连接，浆钵逐滚失去滚动注，产 生“初凝”，随着反应的继续，逐渐完全失去可塑性，并开始产生结构强度，即 为水泥的“终凝”。水化反应的进一步发展，水化产物不断填充细毛孔，水泥 浆 搴逐濒转变为其骞一是强度驰拳涯磊固体，郄为求滋载“硬纯”。承混中豹e ，s 成份，有利于2 8 天内的强度快速增长，同时较多的c 擅也有益于水泥石l 3 天 或稍长时间内的强度增长，c ：s 的成份有益于水泥厝期强度的增长。 承混鹩耱类缀多，按其羁途和篷缝露分为：遴角承涎、专灞东混鞫特性承 泥三大类。通用水泥为大量土木工程一般用途的水淀，如礁酸盐水泥、普通硅酸 盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硪酸盐水泥、粉煤灰礁酸盐水泥和复合硅酸 赫承泥。专臻承淀搓育专门臻途豹隶溅，魏滚井承淀、磺襞东泥等。露特往隶淀 则是某种性能比较突出的一类水泥，如快硬硪酸盐水泥、抗硫酸礁酸盐水泥、中 热硅酸盐水淀、膨胀硫锚酸盐水泥、自应力锅酸盐水泥等。 按所含麓主要求硬镌矿兹，零透露分秀硅酸熬承滠、硫酸藏东淀、磙锯酸 查! ! 查堂堡主堂垡丝塞 塑二童堕堡 盐水泥、氟铝酸盐水泥以及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目前水泥 品种已达+ 百多种。 1 i 2 水泥工业在国民经济中的地位和作用 水泥是建筑工业三大基本材料之一，可广泛应用于民用、工业、农业、水 利、交通和军事工程。虽然制造水泥能耗较大，但它与砂、石等集料制成的混凝 i f - 女 j 是一种低能耗的建筑材料。例如，在相同载荷的条件下，混凝土柱的能耗仅 为钢柱的七分之一，砖柱的四分之一。因而，在今后很长一个时期内，水泥仍然 是主要的建筑材料。水泥有许多优点：水泥浆有很好的可塑性，可制成各种形状 和尺寸的混凝土构件；适应性强，可用于海上、地下或干热、严寒地区以及耐侵 蚀、防辐射等特殊要求的工程；耐久性好，水泥混凝土既没有钢材的生锈问题， 也没有木材的腐朽等缺点，更没有塑料制品的老化、污染等问题。因此，水泥不 但大量应用于工业民用建筑，还广泛应用于交通、水利、农林以及海港等工程， 宇航工业、核工业以及其他新型工业的建设，也需要各种无机非金属材料，其中 最为基本的都是以水泥基为主的新型复合材料，因此，水泥工业有着及其广阔的 前景。 1 1 3 水泥工业发展概况 水泥作为工业性产品的实际应用，至今已有1 6 0 多年，水泥工业的生产规模 不断扩大，工艺和设备不断改进，品种和质量也有很大的发展。1 8 2 6 年出现了 第一台浇水泥用的自然通风的普通立窑，1 9 1 0 年实现立窑机械化连续生产。1 8 8 5 年出现第一台回转窑，有效地提高了产量和质量，使水泥工业进入了回转窑阶段。 1 9 2 3 年立波尔窑的出现，使水泥工业出现较大的变革，窑的产量明显提高，热 耗显著降低。2 0 世纪5 0 年代初悬浮预热器的出现，使热耗大幅度较低。6 0 年代 电子计算机开始应用于水泥工业，1 9 7 1 年日本人开发了预分解窑技术，从而使 水泥工业生产技术有重大突破。立磨、辊压机、原料预均化、生料均化以及x 射 线荧光分析等技术的发展应用使干法水泥生产的熟料质量明显提高，能耗进一步 降低。由于应用了电子计算机和自动控制技术，许多先进的水泥厂都已采用了全 i ! ：些叁堂塑主堂蔓笙塞 厂集中控制，巡回检查的方式 等 序等实现了自魂控铡。 第一章绪论 在矿山开采、生料和烧成车间、以及包装和发运 i 1 。我嚣水泥王韭发展状况及箕存在的闯越 非水硬性胶凝材料瀚发展在我图已有几千年历史，简水泥工业刚开始予 1 8 7 6 年终露i 凄由建立豹窟戆洋灰公司，戳惹又秘继在灏l 以及广州、上海、 南京等地建立水泥厂。但在解放前，水泥工业发展非常缓慢，历史最高水平年产 量( 1 9 4 2 年) 仅膏2 2 9 万吨。按人均消费水泥量计算，约为当时美国、比利时 等露黢i 1 5 0 。露虽承混菇耱只褰普通穗酸蕊承淀窝巍售硅液羹承泥等曩个晶季申。 解放后我国水泥工业发展迅速，从1 9 4 9 年的6 6 万吨提高到了1 9 9 4 年的4 亿吨， 2 0 0 0 年的产量更达到5 7 7 亿吨，占全世界总产量的i 3 以上。滤续多年产量屠 睦界第一位。承泥热释也鼓舞敖榜絮懿2 3 狩疆船到嚣羲瓣运8 0 耱。除了满足 一般建筑工程需要外，还能生产石油、水电、冶金、化工等许多部门需要的专用 水泥和特性水泥。利用工业废渣生产水泥，也取得较好的效果。同时不断引进消 纯吸收著发袋耨毅术、耨工艺器载设餐，在1 9 7 6 年建立7 第一条烧涵颈分勰窑 生产线后，已自行研制设计了全国多处预分解窑等。我国在水泥熟料煅烧、粉磨、 熟料形成、水泥新矿物系列、水化硬化、混合材、节能技术等有关基础理论以及 测试方法豹错究霸巍用等方瑟，遣取终了喜人粒逶袋。 虽然我国的水泥生产取得了很大的成绩，但与世界先进水平相比，我国水 泥：【：业还存在很多问题，如生产技术落后，生产效率低，能耗高。经济效益差， 久均产量低，供需矛詹突密，不缱漾是建设妥求等。诧舞，j 丕存衣着枫械纯稻蠢 动化水平较低，设备制造能力差等问题，而最主要的是，环境污染严重。水泥生 成过程中，会产生大量的粉尘，包括生产过程中燃料燃烧产生的粉尘和水泥颗粒 妻。敬裂空气中产生翡粉尘。遮骜粉尘鲡不麓及辩霞羧帮褥到控锱，将会对环境造 成严羹影响，并对周边人群产生十分严重的危害。水泥生产过程中的环境保护闽 题，怒我国环保事业中十分关注的一个方面。 第一章绪论 1 1 5 我国常用水泥生产工艺 目前我国水泥品种虽然很多，但大量使用的是硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、 渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等 六类。在此将以硅酸盐水泥生产为例，简单说明我国水泥的生产工艺。 生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料和粘土质原料。石灰质原料提供 c a o ，它可以采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料主要提供s i o ：、 a 。0 及少量p e 。0 ，可以采用粘土、页岩等。有时还配入辅助原料，如铁矿石等。 硅酸盐水泥生产过程中，首先将几种原料按适当比例混合后在磨机中磨细， 制成生料，然后将生料入窑进行煅烧。煅烧后获得的黑色球状物即为熟料，熟料 与少量石膏混合磨细后即成水泥。煅烧是生产水泥的主要过程，熟料中矿物的组 成都是在这一过程中形成的。煅烧时，首先生料脱水并分解出c a o 、s i o 。、a 1 。0 。、 f e 。0 等，然后，在更高的温度下，c a o 与s i o 。、a 1 。0 ，、f e 。0 。相结合，形成新的化 合物，称为水泥熟料矿物。 综一| ：所述，水泥的生产过程可概括为“两磨一烧”，见下图1 1 所示。 图1 1 水泥生产简单工艺流程 1 2 水泥混合材料及矿渣水泥 1 2 1 水泥混合材料 在磨制水泥时，为了改善水泥性能、调节水泥标号、增加水泥产量、降低能 耗而掺入水泥中的人造或天然矿物材料，称为水泥混合材料。 尔北人学硕_ j 学位论文 第一章绪 = 仑 目前所用的混合材料中，大部分是工业废渣，因此，水泥中掺加混合材料又 是废渣综合利用的重要途径，有利于环境保护。因而生产掺混合材料的水泥，在 技术上和经济二都具有重大的意义，并且还有巨大的社会效益和环境效益。我困 日前所生产的水泥中，大多数为掺混合材料的水泥，所用混合材料的数量约占水 泥产量的1 3 i 4 。 水泥工业所用的混合材料种类很多，通常按照它的性质分为活性和非活性两 大类。 凡是天然的或人工的矿物质材料，磨成细粉，加水后本身不硬化( 或有潜在 水硬活性) ，但与激发剂混合并加水拌和后，不但能在空气中而且能在水中继续 硬化者，称为活性混合材料。 按照成份和特性的不同，活性混合材料有各种工业炉渣( 粒化高炉矿渣、钢 渣、化铁炉渣、磷渣等) 、火山灰质混合材料和粉煤灰三大类，它们的活性指标 均应符合国家标准或专业标准。 非活性混合材料是指活性指标达不到活性混合材料要求的矿渣、火山灰材 料、粉煤灰以及石灰石、砂岩、生页岩等材料。一般对非活性混合材料的要求是 对水泥的性能无影响。有些非活性混合材料，仅能起到填充作用，如砂岩，它不 含与c a ( o h ) ：起反应的组分，但可改善水泥的颗粒组成，可能对水泥强度提高 有利。但有些非活性混合材料不仅仅起填充作用，如石灰石中c a c o i 。可与熟料中 的c a 作用生成水化碳铝酸钙c a c o 。q a 1l h ：0 ，对水化硫铝酸钙起稳定作用， 提高早期强度。但石坎石也不含有能与c a ( o h ) ：反应的活性组分，因此它虽可 促进水泥早期强度的发挥，但对后期强度没有什么贡献。因此，非活性混合材料 与活性混合材料的区别在于：非活性混合材料不舍有与c a ( o h ) ：起反应生成c s h 凝胶的活性组分，即没有吸收c a ( o h ) 。的能力；另外，它对水泥的后期强度基 本无贡献，即掺非活性混合材料的水泥强度与硅酸盐水泥强度的比值，基本上不 因龄期的变化而变化。 1 2 2 粒化高炉矿渣 高炉矿渣是冶炼生铁的废渣。高炉矿渣生产时，除了铁矿石和燃料( 焦炭) 之外，为了降低冶炼温度，还要加入相当数量的石灰石和白云石作为溶剂。它们 东北火学硕十学位论文第一章绪论 在高炉内分解所得的氧化钙、氧化镁和铁矿石中的废石及焦炭中的灰分相熔化， 生成主要组分是硅酸钙( 镁) 与铝硅酸钙( 镁) 组成的矿渣，一般密度为2 3 2 8 9 c m 3 ，比铁水轻，因而浮在铁水上面，定期从排渣口排出后，经急冷水淬处 理便成粒状颗粒，这就是粒化高炉矿渣。我国各地钢铁厂的粒化高炉矿渣多呈疏 松多孔结构，体积密度只有8 0 0 k g m 3 左右，其玻璃体含量一般在8 5 以上，粒化 高炉矿渣单独水化时具有微弱的水硬性，但与水泥、石灰、石膏在一起水化时却 有很大的水硬性。 矿渣含有s i o 。、a 1 。0 、c a o 、m g o 等氧化物，其中前三者一般占9 0 以上。另 外还有少量的m n o 、f e 。0 。和一些硫化物，如c a s 、m n s 、f e s 等。在个别情况下， 还可能含有t i o ：、p 2 0 。和氟化物等。我国一些钢铁厂的高炉矿渣成份见下表1 ，l 。 表1 1我国一些钢铁厂的高炉矿渣成份( ) t a b l e l 1t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no fb l a s t - f u m a c es l a gi nc h i n e s e p l a n t s 厂名s i 0 2a 12 0 3f e 2 0 3m n oc a o m g o s 鞍山钢铁公司 3 8 2 88 4 01 5 70 4 84 2 6 67 4 0 鞍山钢铁公司3 2 2 79 9 02 2 51 l _ 9 53 9 2 32 4 70 7 2 本溪钢铁公司 4 1 4 76 4 12 0 8o 9 94 3 3 05 2 0 本溪钢铁公司 4 0 1 08 3 1o 9 61 1 34 3 6 55 7 5o 2 3 石家庄钢铁公司 3 8 1 31 2 2 2o 7 31 0 83 5 9 21 0 3 3l _ 1 0 武汉钢铁公司 3 8 8 31 2 9 21 4 61 9 53 8 7 04 6 30 0 5 重庆钢铁公司 2 7 0 21 5 1 32 0 81 7 7 43 3 1 52 3 1 一 硅酸盐水泥熟料的成份主要由s i o ：、a 1 ：0 。、c a o 和f e 。0 。等四种氧化物组成 其含量总和一般在9 5 以上，其成份波动范围见下表1 2 所示。 表1 2硅酸盐水泥主要成份 t a b l e l _ 2t h em a i nc h e m i c a le o m p o s i t i o no fp o r t l a n dc e m e n t 主要成份c a os i 0 2 a 12 0 3 f e 2 0 ： 质量范围6 2 6 7 2 0 2 4 4 7 2 5 1 5 从以上两表可以看出，粒化高炉矿渣的化学成份与水泥熟料相似，只是c a o 低而s i o 。含量高。而且，各种粒化高炉渣的成份差别很大，同一工厂生产的矿渣， 化学成份也不完全一样。矿渣中的s i o ：、a 1 。0 ，、c a o 等氧化物主要形成玻璃体。 东北人学硕士学位论文第一章绪论 矿渣的活性主要取决于化学成份和成粒质量，根据国家标准，对粒化高炉渣的质 量要求是： 质量系数k = 面c a 万0 1 i + i m 面g o 历瓦+ 了a 再1 2 而0 3 i 1 2 从上式可以看出，c a o 含量高的矿渣活性高，因为c a 0 是b - - - c 。s 的主要成 份。a l 。o 。含量高，矿渣活性高，因为它在碱及硫酸盐的激发下，强烈地与c a ( o h ) ：及c a s o 。结合，生成水化硫铝酸钙及水化铝酸钙。m g o 在一定范围内可以降低矿 渣溶液的粘度，促进矿渣玻璃化，从而对提高活性有利，s i o 。含量高的矿渣粘度 大，易于形成玻璃体。m n o 使矿渣形成锰的硅酸盐和铝硅酸盐，其活性比钙硅酸 盐和铝硅酸盐的活性低。t i o 。与c a o 作用生成无活性的c a o t i o 。，消耗了对矿 渣活性有利的c a o 。钛含量太高，会导致矿渣质地坚硬，还影响磨机产量。 矿渣的成粒质量对活性影响也很大。成粒质量除与其化学成份有关外，还与 矿渣的熔融温度和冷却速度有关。一般说来，矿渣熔融温度越高，冷却速度越快， 则矿渣玻璃体含量越高，活性就越好，质量越高。 1 2 3 矿渣水泥及其特点 矿渣水泥是在硅酸盐熟料中掺入粒化高炉矿渣而制成的水泥，与硅酸盐水泥 相比有以下几个特点： 矿渣水泥加水后的水化过程相对缓慢，一般分两步进行：首先是水泥熟料颗 粒化，接着矿渣受熟料水化时析出的c a ( o h ) 。及外掺石膏的激发，其玻璃体中 的活性氧化硅和活性氧化铝进入溶液，与c a ( o h ) 。反应生成新的水化硅酸钙和 水化铝酸钙，因为石膏存在，还生成水化硫铝酸钙。水化分两步进行，因此凝结 硬化慢，早期( 3 天，7 天) 强度低。但在凝结硬化后期生成的水化硅酸钙凝胶 逐渐增多，所以其后期强度发展较快，将赶上甚至超过硅酸盐水泥。 矿渣水泥中熟料的减少，使水化时发热量高的c 。s 和c 。a 相对减少，故水化 尔北大学硕士学位论文第一章绪论 热较低，可在大体积混凝土工程中优先选用。 矿渣水泥水化产物中c a ( o h ) ：含量少，碱度低，抗碳化能力较差，但抗溶 出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力较强。 矿渣颗粒亲水性较小，故矿渣水泥保水性较差，泌水性较大，容易在水泥石 内部形成毛细通道，增加水份增发。 因此，矿渣水泥千缩性较大，抗渗性、抗冻性和抗干湿性交替作用的性能较 差，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程中。 矿渣水泥的水化产物中氢氧化钙含量低，而且矿渣本身是水泥的耐火掺料， 因此其耐热性较好，可用于耐热混凝土工程中。 矿渣水泥水化硬化过程中，对环境的温度、湿度条件较为敏感。低温下凝胶 硬化缓慢。但在湿热条件下强度发展很快，故适于采用蒸汽养护。 1 2 4 矿渣水泥技术性质标准及参数意义 1 2 4 1 矿渣水泥技术性质标准 国家标准规定，硅酸盐水泥分为4 2 5 、4 2 5 r 、5 2 5 、5 2 5 r 、6 2 5 、6 2 5 r 六个等级，其他五种水泥分为3 2 5 、3 2 5 r 、4 2 5 、4 2 5 r 、5 2 5 、5 2 5 r 六个等 级，其中r 代表早强型水泥。矿渣水泥的3 d 、2 8 d 强度要求见下表1 3 所示。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 表1 3矿渣水混技术俄质标椎 t a b l e l 。3t h et e c h n i c a ls t a n d a r do fs l a gc e m e n t l项目矿渣水泥 细度0 0 8 m m 方孔筛筛余量 4 5 m i n 溅结时问 终搬 i 2 ， 满足矿渣水泥生产要求。但因露天堆放至今年9 月，时间已经超过7 年，可视 为陈旧矿渣。矿渣的质量评定方法常用的有三种“3 ，除了计算质量系数的化学 分析方法外，还有强度实验法和岩相法。强度实验法是将矿渣和硅酸盐水泥熟 料及石膏以一定比例混合均匀，配成矿渣硅酸盐水泥，并保持掺量和水泥细度 一样，以标准实验方法，分别测定掺加矿渣的水泥和纯净硅酸盐水泥的3 天和 2 8 天强度，然后按以下公式计算强度比r ： 。一 矿渣水泥强度1 0 0 纯熟料水泥强度x ( 1 0 0 一矿渣掺加百分数) 由上式可见，矿渣如无活性，强度比为1 ，强度比r 愈大，则矿渣的活性 也越好。 6 东就大学硕士学位论文第二牵陈l g 矿渣活瞧激活静掰究及绐桑分析 岩相法是用显微镜观察矿渣中的玻璃体含量，并测定其折光率，可评定矿 渣的活性。大量的研究表明，活性较高的矿渣，其玻璃体含量多，且折光率大 于1 。6 0 。 为了直观评价陈1 日矿浚活性激发效果，本实验拟参考强度实骏法，将经振 动磨激发后的矿渣粉和成晶硅酸艋水泥以一定比例混合均匀，配成混合粉，以 檬准实验方法，割戏标准试 孛，分裂溺定其3 天窝2 8 天菰辑强度、藐嚣强度、 标准稠度用水量、凝结时间、安定性等参数，与纯硅酸盐试件对比，考察活性 激活效果。为对比球磨机与振动廉激发陈旧矿渣效果，同时使用球磨机磨制接 近矿滚水泥糖疫煞轳渣，瓤隶l 标准试箨，溅定箕稳关参数，与振韵癌激发效暴 进行对比。 ( 2 ) 硅酸盐水泥 慕惩大涟小舅溺东漉蠢限公褥生产豹5 2 + 5 号碴酸盐承溅。 ( 3 ) 标准砂 采用厦门标准砂公司嫩产的标准砂，1 3 5 0 9 袋。 ( 4 ) 窳 采用自来水。 2 1 。1 2 实验设冬 ( 1 ) 援动蹙 采用实验室用3 m z - 3 0 a 型振动磨，容积3 0 l ，振动频率2 4 3 h z 。 ( 2 ) 球磨机 采溺实骏塞雳夺囊球赛规，玲1 9 0 x 2 0 0 m m ，楚型，长誊深矿瓿械厂生产， 9 6 r m i n 。 ( 3 ) 水泥胶砂搅拌机 采鼹沈鼹枣l l 方检溺纹器厂生产的簿星式农涯黢砂搅拌壤，这耱攫搏瓤霞 工作时搅拌叶片既绕自身轴线自转又沿搅拌锅周边公转，运动轨逑类似行星轨 迹而得名。 ( 4 零混茨轸振安裔 采用沈阳市北方检测仪器厂生产的z t 9 6 型i s o 水泥胶砂振实蠹。由可以跳 东北大学硕士学位论文第二章陈| 日矿渣活径激活豹研究及鳍采分析 动的台搬和使其跳动的凸轮等组成，振螺1 5 m m + o 3 m m ，振动频率6 0 次( 6 0 s 2 s ) 。 ( 5 ) 抗压蜜验凝 采用长誊市第一材料实验厂艇产的y e - 3 0 0 渡压式压力实验挑。 ( 6 ) 抗折实验机 慕臻海j t 省献瑟东方建筑仪器综舍厂主产鹃k 1 j - 6 0 0 黧电动抗辑实验梳。 最大负荷6 0 0 0 n ，糕度1 。 ( 7 ) 试模 为可卸秘三联模，峦隔扳、端板、岚痉等缀成，模稽肉靛足寸为4 0 m i n x 4 0 m m 1 6 0 m m 三边互相熏直。 ( 8 ) 水泥净浆搅拌机 ( 兮) 标准稠凌与凝结对潮溺定仪 2 1 2 实验方法 2 1 2 1 陈l 翻矿渣的磨细 本实验采用的黢l 爨矿渣呈获巍色，颞粒大小不一，蓄炎取少量敖入磺钵中 研磨，发现其较难磨细。称取3 0 0 9 ，加入实验象小型球磨机中，根据经验，填 充率为0 3 5 ，分别研磨2 0 、2 5 、3 0 、4 0 分钟艏，取样3 0 9 ，用0 0 8 0 m m 筛子湿 式筇掇，共计箨产赫黥爨下委分搴，经实验发联，当獗瘗至3 0 分键瓣，冒戳达 到0 0 8 0 m m 筛下超过9 0 ，略小予普通水泥粒度( 普通水泥粒度为0 0 8 0 m m 筛 上不得大于1 0 ) 。然后荐称取2 0 0 0 9 样品放入实验窿用振动磨中，填充率为 0 ，3 5 ，分别磺磨i 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 分镑，采耀与上述耱爨熬实骏套； | 澎式l 析，发现当研磨时间为2 5 分钟时，0 0 8 0 m m 筛下超过9 0 ，样品粒度接j 厦水泥 粒度。闺实验过程中很难保证使球磨机和振动磨磨制矿渣粒度完全一致并和普 逶承淀粒度一群，故本实验暴援上述嚣耱粒度矿渣骚究糖关牲矮。 2 。l 。2 2 试箨残整 先将试挟滚净，西弱的模板岛底窿的接触两上涂好油，紧密装配，防止漏 浆，内壤均匀刷一薄层机澳。 东北大学硕士学位论文第二章陈旧矿渣活性激活的研究及结果分析 将硅酸盐水泥与不同方法磨制的矿渣粉按不同比例配好，总质量为4 5 0 9 ， 水泥与标准砂的质量比为1 ：3 ，水灰比为0 5 。每成型三条试件称量配置好的 水泥4 5 0 9 ，标准砂1 3 5 0 9 ，拌和用水量2 2 5 9 。 将2 2 5 9 水加入搅拌机锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定 位置。立即开动机器，低速搅拌3 0 s 后，在第二个3 0 s 秒开始时均匀地将砂予 加入。把机器转至高速再拌3 0 s 。停9 0 s ，在第一个1 5 s 内用刮具将叶片上和锅 壁上的胶砂刮回锅中，再高速下继续搅拌6 0 s 。 在搅拌结束后，用勺子将胶砂从锅里分两层装入固定在振实台上的试模里， 装第层时，每个槽里约放3 0 0 9 胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部，沿每个 模槽来回一次将料层播平，振实6 0 次，再装第二层胶砂，用小播料器播平，再 振实6 0 次。移走模套，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似9 0 0 的角度 架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另端移动， 一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺在近乎水平的情况下将试件体 表面抹平。 将试模放在地面上，自然存放2 4 小时。 2 4 小时后，脱模，在试模上作好标记，并将试模放入雾室中，水平或竖直 放置，水平放置时刮平面朝上，蒸汽养护3 天至2 8 天。 2 1 2 3 抗折强度实验 当试件蒸汽养护至3 天和2 8 天后，分别测定其抗折强度。方法按如下操作： 将试件从养护室中取出后，一个侧面放在实验机支撑圆柱上，试件长轴垂直与 支撑圆柱，通过加荷圆柱以5 0 n s l o n s 的速率均匀地将载荷垂直地加在试件 相对侧面上，直至折断，记录读数。以三个试件测定值的算术平均值为抗折强 度的测定结果。 2 1 2 4 抗压强度实验 抗折强度实验后，折断的一个试件的两部分立即进行抗压实验。将试件折 断后的两个断块分别放入液压式压力实验机的抗压夹具中，以2 4 0 0 n s 2 0 0 n s 的速率均匀地加荷直至断块被破坏，记录。以一组三个试件得到的六个断块测 东j 匕大学硕士学位论文第二章陈旧矿渣活性激活的研究及结果分析 得的抗压强度值的算术平均值作为实验结果。 2 1 2 5 水泥标准稠度用水量测定 首先准备水泥净浆，称取5 0 0 9 水泥试样倒入搅拌锅内，先将锅放到搅拌机 锅座上，升至搅拌位置，开动机器，同时徐徐加入1 4 2 5 m l 拌和用水，慢速搅 拌1 2 0 s ，停止搅拌1 5 s ，接着快速搅拌1 2 0 s ，然后停机。拌和结束后，立即将 拌好的净浆装入锥模内，用小刀插捣、振动数次，刮去多余净浆并抹平后迅速 放到试锥下面固定位置上，将试锥降至净浆表面，拧紧螺丝；然后突然放松， 让试锥自由沉入净浆中，到试锥停止下沉时记录下沉深度。根据测得的试锥下 沉深度s ( m m ) 计算得到标准稠度用水量p 。 2 1 2 6 水泥凝结时间测定 将标准稠度测定仪的试锥换成试针，装净浆用的锥模换成圆模。将圆模放 到玻璃板上，调整凝结时间测定仪，使试针接触玻璃板，指针对准标尺零点。 称取水泥试样5 0 0 9 ，以标准稠度用水量( 本实验都取2 5 0 ) 拌制水泥净浆， 并立即将净浆一次装入圆模，振动数次后刮平，然后放入养护箱内，记录开始 加水的时间为凝结时间的起始时间。 试件在养护箱中养护至加水3 0 m i n 后进行第一次测定。测定时，从养护箱 中取出圆模放到试针下，使试针与净浆面接触，拧紧螺丝，l 2 s 后突然放松， 试针垂直自由沉入净浆，观察试针停止下沉时指针读数。当试针沉至距底板2 3 m m 时，即为水泥达到初凝状态，当下沉不超过0 5 l m m 时为水泥到达终凝状 态。临近初凝时，每隔5 m i n 测定一次，临近终凝时，每隔1 5 m i n 测定一次。在 到达初凝或终凝状态时立即重复测定一次。当两次侧定结果相同时，认为到达 初凝或终凝状态。 2 0 尔北大学硕士学位论文第二章陈旧矿渣活性激活的研究及结果分析 2 2 实验结果及分析 2 2 1 陈旧矿渣抗折强度实验结果 陈旧矿渣分别经球磨机和振动磨磨料后以不同取代率添加到硅酸盐水泥 中，按国标规定方法制成试件的3 天、2 8 天抗折强度结果见下表2 2 ，表中抗 折强度数值为3 试件平均值。 2 1 嵛等汁姆矧睁昧鑫_卺漪 潞h精辩一ei肆簖辞尊簿i苦吕逄蛩溶辟她串蔓 涨n辩涨潮蓬群鼙溉 一m争ho啮_，o：弘q淤一叫。毒阳一o叶noiilo=一目o_一mp叶no：一i_=了疑】_口。每&o叫 镦蒜蒸澳 辞礴碍 煎 瀑甚群过 礴碾*辨 羹整藩 止 c n 始 鐾星 o 景霎星鬃霎 。禽 誉 懈 n 、 * 0 0qn 一 ooooo 赫 幕 蠢沿 密 0o o。 凑法 ooo 忡 莉 巳。o ， 豢 巴 乇nn0 1 o o oo o o o o 晦 n n nn * c 九c 丌 s ao矗矗盛 + 痒o 。时d 一 书 涟 瀹 v 旧 舔 n l 齐 洋 h 曲 3 、 0 10 10 1 0 1 冲 慨3do o 建 tt v o0 0 一 o 4 、 潦 n”h 0 洳 _ i 材 c nc 丌c 九 匀，0 痂 查! i 焘兰堡主鲎望笙塞釜三璧堕i 璧至堕堡照塑重塑堕窒垄堕墨坌堑 根据上述结果绘制两种不周磨料方式、不同取代率试传拭折强度与取代率 的曲线关系见图2 1 图2 2 所示。 75 70 e5 誊” 糍 恻55 鼎 羹s o 45 t 。 35 o1 0辣4 q韶80 矿涪捧 奉( ) 图2 13 天抗折强度与矿漩掺入比例关系 f i g 2 1t h e e f f e c to f s l a g m i x i n gr a t i o so i lt h e3d a y ss n a p i n gs t r e n g t h 1 0 9 善 疆 遥e 鼎 塔 蟮7 6 o1 0 i o3 54 05 0 矿基棒 率辩 图2 22 8 天抗折强度与掺入矿溉比例关系 f i g 2 - 2t h ee f f e c to f s l a gm i x i n gr a t i oo nt h e2 8 d a y ss n a p i n gs t r e n g t h 扶上述实验数攥朗拭拆强度慧矿渣掺入塞关系兹线霹以看鑫，无论燕采鬟 球磨机磨制逐是振动磨磨制的陈旧矿渣，在接近水泥粒度时，配制的水泥的3 垒j ! 查鲎篓主堂堡垒塞 整三耋堕里芷堕垩整塑亟签笙茎塾整墨坌翅 天和2 8 天抗折强度均比对照硅酸盐水泥有明最下降，丽且，同一种磨料方式时， 抗折强度随着矿渣掺入比率的增加而下降。采用两种方式磨料时，两种掺入矿 渣静隶混在矿渣掺入量餐予6 蹶辩，3 天抗辑强度都可敬满足国家规定的5 2 5 号矿渣水泥的抗折强度。不过，猥用球磨磨料方式的水泥在掺入比例6 0 时，3 天抗于厅强度刚刚满足国家5 2 5 母水泥标准，瓶2 8 天抗折强度采用球磨磨料时 仅戆满足3 2 5 号东淀标潦。就摭薪强浚来谎，采丽搬动蘑籽静方式院采稻球鸯 磨料的方式获得的水泥的抗折强度