矿渣在水泥生产中的应用.doc

矿渣在水泥中的应用 08030241 刘翠侠 目录矿渣粉研究分析.3矿渣水泥活性研究.6不同矿渣水泥水化情况的微观分析.11磨细矿渣对水泥基材料热膨胀性能影响的研究.14粉煤灰及矿渣对硬化水泥石干缩变形的影响.17矿渣细度与掺量对水泥性能的影响.22矿渣粉颗粒群参数对矿渣活性和混合水泥性能的影响.25矿渣掺量对水泥基材料抗硫酸镁侵蚀性能影响的研究.33温度对矿渣水泥活性的影响.37大掺量矿渣硅酸盐水泥性能的改进及优化.40熟料和矿渣比表面积与水泥浆体流变性的线性关系.44矿渣微粉对水泥砂浆泌水性能影响的研究.48高活性矿渣粉对矿渣水泥性能的效应.53高掺量矿渣水泥的水化物相分析.59小结.67 矿渣粉研究分析1定义：矿渣粉是粒化高炉矿渣粉的简称，是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料（焦炭）之外，为降低冶炼温度，还要加入适量的石灰石和白云石作助熔剂，他们在高炉内分解所得的氧化钙、氧化镁和铁矿石中的废矿，以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐和铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后粉磨所得的粉体材料，矿渣粉以无定形的玻璃体结构为主，含少量的结晶型矿物。因矿渣中玻璃体含量多，结构处在高能量状态，不稳定，潜在活性大，需磨细才能将其潜在活性发挥出来。它是一种优质的混凝土掺合料，由符合GB/T203标准的粒化高炉矿渣，经干燥、粉磨，达到相当细度且符合相当活性指数的粉体。2主要成分：不同钢铁厂的矿渣的化学成分差异很大，同一钢铁厂不同时期排放的矿渣有时也不一样，在应用矿渣时要按批次检测其化学成分的变化。矿渣中各氧化物对水泥质量的影响如下：（一）氧化钙氧化钙属碱性氧化物，是矿渣的主要成分，一般占40%左右，他在矿渣中化合成具有活性的矿物，如：硅酸二钙等。氧化钙是决定矿渣活性的主要因素，因此，其含量越高，矿渣活性越大。（二）氧化铝氧化铝属酸性氧化物，是矿渣中较好的活性成分，他在矿渣中形成铝酸盐或铝硅酸钙等矿物，有熔融状态经水淬后形成玻璃体。氧化铝含量一般为5%15%，也有的高达30%；其含量越高，活性越大，越适合水泥使用。（三）氧化硅氧化硅微酸性氧化物，在矿渣中含量较高，一般为30%40%。与氧化钙和氧化铝比较起来，它的含量是过多了，致使形成低活性的低钙矿物，甚至还有游离二氧化硅存在，使矿渣活性降低。（四）氧化镁氧化镁比氧化钙的活性要低，其含量一般波动在1%18%，在矿渣中呈稳定的化合物或玻璃体，不会产生安定性不良的现象。氧化镁可以增加熔融矿物的流动性，有助于提高矿渣粒化质量和提高矿渣活性。因此，一般将氧化镁看成是矿渣的活性组份。（五）氧化亚锰氧化亚锰对水泥的安定性无害，但对矿渣的活性有一定的影响。其含量一般应限制在1%3%，如果超过4%5%，矿渣活性明显下降。在锰铁粒化高炉矿渣中可以放宽到15%，这是因为锰铁矿渣中氧化铝的含量较高，而氧化硅含量较低。（六）硫矿渣中硫较多时，可使水泥强度损失较多；但硫化钙与水作用，生成氢氧化钙起碱性激发作用；氧化亚锰的存在不仅使硫化物形成有害的硫化锰，而且使硫化钙相应减少。（七）氧化钛矿渣中的钛以钛钙石存在，使矿渣活性下降。国家标准中规定矿渣中的二氧化钛含量不得超过10%。（八）氧化铁和氧化亚铁在正常冶炼时，矿渣中的氧化铁和氧化亚铁含量很少，一般为1%3%，对矿渣的活性影响不大。3要求：按国标用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉（GB/T18046-2000）规定，对矿渣粉有八项技术要求：密度、比表面积、活性指数、流动度比、含水量、三氧化硫含量、氯离子含量、烧失量。具体指标列于下表： 4用途：炉矿渣微粉主要用途是在水泥中掺和以及在商品混凝土中添加，其利用方式各有所不同，归结起来，主要表现为三种利用形式：外加剂形式、掺合料形式、主掺形式。矿渣微粉等量替代各种用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明显的改善混凝土和水泥制品的综合性能。5优点：矿渣微粉作为高性能混凝土的新型掺合料，具有改善混凝土各种性能的优点，具体表现为： 1）.可以大幅度提高水泥混凝土的强度，能配制出超高强水泥混凝土； 2）.可以有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高水泥混凝土的耐久性； 3）.可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能，特别适用于抗海水工程； 4）.可以显著减少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性； 5）.可以显著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗渗性； 矿渣水泥活性研究 张永娟,张雄(同济大学材料学院,上海200092)摘要:将矿渣、水泥粉磨成不同细度,以不同掺量、细度的矿粉与水泥相配伍,探讨其与矿渣水泥强度(以活性指数表示)的关系.研究表明,在矿渣低掺量(质量分数25%)时,矿渣水泥早期(7 d)胶砂活性指数与矿渣水泥总体细度、水泥与矿渣的细度差均有关,即细度差愈大,总体细度愈粗,活性指数愈高;当矿渣掺量(质量分数)大于50%,细度差与早期活性有更大的关联性!细度差愈大,活性指数愈高.矿渣水泥后期(28 d)胶砂活性则与矿渣水泥总体细度的关联性很大,细度愈细,活性愈高;而水泥与矿渣的细度愈接近,活性愈高.关键词:矿渣细度;水泥细度;配伍;胶砂活性指数1试验内容与结果1.1原材料及颗粒群分布测定 试验所用矿渣取自上海宝山水泥联合公司,化学成分见表1.矿渣在实验室球磨机中粉磨成不同颗粒群分布的试样若干种.水泥取自江南水泥公司的普硅水泥,并经试验室粉磨加工.水泥、矿渣的激光粒度检测结果见表2.2结果分析与讨论2.1颗粒群分布与强度关系三维图分析以每一矿渣掺量作为一大系列.对每一系列,运用Origin分析软件,以水泥、矿粉相对位置为x轴(用所配矿渣水泥的水泥中位径减矿渣中位径D50-表示),矿渣与水泥混合样的中位径(用D50+表示)为y轴,以7 d和28 d抗压活性指数为z轴,分析矿渣水泥颗粒群分布与强度关系.结果见图1,2,3.由图1可见,在本研究粒度分布范围内,矿渣较水泥越细,且矿渣水泥总体细度越粗(实际上为水泥越粗,因矿渣掺量为25%,占少数),对矿渣水泥的7d活性指数的提高最为有利.7 d抗压活性指数的最高区域在右上角,即细度差达10 um左右,矿渣水泥总体细度的D50+=1214 um,即当水泥达正常细度(D5014 um)时,矿渣需达到D50=34u m的超细状态.此时,活性指数可达90%以上. 水泥、矿渣在同样细度差的情况下(可理解为水泥、矿渣颗粒群分布相对距离一定的情况下),水泥较粗,有利于矿渣水泥活性的提高.因为水泥较粗时,本身早期活性较低,而此时矿渣如果很细,则当整个体系加水后,极细的矿渣颗粒能迅速吸收水泥水化体系释放的CH晶体,使其转变成强度和密实性更好的C-S-H凝胶和水化铝酸钙及水化碳酸钙.同时,由于CH的被吸收,使C3S,C2S的水化速度又得以加大.而当水泥也很细时,由于其本身强度很高,而矿渣水泥活性指数定义为矿渣水泥强度与纯水泥强度之比乘以100,故表现为活性较高区域出现在本图右上角,而活性指数最低的区域则在左下角.说明矿渣相比水泥越粗(D50-值越小),矿渣水泥总体越细,对矿渣水泥活性指数的提高越不利. 随矿渣掺量的增加,最佳区域逐渐移至整个右面区域,最低区域逐渐移至整个左面区域,即分布呈现从右向左的倾斜.说明矿渣掺量越高,水泥与矿渣细度差这一因素对早期活性的影响占主导地位这一特征越明显.由于矿渣颗粒坚硬,较难磨细,因此虽然它含有较多的玻璃体,但结构处于高能量状态,不稳定,潜在活性大.当它细度较水泥为粗时,其活性难以发挥,造成矿渣水泥早期活性指数偏低(传统矿渣水泥为矿渣与熟料共同粉磨,矿渣细度往往比水泥粗,这也是其早期活性偏低的原因);而当矿渣细度比水泥细时,则活性指数大大提高.故可以认为,超细矿粉之所以具有较高的活性,机理在于当矿渣颗粒粒径达到一定细度后,其潜在的活性得以充分发挥.从物理方面考虑,超细矿粉的掺入使整个矿渣+水泥+水体系的颗粒分布加宽,细小的矿渣微粉充填于水泥石空隙之中,使其密实度提高.这也是提高矿渣水泥早期活性的原因之一.对于28 d活性指数与颗粒群分布的关系,由图1至图3可见,各掺量矿渣的矿渣水泥系列基本一致.总的来说,矿渣水泥总体细度愈细,活性指数愈高.这是由于矿渣所具有的后期活性高这一特点,使得矿渣细度较水泥为细这一影响早期活性的主要因素隐退.矿渣与水泥共同提高细度,可以使矿渣水泥的后期活性得以提高.另考察水泥与矿渣相对位置对28 d活性的影响.活性最高区域在图下方细度差约为零的附近,且最低点也出现在水泥与矿渣细度差为零附近.可认为,影响矿渣水泥后期活性的主要因素为矿渣-水泥复合胶凝体系的总体细度,而水泥与矿渣的相对细度关系这一因素则相对减弱.当矿渣水泥总体细度增大时,水泥与矿渣的细度差愈大,即矿渣相对水泥很粗或很细.这些均不利于矿渣后期活性的发挥,说明此时水泥与矿渣的化学活性匹配凸现;而当矿渣水泥总体细度下降,水泥与矿渣的物理堆积效应逐渐显现,二者距离愈近,愈不利于粉体的紧密堆积,故而活性也相对略低.2.2矿渣水泥活性指数与影响因子的回归分析由三维分布图的分析结果,可以发现,影响矿渣水泥早期活性的主要因素是水泥与矿渣的相对位置,而影响后期活性的主要因素是水泥-矿渣复合胶凝体系的总体细度.现用线性回归分析法来证实上述定性结论.表4为50%,75%矿渣掺量系列的回归结果.表中结果表明:线性回归分析结果与Origin三维图基本一致,矿渣水泥的早期活性与水泥和矿渣相对位置(D50-)有较好的线性相关性,且为正关联,即矿渣相比水泥为细,差距愈大,矿渣水泥早期活性愈高;矿渣水泥的后期活性与总体细度(即D50+)有较好的线性相关性,且为负关联,即矿渣水泥总体愈细,后期活性愈高.3结论(1)在矿渣掺量较低时(25%),水泥与矿渣的相对位置、矿渣水泥总体细度对矿渣水泥的早期活性均有影响.表现为矿渣相比水泥愈细,矿渣水泥总体细度愈粗,早期活性愈高.(2)当矿渣掺量大于50%时,水泥与矿渣的细度差愈大,早期活性愈高.(3)在各掺量矿渣下,矿渣水泥总体细度愈细,28 d活性指数愈高.(4)综合考虑早期及后期活性,矿渣掺量大于50%时,水泥与矿渣的细度匹配使D50-0;矿渣水泥总体细度较小(即D50+3.5 nm,电压为30 kV,高真空,最大束流为2A。1. 4. 3水杨酸萃取法:用0. 5 g水泥样品同2. 5 g水杨酸、35 mL的丙酮和15 mL甲醇一起放入烧杯,在室温下搅拌1 h,并在室温放置1 d后,把样品过滤,残余物用甲醇洗涤即是所要的未反应的矿渣粉,然后在电镜下观察。2结果与讨论2.1矿渣水泥和硅酸盐水泥的3 d扫描电镜分析 分析硅酸盐水泥、酒钢矿渣水泥和太钢矿渣水泥的水化产物(放大倍数5 000倍)以及水化结晶体(放大倍数10 000倍)的扫描图片。从图中可以看到水化产物中都有水化凝胶体、氢氧化钙和结晶体产生。矿渣表面及周围也分布着水化产物和纤维状结晶体;但是这种水化产物究竟是矿渣水化产生的还是硅酸盐熟料水化的水化产物呢?为了分辨,本实验利用矿渣与石灰直接作用,得到3d扫描电镜图片，由图可以看到:对于酒钢矿渣来说3d矿渣表面水化产物很少,而太钢矿渣的3d样品已经在石灰的作用下开始有水化迹象即有水化产物覆盖在矿渣表面。2.2矿渣水泥和硅酸盐水泥的7 d扫描电镜分析 分析矿渣与熟料混合7d的样品的扫描电镜图片。从图上可以看到,矿渣颗粒表面覆盖了更多的水化产物。如果有足够的空间,结晶体就会长大,而且由于凝胶体的生成速度和数量要优于结晶体,所以部分结晶体被凝胶体包裹起来。酒钢和太钢的矿渣与石灰混合水化7 d的样品图。由图可知,7 d酒钢矿渣表面也有了明显的水化迹象,可以看到蜂窝状的水化产物覆盖在矿渣的表面,太钢矿渣的表面水化程度要比3 d的水化程度大。2.3矿渣水泥和硅酸盐水泥的28 d扫描电镜分析 分析矿渣粉与熟料混合样品水化的扫描电镜图片。从图中可知,水化产物几乎可以把矿渣的表面全部覆盖;矿渣水泥中的氢氧化钙看得更加明显,呈现的是层状,说明氢氧化钙的量在矿渣水泥中从3 d到28 d一直都是长大;同时也能看到结晶体,但是几乎被外面的水化产物包裹起来。分析酒钢矿渣和太钢矿渣与石灰混合在28 d水化龄期的扫描电镜图片。从图可知,矿渣在28d水化程度有很大的提高,表面几乎已经被水化产物覆盖完全;纤维状结晶体只要有充分的空间就会生长及长大,而且看得很明显了。2.4扫描电镜对未水化矿渣的分析 用扫描电镜得到的图片显示：水杨酸萃取法对选取未反应的矿渣量是适合的,最后得到的残余物都是未反应的矿渣颗粒。还可以看到,矿渣的表面在早期的时候只有少量的孔洞或坑侵蚀,而到了后期矿渣的表面出现了大量的坑蚀和孔洞,氢氧化钙对矿渣的侵蚀是沿着玻璃体结构中薄弱的环节进行的,然后逐渐渗透到内部。3结论 (1)在矿渣水泥水化的早期(3 d,7 d),主要是水泥中熟料的水化,矿渣水化程度很小,酒钢矿渣和太钢矿渣比较,太钢的水化活性要好于酒钢矿渣的水化活性。 (2)矿渣在28d水化程度有很大的提高,表面几乎已经被水化产物覆盖完全,纤维状结晶体只要有充分的空间就会生长及长大。矿渣水泥中的氢氧化钙看得更加明显,呈现的是层状,说明氢氧化钙的量在矿渣水泥中从3 d到28 d一直都是长大。同时说明矿渣在28天以前消耗氢氧化钙的速度比熟料水化生成氢氧化钙的速度要慢,也就是矿渣的水化主要在后期。 (3)矿渣的表面在早期的时候只有少量被腐蚀的孔洞,而到了后期矿渣的表面出现了大量的坑蚀和孔洞,氢氧化钙对矿渣的侵蚀是沿着玻璃体结构中薄弱的环节进行的,然后逐渐渗透到内部。磨细矿渣对水泥基材料热膨胀性能影响的研究 李清海，姚燕，孙蓓 （中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024）摘要：通过在水泥基材料中加入矿物掺合料磨细矿渣，利用差示热膨胀测试方法对其热膨胀率进行了研究，结果表明：掺入磨细矿渣的水泥石热膨胀率变化规律与纯水泥石者相似，均表现为随着温度的升高先增加后显著降低的趋势，而磨细矿渣的加入使水泥石在高温时产生比纯水泥石更大的收缩。借助于TG-DTA和XRD测试手段，对掺加磨细矿渣后水泥石的热膨胀性能变化规律进行了机理分析。关键词：水泥基材料；磨细矿渣；热膨胀率；高温；机理 1.1原材料 普通硅酸盐水泥（PO 42.5R）：河北省冀东水泥集团有限责任公司生产；磨细矿渣：河南汾江水泥厂生产，主要活性成分为CaO、SiO2、Al2O3，具有较高活性。其化学成分见表1。1.2试验方法本试验采用常见的矿物掺合料磨细矿渣，掺量为10%。磨细矿渣等量替代水泥，按照水灰比为0.28加水搅拌均匀，注入专用模具振动成型，试样尺寸为，脱模后标养至28 d再进行真空干燥处理，真空度为-0.1 MPa。由以上制得的水泥石试样经过真空干燥至恒重后，测其从室温到700区间内试件的热膨胀率。测定试件的热膨胀率所用仪器是采用德国耐驰公司生产的NETZSCH D/L 402EP型示差热膨胀系数测定仪，分辨率为10 nm、0.05，测试准确度为。热膨胀率测试设定升温速度为4/min，热膨胀率随温度变化曲线由测定仪连续自动记录，升温的终止温度为测定仪样品室实际温度（无保持时间）。同类试件留样作XTG-DTA分析用。2试验结果及分析2.1试验结果图1中看出，掺入磨细矿渣的水泥石试件热膨胀率变化趋势与纯水泥石试件热膨胀率变化趋势相似。在初始升温阶段热膨胀率逐渐增大，呈正膨胀趋势，约在150时热膨胀达到最大值，纯水泥石最大热膨胀率为0.214%，掺入磨细矿渣的水泥石试件热膨胀率最大0.196%。之后随着温度的升高热膨胀率逐渐降低，掺磨细矿渣水泥石试件收缩总量比纯水泥石大，约至560时热膨胀率变化均出现拐点（在拐点560处，纯水泥石试件热膨胀率为-1.25%，掺加磨细矿渣的水泥石试件为-1.72%），继续升温纯水泥石试件热膨胀率基本保持平衡，而掺磨细矿渣的水泥石试件收缩量逐渐增大，但幅度略有减缓。通过以上对掺有磨细矿渣的水泥石试样的TG/DTA、XRD分析可知：掺加磨细矿渣的水泥石试样与纯水泥石试样的主要水化成分种类基本相同，升温过程中的脱水产物中没有出现新的矿物，使得掺加磨细矿渣后的水泥石与纯水泥石的热膨胀率的变化规律相似。由于水泥石热膨胀的变化主要是高温脱除水分引起的体积收缩与固相受热膨胀双重作用造成，不同的只是二者在不同的试样中量的大小有所差别，造成掺加磨细矿渣的水泥石与纯水泥石的热膨胀率在相对量上有所差异。2.2.膨胀机理分析普通硅酸盐水泥在从室温至150过程中的水泥石排出的水分主要是水化硅酸钙和水化硫铝酸钙发生显著脱去宏观毛细水和凝胶不牢固的结合水，此段温度（80150）内重量损失为2.26%，此时失水对水泥石的体积没有大的影响，热膨胀率的变化主要是由于固相自身受热膨胀所致。温度的继续升高在150560过程中，这期间主要为水化硅酸钙凝胶和Ca（OH）2脱水，水泥石体积明显收缩。在430460范围内脱水速率随温度的增加而快速增加（脱水量为1.1%），这一失重的突变主要是Ca（OH）2的分解引起的，而硅酸盐水泥石表现为水泥石继续收缩，但没有表现出体积收缩有明显的突变，说明Ca（OH）2的分解对水泥石的体积变化贡献不大，而水泥石中的凝胶连续脱水是造成水泥石体积连续收缩的主要原因。在温度升至560700过程中水泥石脱水与固相受热膨胀达到平衡。粒化高炉矿渣微粉的主要化学成分为SiO2、A12O3、CaO，具有较高活性，矿渣潜在水硬性在碱性介质激发下而解聚，在碱性条件下，OH-破坏矿渣玻璃体表面结构，然后向内部扩散，矿渣玻璃体表面的Ca2+、Mg2+等吸附碱性溶液中的OH-、H+等，使矿渣玻璃体分散、溶解，玻璃体表面结构被破坏，促使矿渣水化。这些OH-离子与矿渣玻璃体中的活性SiO2反应生成CaO-SiO2-H2O（C-S-H）凝胶，但其Ca/Si比较高。这时外部的活性SiO2与其发生反应生成低Ca/Si比的C-S-H凝胶，促使硬化浆体变得更密，形成无定形相。其中水化硅酸钙填充于水泥混凝土的孔隙中，同时降低水泥石内部及界面区Ca（OH）2晶体的含量（以水泥中的Ca（OH）2和磨细矿渣带入的大量Ca（OH）2总量计），二次反应将一部分Ca（OH）2晶体转化成了水化硅酸钙凝胶。热膨胀率在从室温至150温度范围内，在DTA/TG曲线上出现的吸热峰为C-S-H凝胶和水化硫铝酸钙脱去水分引起，主要脱去的是宏观毛细水和凝胶不牢固的结合水。此阶段水泥石试件热膨胀率的变化仍然主要是固相自身受热膨胀所致，故此温度段掺有高炉矿渣的水泥石热膨胀率随温度升高而增高，同纯水泥石试件变化趋势相同。另外，从80至150阶段掺磨细矿渣的水泥石脱水重量损失为2.66%，水分的排出相对纯水泥石（该温度段重量损失为2.26%）大，虽此阶段失水收缩对水泥石的体积影响较固相热膨胀率小，试件随温度升高呈膨胀趋势，但掺磨细矿渣的水泥石较纯水泥石水化生成的凝胶量大，升温脱水时收缩量大，从而引起其最大热膨胀率低于纯水泥石。在150560过程中，水分的脱出主要为水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）、水化铝酸钙凝胶和氢氧化钙。在纯水泥石热膨胀曲线规律分析中得出：Ca（OH）2的脱水对水泥石的收缩曲线并没有较大的影响，此温度段水泥石的收缩主要为水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）、水化铝酸钙凝胶脱水造成。掺磨细矿渣的水泥石因水化硅酸钙和水化铝酸钙的大量形成使其在此温度范围内有着显著的脱水，在水泥石膨胀率曲线上表现出较纯水泥石更明显的收缩。在温度升至560700过程中纯水泥石表现为脱水收缩与固相膨胀相平衡的状态，而掺加矿渣的水泥石略有收缩。这是由于掺加矿渣后C-S-H凝胶生成量较纯水泥石显著，继续脱水收缩抑制了固相高温受热膨胀的趋势，显现为较缓的收缩现象。3结论（1）掺入磨细矿渣的水泥石热膨胀率变化趋势与纯水泥石热膨胀率变化趋势相似，在初始升温阶段热膨胀率逐渐增大，呈正膨胀趋势；温升至约150时热膨胀率达到最大值，之后试件的热膨胀率随着温度的升高而降低。（2）水泥基材料中加入磨细矿渣时，使水泥石在高温时产生比纯水泥石更大的收缩。这是由于磨细矿渣具有活性，在加入到水泥基材料中在水化过程中大量形成了水化凝胶体，硬化水泥石在高温作用下水化凝胶脱去更多的凝胶水而使掺有磨细矿渣的水泥石比纯水泥石出现更为明显的收缩现象。 粉煤灰及矿渣对硬化水泥石干缩变形的影响 余辉，郭进京，张家洋(1. 天津城市建设学院土木工程系，天津300384；2.新乡学院生命科学与技术系，河南新乡453003)摘要：在干燥环境下，研究了粉煤灰、矿渣及两者共同作用对硬化水泥石干缩变形的影响，结果表明：随着粉煤灰掺量的增加，干缩变形减小；随着矿渣掺量的增加，干缩变形增大；两者相互作用则可以抵消彼此对硬化水泥石干缩率增大或减小的作用同时对产生这些现象的原因进行了分析.关键词：粉煤灰；矿渣；硬化水泥石；干缩变形1试验材料与方法1.1试验材料与配合比 所需材料包括：42.5普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、矿渣粉、普通河砂和纤维素醚(保水剂).粉煤灰的掺量为0%，10%，20%，30%，40%，50%；矿渣掺量为0%，10%，20%，30%，40%，50%；灰砂比12.5，水灰比0.5，保水剂掺量为0.5%鉴于在商品砂浆中通常会掺入一定数量的保水剂，因此在研究中也适当加入了保水剂.1.2试件制备 采用25mm25mm280mm试件试件成型后2d脱模，放入水中养护2,d取出，用湿布擦干表面水分，量取初始长度；然后放在20,的自然环境中干燥，测量1，3，7，10，14，21，28,d的长度变化，以观察硬化水泥石的干缩变形2试验结果与分析 水泥石中的水主要分为结构水、结晶水、凝胶水、自由水和吸附水在正常室温和干燥环境下，自由水和吸附水最容易失去，其次是部分凝胶水，而结构水、结晶水和部分凝胶水是不能失去的一般认为自由水的失去不能影响试块的干缩变形，部分凝胶水的失去是引起试块干缩变形的主要原因.2.1单掺粉煤灰对硬化水泥石干缩变形的影响 图1给出了粉煤灰(FA)含量0%，10%，30%时试块在1，3，7，11，14，21，28,d的干缩变形试验结果 由图1可以看出：随着龄期的增长，干缩变形增加；随着粉煤灰含量的增加，干缩变形减小一方面，粉煤灰在硅酸盐水泥水化中可以起到形态效应，粉煤灰颗粒中有80%以上是玻璃微珠和多孔玻璃体，在拌和时起到独特的“润滑”和“解絮”作用，因而粉煤灰在砂浆中有减水作用；另一方面，粉煤灰的掺入提高了水泥的有效水灰比，使水泥水化环境得到改善，水化程度提高；同时，也促使水泥水化产物Ca(OH)2的消耗，有利于水泥水化反应的进行从该角度讲，水泥水化产生的C-S-H凝胶将增多，但这不能解释随着粉煤灰掺量的增加干缩变形减小的现象从另一角度来分析，浆体中粉煤灰的比例越大，则水泥比例就越小，从而Ca(OH)2的消耗量增大而生成量减小，孔液中Ca(OH)2量越来越少，出现了粉煤灰的反应程度下降，那么未反应的粉煤灰量增多由于粉煤灰的颗粒多呈球形微粒，内比表面积较小，吸附水的能力较小，因而粉煤灰水泥的干燥收缩小这也就解释了随着粉煤灰掺量的增加，干缩变形减小的原因.2.2单掺矿渣对硬化水泥石干缩变形的影响 图2给出了矿渣(SL)含量10%，20%，40%，50%时试块在1，3，7，11，14，21，28,d的干缩变形试验结果. 由图2可以看出：随着龄期的增长和矿渣含量的增加，试块干缩变形都增加矿渣微粉的胶凝性虽然与硅酸盐水泥相比是较弱的，但它能为水泥水化体系图起到微晶核效应的作用，能加速水泥水化反应的进程，并为水化产物提供充裕的空间，改善了水泥水化产物分布的均匀性；再者，矿渣在碱激发、硫酸盐激发或复合激发下发生反应，形成低钙型C-S-H凝胶和相应的反应产物，不仅增加了C-S-H的量，而且消耗了对强度不利的Ca(OH)2晶体，Ca(OH)2的减少又进一步促使C3S和C2S的水化，形成有利于水泥和矿渣水化的良性循环，因而水泥水化产物中C-S-H凝胶增多，而凝胶水主要存在于C-S-H凝胶之中，凝胶水的失去将会引起较大的干缩变形故随着矿渣含量的增加，硬化水泥石干缩变形增大.2.3复掺粉煤灰与矿渣对硬化水泥石干缩变形的影响图3给出了矿渣(SL)含量0%，10%，20%和粉煤灰(FA)含量0%，10%，20%，30%，40%，50%时试块28,d的干缩变形试验结果. 由图3可以看出：在干燥环境下，在矿渣和粉煤灰对硬化水泥石干缩变形的影响中，随着粉煤灰含量的增加，试件的干缩变形减小；但与图1相比，其干缩变形的减小不如单掺粉煤灰显著.图4给出了粉煤灰(FA)含量0%，10%，20%和矿渣(SL)含量0%，10%，20%，30%，40%，50%时试块28.d的干缩变形试验结果.由图4可以看出：在干燥环境下，在矿渣和粉煤灰对硬化水泥石失水过程的共同影响下，随着矿渣含量的增加，试件的干缩变形增大；与图2相比，其干缩变形的增大不如单掺矿渣显著.硬化水泥石的干缩变形与失水过程是密切相关的但是，硬化水泥石中的水是复杂的，它具有不同的形式，而且它们的失去对硬化水泥石的干缩变形的影响是不同的粉煤灰和矿渣的掺入，影响了不同形式水的分布，从而影响了硬化水泥石的干缩变形行为在对干缩变形的影响中，两者起到相反的作用，使彼此效应得以抵消粉煤灰和矿渣对硬化水泥石干缩变形的影响不一样，随着粉煤灰掺量的增加，硬化水泥石的干缩率减小；而随着矿渣掺量的增加，硬化水泥石干缩率增大当粉煤灰和矿渣同时掺入时，它们会彼此抵消各自对硬化水泥石干缩变形的影响.3结论(1) 在干燥环境下，随着粉煤灰掺量的增加，硬化水泥石的干缩变形减小；随着矿渣掺量的增加，硬化水泥石的干缩变形增大.(2)粉煤灰和矿渣对硬化水泥石干缩变形的影响规律相反，两者相互作用，可以抵消彼此对硬化水泥石干缩率增大或减小的作用 矿渣细度与掺量对水泥性能的影响 陆敬寒 （宿迁新三水水泥有限公司，江苏宿迁223800）摘要：主要研究了矿渣细度和掺量对水泥性能的影响。结果表明：矿渣的加入能影响水泥的凝结时间、标准稠度用水量和水泥强度，但粒度的变化对水泥的凝结时间和标准稠度用水量影响不明显；矿渣越细越有利于提高和改善水泥的性能，提高产品质量，有利于增加在水泥中的掺加量，有效改善水泥性能，并能大幅度降低生产能耗和成本。关键词：矿渣；细度；掺量；水泥性能1试验材料及成分分析 试验用材料的化学成分见表1，熟料来自南京大连山水泥厂立窑熟料，矿渣来自南京9424钢铁厂粒化高炉矿渣，脱硫石膏来自南京热电厂。2试验方案 试验所用熟料和矿渣分别用500500 mm试验磨粉磨至试验要求，脱硫石膏由于是粉末状物质，经80m方孔筛筛除杂质后可直接使用。水泥胶砂强度测定采用GB/T17671-1999标准，水泥凝结时间和水泥标准稠度需水量测定采用GB/T13462001标准。2.1矿渣细度变化试验在粉磨30 min的熟料中分别掺入粉磨时间10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min的矿渣粉，并配适量脱硫石膏制成水泥样（编号为16，0为空白对比样），其中矿渣掺入量均为30%，测定水泥的胶砂强度、凝结时间、标准稠度需水量。2.2矿渣掺量变化试验熟料和矿渣分别粉磨30 min，以熟料、矿渣（掺量为20%、25%、30%、35%、40%）和脱硫石膏制成水泥样（编号为711，0为空白对比样），测定水泥的胶砂强度、凝结时间、标准稠度需水量。3试验结果及分析3.1试验结果 具体试验数据见表2、表3。3.2结果分析3.2.1不同细度和掺量矿渣对水泥标准稠需水量的影响从表2、表3可以看出掺加矿渣对水泥胶砂标准稠度需水量的影响变化规律。实验结果表明，矿渣的掺入显著影响水泥的标准稠度需水量。一般矿渣掺量越多，标准稠度需水量越高，本实验范围内从20%到40%矿渣掺量变化时，标准稠度需水量升高了1%；矿渣掺量30%时，随着矿渣细度的减小标准稠度需水量没有明显变化，说明矿渣细度的变化对水泥标准稠度影响不明显。3.2.2不同细度和掺量矿渣对水泥凝结时间的影响 从表2、表3可以看出掺加矿渣对水泥胶砂凝结时间的影响变化规律。实验结果表明，矿渣的掺入显著影响水泥的凝结时间，一般矿渣掺量越多其与熟料混合样的凝结时间越长，矿渣掺量从20%到40%，与不掺矿渣的对比样相比初凝时间分别延长了80 min和140 min。相同掺加量，随着矿渣细度的变化，凝结时间变化不大,但与空白样相比延长了60 min。 3.2.3不同细度和掺量矿渣对水泥强度的影响 从表2、表3可以看出掺加矿渣对水泥胶砂强度的影响变化规律。试验结果表明，相同细度的矿渣，掺量越高水泥强度越低；30%的矿渣掺量时，随着矿渣粉磨时间延长，细度减小，水泥强度升高，说明随着矿渣细度的降低其活性增加，能激发熟料强度的发挥。当矿渣粉磨时间在30 min时，矿渣掺量在40%时，水泥3 d、28 d抗压强度为15.0 MPa、38.1 MPa，其标号仍能达到P.F 32.5级水泥标准。当矿渣掺量30%时，当粉磨时间达到20 min时，水泥3 d、28 d抗压强度为17.0 MPa、40.2 MPa，仍能达到P.F 32.5级水泥标准，当粉磨时间达到60 min时，水泥3 d、28 d抗压强度为19.7 MPa、50.3 MPa，已超过了空白样的强度，这充分说明了随着矿渣细度的降低，其比表面积增加，能大幅度激发熟料强度的发挥。研究表明，综合粉磨耗能和产量因素，矿渣粉比表面控制在40020 m2/kg是比较适宜的。4结论（1）矿渣掺量对水泥凝结时间影响较大，而矿渣细度对凝结时间的影响较小，凝结时间随着矿渣掺加量的增加而延长。（2）在本试验范围内，矿渣掺量对矿渣水泥强度的影响不及矿渣细度变化对矿渣水泥强度的影响大，这充分说明了矿渣越细其活性越高，能激发熟料强度的发挥。（3）随着熟料质量的波动，可以通过改变提高矿渣比表面积或者降低其掺量来确保达到所需要的水泥品种，本单位熟料28 d抗压强度波动范围在10 MPa左右，当熟料强度在最低水平时可将矿渣掺量控制在30%同时掺加部分廉价非活性混合材，保持企业的综合经济效益。矿渣粉颗粒群参数对矿渣活性和混合水泥性能的影响 肖忠明，何力，郭俊萍，程伟，席劲松，任丽云，李文武，宋立春 （中国建筑材料科学研究总院，北京100024）摘要：以混合材料的填充效应和微集料效应为基础，测试了不同颗粒分布矿渣粉制备的水泥的物理性能，研究了矿渣粉颗粒群参数对水泥使用性能和混合水泥抗压强度比的影响。结果表明，矿渣粉颗粒分布宽、粗大化有利于混合水泥使用性能的提高；同时，颗粒堆积密度也影响混合水泥抗压强度比的高低，但主要对早期作用明显，而后期的抗压强度比则与矿渣粉的比表面积直接相关。关键词：矿渣粉；颗粒群参数；水泥性能；活性1细度及颗粒群参数1.1混合矿渣粉 本试验研究配料用的矿渣粗粉、矿渣粉产品、矿渣微粉和水泥样品的细度参数见表1。其中，矿渣粗粉为在矿渣粉生产线直接抽取的粗粉样品；矿渣粉产品为同一生产线生产的成品；矿渣微粉1为矿渣粉产品经试验室统一小磨细磨的样品；矿渣微粉2为矿渣粉产品加7%的石灰石经试验室统一小磨细磨的样品，以提高微粉的含量；水泥为琉璃河PO42.5水泥。 利用矿渣粗粉、矿渣粉和矿渣微粉配置的混合矿渣粉的颗粒群参数见表2和表3。颗粒群参数中，筛余按GB/T13452005进行，比表面积按GB/T80742008进行，颗粒分布由MASTERSIZER激光颗粒仪测定，介质为无水乙醇。混合水泥颗粒参数根据配料比例计算得到。其中，KF1KF4为矿渣粗粉、矿渣粉和矿渣微粉1三者混合后的混合矿渣粉，其比表面积与矿渣粉一致；KF5KF7为矿渣粉和矿渣微粉1混合（其比表面积保持一致，为442m2/kg），然后和矿渣粗粉混合形成比表面积各异的样品；KF8KF11为矿渣粗粉和矿渣微粉1按比例混合的混合矿渣粉样品；KF12为矿渣粗粉和矿渣微粉2各50%配制的混合矿渣粉样品。 从表2看出，随着矿渣粗粉比例的提高，混合矿渣粉中的45m和80m筛余逐步提高，而比表面积则因微粉的用量不同而不同。 从表3看出，随着配料方案的不同，混合矿渣粉的颗粒分布也随之变化。矿渣粗粉比例越高，混合矿渣粉中的粗颗粒越多；矿渣微粉的比例越高，混合矿渣粉中的微粉颗粒含量越大。与之相应地，混合矿渣粉的颗粒分布均匀性系数由矿渣粉产品的1.52逐渐下降为0.78，矿渣粉的颗粒分布显著变宽。但采用三组分配料时，矿渣粉中的微粉含量与矿渣粉产品相比变化不大；而采用两组分配料时，矿渣粉的颗粒群向两端集中，即微粉和粗粉含量同时增加。特别是KF12，由于内掺7%的石灰石共同粉磨，虽然混合矿渣粉的比表面积没有明显增加，但矿渣粉中小于3m和大于32m的颗粒含量明显增加。 从表3还看出，矿渣粉产品的颗粒分布基本与配用水泥相似，其微粉的含量还要少于水泥，比水泥的颗粒分布还要宽。在利用矿渣粗粉、矿渣粉和矿渣微粉配料后（KF1KF7），颗粒分布范围有所改善，虽然粗粉含量增加，但微粉的含量大多数还是少于水泥；在利用粗粉和微粉配料后（KF8KF11），混合矿渣粉中的微粉含量随微粉比例的提高而提高，多于或接近水泥；KF12由于采用了添加石灰石的微粉配料，所以其微粉含量显著增加，远远超过水泥。1.2混合水泥 混合矿渣粉配制水泥的颗粒群参数见表4、表5和图1。从表4和表5看出，混合水泥的颗粒群参数变化规律与混合矿渣粉一致。特别是K12样品的颗粒分布与Fuller曲线最为接近（见图1）。2水泥性能试验及方法 标准稠度用水量按GB/T13462001进行；Marsh时间按JC/T10832008进行，基准减水剂掺量0.8%；水泥胶砂强度按GB/T176711999进行。部分混合水泥的使用性能结果见表6，混合水泥的强度结果见表7。不同配料混合矿渣粉的3d、7d和28d抗压强度比见表8。 从表6看出，在矿渣粉的比表面积相同时（KF0、KF3、KF4），随矿渣粉中粗粉和微粉的增加，水泥的标准稠度用水量降低，Marsh时间减少。 从表7看出，对矿渣粉的颗粒组成进行调整后，混合水泥的力学性能因矿渣粉的颗粒组成不同而出现较大的差异。在矿渣粉的比表面积相同时（KF1KF4），提高微粉的用量虽然能够提高水泥的早期强度，但提高的幅度很小，同时28d抗压强度基本不变。只有矿渣粉的比表面积大幅度提高时（KF5、KF6），水泥的抗压强度才有较大的增加。而其中的KF7、KF11和KF12的比表面积虽然分别只有329、336和368m2/kg，但利用KF7、KF11制备的水泥抗压强度却与KF0的相当，而利用KF12制备的水泥3d抗压强度提高近5MPa，7d抗压强度提高8MPa，但28d抗压强度提高不明显。 由表8看出，混合水泥的抗压强度比也表现出相应的变化规律。3影响矿渣粉活性和混合水泥使用性能的主要因素及规律分析3.1影响混合水泥使用性能的主要因素及规律3.1.1均匀性系数的影响 混合矿渣粉的均匀性系数对水泥使用性能的影响规律：水泥浆体的Marsh时间和标准稠度用水量基本随均匀性系数的增加而提高。而颗粒分布的均匀性系数反映了颗粒分布的宽窄，n越大表示颗粒分布越窄；反之，颗粒分布越宽。体现在颗粒组成上，颗粒分布越宽，细颗粒和粗颗粒的含量越多。宽颗粒分布的水泥，因为干粉堆积密度较大，颗粒间空隙体积小，所以用水量少，从而改善水泥的使用性能。3.1.2特征粒径和45m筛余的影响 混合矿渣粉的特征粒径和45m筛余对混合水泥使用性能的影响：混合水泥浆体的Marsh时间和标准稠度用水量基本随特征粒径和45m筛余的增大而下降，水泥的使用性能改善。而特征粒径和45m筛余越大，表明矿渣粉的颗粒越粗。这说明，矿渣粉颗粒的粗大化，对混合水泥使用性能的改善和优化有益。3.1.3比表面积的影响 混合矿渣粉的比表面积