武钢钢渣粉在水泥中应用的实验室研究

合集下载

钢铁渣复合粉在混凝土中的应用研究

表１原材料物理性能及胶砂强度
表２原材料化学成分分析（％）
２．２试验方案采用钢铁渣复合粉掺量为４０％、５０％、６０％，钢渣：矿渣比例分别为１：１和３：２，进行配合比设计，配制Ｃ３０混凝土。水胶比确定为０．４７，掺钢铁渣复合粉掺混凝土设计配合比见表３。
表３钢铁渣复合粉Ｃ３０混凝土设计配合比
注；Ｓ—ｌＯＪ为Ｃ３０基准混凝土配合比。
结论
（１）钢渣矿渣以１：１和３：２复合，替代４０，－－．６０％的水泥用量时，混凝土塌落度在２００
２２０ｍｍ之间，
较基准样提高５＂－－２５ｍｍ，具有良好的工作性能，且可满足泵送施工的要求。（２）钢铁渣复合粉替代水泥配置混凝土时，最佳替代水泥用量为５０％，钢渣矿渣复合的最佳比例为３２，可提高混凝土２８ｄ抗压强度，较基准样提高５％。（３）钢铁渣复合粉可展开推广应用，在满足各项施工要求的条件下，可降低混凝土生产成本，以此可解决
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
引言
钢铁渣是钢铁生产过程中产生的工业固体废弃物，其中每生产亿吨铁排出约０．３４吨高炉矿渣，每生产一吨钢排出约０．１２吨钢渣。随着钢铁工业的发展，钢铁渣的排出量迅速增加，２００９年我国钢铁产量达到了５．６７８亿吨，钢铁渣的排出量约２．５亿吨。我国钢铁渣的综合处理利用率还不高，矿渣的利用率可达到８０％，但由于我国大多钢厂钢渣处理方式较为简单，造成了钢渣的利用率较低，钢渣仅为１０％左右。‘１３矿渣粉作为混凝土掺合料，可改善混凝土的工作性能、提高混凝土的力学性能，尤其可显著提高混凝土
ｅｎ
ｏｐｐｏｒｔｕａｉｔｙ……ｔｕｒａＩ……［Ｊ］ｗａｓｔｔＭ＾ｎ％…【．２００１．２Ｉ：２８５
［钉来＆林．扑辩＃．≈群钢铁蘸作￥＊Ｗ高性能提精±掺音料［盯☆女ｇ＃保护．２００２（６）：２２～２５ “］ｆ§．蛆ｉ＊．目￥靖＃ｐ铜《＊＆￥＊＊挺±中应用的＊宄进ⅢＣＪ］准曩±．２００９（２）ｚ５３～５６ＥＳ］※盈＊－｝女ｔ＊ａ篁台咎音＃Ｅｄ＊ｔ±∞Ｉ作性能々力学＆簏■究口］＊鞋±．２００６ｔ（６Ｊ一３８～４１【６］ｉｎ．Ⅱｚ！ｍｔｒｔ复音苍音＃Ｎ￥＊浆＃ｔ％∞￡自［Ｊ］女■建筑ＩⅢ｛院≠＊ｃ自镕辩｛版）２０“．【６）ｔ

武钢钢渣粉做水泥掺合料的研究与探讨

例配合、混合，制成水泥。按照Ｇ１７１８、Ｂ３６Ｂ７－９５Ｇ１４２ｏ０１规定的方法测定掺有磨细钢渣粉的水泥强
—
度、用压蒸法测定掺有磨细钢渣粉的水泥样品的安定性。测定掺钢渣粉对水泥水化放热量的影响。
２１原料．
试验所用原料的性能夸数见表１。
掺量固定时，钢渣粉数量增加使水泥强度逐步下降：矿渣粉为１％时，掺加１％、２％、３％钢渣粉的５０００水泥强度等级分别为５．、２Ｒ和４．；矿渣粉２Ｒ４．５５２５为３％ｎ，ｏ￣掺加１％、２％、３％钢渣粉的水泥强０００度等级分别为５．４．和４．。２、２５５２特别值得注意的是，５复合掺加１％钢渣粉＋５０１％矿渣粉制成的复合硅酸
看出，无论是单独掺加１％钢渣粉和１０５％钢渣粉、还是复合掺加１ｏ钢渣粉＋％矿渣粉制成的普通硅０ｋ５酸盐水泥，强度等级都达到５．２Ｒ的标准，５而且与未掺钢渣粉的纯硅酸盐水泥相比较强度都有所提高。２．．２复合硅酸盐水泥２表３出了熟料含量４％一０钢渣粉掺加量给５７％、
表１原料参数表
４５通硅酸盐水泥、２辔复合硅酸盐水泥、钢渣矿渣水泥的配方及其制备工艺条件。这一研究成果为武钢磨细钢渣粉在水泥生产中的应用提供了技术依据。
从而对实现钢铁企业钢渣零排放、促进企业可持续发展、保护环境、为建筑工程提供优质建材都有一
定意义。
表２掺钢渣粉的普通硅酸盐水泥配比和强度测定结果
注：编号中Ｗ系列掺加二水石膏，Ｙ系列掺加硬石膏２强度试验．２２．．１普通硅酸盐水泥２

【资料】钢渣在水泥混凝土中的应用研究-宏艺要点汇编

3、钢渣作为辅助胶凝材料的研究
活性增加效果
类别水泥胶砂强度受检胶砂强度/MPa 活性指数/% 活性增加值/%
/7d/28d/MPa
/7d/28d/MPa
7d/28d
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
S3
390
170 810 1010 0
3.9 34.7 43.1
S4
312
168 810 1010 78
3.9 36.5 46.9
S5
195
165 810 1010 195 3.9 33.2 44.0
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
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90
268
332
5.1
8.2
25.3
48.3
8.6
24.2
50.3
采用沂东中联P·O42.5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/m3，堆积密度为1500 kg/m3，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/m3，堆积密度为1600 kg/m3，5~25mm连续级配，做混凝土测试。

钢渣微粉在混凝土中的应用研究与实践

钢渣微粉在混凝土中的应用研究与实践发布时间：2022-12-06T05:55:01.492Z 来源：《福光技术》2022年23期作者：黄威1 林培芳2 赵杰1 洪伟群1 [导读] 2016年我国钢产量为11.38亿t，连续21年位居世界第一，按照钢渣产量为粗钢的15%～20%计算，2016年的钢渣产量在2亿t左右。

而目前我国钢渣的利用率只有10%左右，作为利用率低的固体废弃物，钢渣的堆放带来了严重的环境问题，且占用了大片土地，为社会经济和生态环境的可持续发展带来了巨大的压力。

1.广东韶钢嘉羊新型材料有限公司广东韶关 5121232.广东华欣环保科技有限公司广东韶关 512123摘要：钢渣作为活性掺合料用于混凝土是实现其资源化利用的有效途径。

文章基于昆钢钢渣粉具有的潜在活性及与水泥熟料相似的矿物组成，以钢渣粉取代矿渣粉制备C15、C20、C30和C40混凝土，分析了钢渣粉掺入对混凝土性能的影响，针对混凝土的工作性能、力学性能和水化产物，利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XＲD）等手段对掺钢渣粉混凝土的流动性、塌落度损失、泌水率、抗压强度、抗拉强度以及净浆水化产物等进行研究。

结果表明：钢渣粉与矿渣粉复掺有利于提高混凝土的流动性、延缓了塌落度损失，降低了混凝土的滞后泌水，并满足了力学强度的设计要求；钢渣粉的掺入，水化产物种类没有改变，钢渣粉早期水化速度较慢，后期水化程度逐渐提高。

关键词：建筑材料；钢渣粉；混凝土；矿渣粉；工作性能引言2016年我国钢产量为11.38亿t，连续21年位居世界第一，按照钢渣产量为粗钢的15%～20%计算，2016年的钢渣产量在2亿t左右。

安定性不良、早期活性低、易磨性差、成分波动大是钢渣在水泥混凝土中应用受限的几个主要原因。

钢渣微粉在水泥混凝土中的应用研究

钢渣微粉在水泥混凝土中的应用研究硅灰、粉煤灰等矿物掺合料在混凝土中的应用，可大幅度的提高混凝土的性能。

但普遍使用的硅灰、粉煤灰等已出现了货源短缺及价格上涨等将钢渣粉作为混凝土的活性矿物掺合料，由于钢渣微粉的比表面积大、活性好、可与熟料粉混合配制水泥，同时可以作为外加剂替代水泥直接掺入混凝土中，生产性能优越的高性能混凝土，降低水泥和混凝土的成本。

1、钢渣粉的化学成分及特性1.1 钢渣粉的化学成分钢渣的化学成分组分CaO SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 MgO MnO P2O5含量40%~50% 12%~18% 2%~5% 7%~10% 5%~20% 4%~10% 1%~2.5% 1%~4% 钢渣粉的化学成分以CaO和SiO2 AI2O3、MgO FeO和Fe2O3等组分。

另外还有少量的S P和游离CaO MgO等，这些二价离子的游离金属氧化物以RO相表示，常以固溶体形式出现。

以化学成分而言，钢渣粉和水泥熟料有些相似，只是氧化物含量差别较大。

1.2 钢渣粉的特性1、将钢渣经机械磨细后，可以改变原先的晶体结构，增加颗粒表面的活化能，可以充当水泥或水泥混凝土的活性材料。

另外钢渣粉具有较好的流动性、耐久性、体积稳定性和抗碱骨料反应，混凝土中掺加钢渣粉后可提高混凝土的和易性，消除碱骨料反应。

2、钢渣微粉的水硬活性及活化措施。

钢渣的胶凝活性来源于其含有的硅酸盐、铝酸盐及铁铝酸盐矿物，其中所含的硅酸二钙C2S硅酸三钙C3S 对强度的贡献最大。

钢渣中的主要矿物相RO相没有胶凝性，而且吸收氧化钙，使钢渣中的硅酸三钙减少。

虽然钢渣的化学成分与水泥熟料相似，但它的生成温度比硅酸盐熟料高了很多，其矿物结晶致密、晶粒较大、水化速度缓慢，只是一种具有潜在活性的胶结材料。

且钢渣中含有大量的CaO MgO成分，控制不当极易造成安定性不良的后果。

另外钢渣粉中虽然含有少量C3S、C2S料少，因此将钢渣用于水泥和混凝土中必须对其活性进行激发。

钢渣在水泥生产中的应用研究

钢渣在水泥生产中的应用研究摘要：钢渣因成分波动大、易磨性差、稳定性差等原因，导致其用于水泥熟料烧成技术没有得到广泛推广。

本文结合公司对铁质原料的需求，开展钢渣在水泥生产中的应用研究，从钢渣优选、生料易烧性分析、熟料性能研究入手，改善水泥熟料质量，提高钢渣在水泥生产中的综合利用率。

关键词：钢渣；易烧性；熟料性能引语在水泥生产中，钢渣因其潜在水硬性高、产量大、成本低，并且含有相当数量的近似水泥熟料组成的矿物而成为水泥生产中首选原材料，在熟料煅烧中可起到诱导结晶、加速助熔的作用，使水泥生产实现优质、高产和低耗。

把钢渣用作水泥生产原材料，节约了大量宝贵自然资源，保护了环境，同时降低了水泥生产成本，具有广阔的应用前景。

本文结合公司对铁质校正原料的需求，研究钢渣在水泥生产中应用的可行性，确定煅烧水泥熟料的钢渣种类；结合实际设计配料方案，多角度分析了掺入钢渣后对生料易烧性及熟料性能的影响，解决了钢渣在水泥工业中应用时均化和粉磨的难题，已在所属单位实现了产业化和推广应用，控制生产成本的同时保证产品质量，具有一定的实践指导意义。

1原材料选择本文所选用所有原燃料物理化学性能和放射性等指标均符合相应标准要求，综合考虑成本等因素最终确定如下原燃料：钙质材料选用公司自备矿山单独生产和均化的石灰石；硅铝质材料选用公司附近砂岩和页岩；对比用铁质材料选用当地产铁粉；钢渣由公司附近两家钢厂提供，其中0-6YA是A钢厂提供的0～6mm 尺寸的钢渣，0-10YB是B钢厂提供的0～10mm尺寸的钢渣。

各材料化学分析见表1。

表1 原材料化学成分分析2钢渣基本性能研究2.1钢渣粉磨性能试验将0-10YB和0-6YA分别置于电热干燥箱中，在105 ℃的条件下烘干24 h直至恒重，分别称取50kg，经球磨机粉磨30min后称重；将粉磨后的钢渣过0.6mm 标准筛筛出大颗粒难磨物相（0.6mm筛上颗粒）并称重，得出0-6YA和0-10YB中难磨物相的重量见表2。

钢渣粉在混凝土中的应用

钢渣粉在混凝土中的应用一、引言钢渣是在钢铁生产过程中产生的副产品，它具有高硅、高铁、低铝的特点，同时具有优良的物理化学性质。

在过去，钢渣通常被视为废弃物，直接处置或填埋。

近年来，随着对资源综合利用的重视，钢渣粉开始在混凝土中得到广泛应用。

本文将从钢渣粉的特性、在混凝土中的应用及其影响等方面进行探讨。

二、钢渣粉的特性1. 物理特性钢渣粉颗粒细小，比表面积大，具有较强的活性。

它可以填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的致密性和坚固性。

2. 化学特性钢渣粉富含氧化铁、氧化硅等物质，对混凝土的水化产物起到催化作用，提高混凝土的强度和耐久性。

3. 显微结构钢渣粉中的玻璃体和结晶体颗粒能够填充混凝土中的空隙，形成致密的胶凝物质，提高混凝土的力学性能。

三、钢渣粉在混凝土中的应用1. 替代部分水泥钢渣粉可以作为水泥的替代材料，与水泥一起参与混凝土的水化反应。

掺配适量的钢渣粉可以降低混凝土中水泥的用量，减少混凝土的成本，同时改善混凝土的工作性能和耐久性。

2. 改良混凝土性能在混凝土中适量掺配钢渣粉可以显著提高混凝土的抗压、抗折、抗渗和耐久性能，使混凝土更加坚固耐用。

3. 降低碱-骨料反应钢渣粉中的活性成分可以与混凝土中的氢氧化钙反应，抑制碱-骨料反应的发生，保护混凝土中的骨料免受侵蚀，延长混凝土的使用寿命。

四、钢渣粉在混凝土中的影响1. 强度影响适量掺入钢渣粉可以提高混凝土的抗压、抗折强度，改善混凝土的力学性能。

但过量掺入可能会影响混凝土的强度发展，因此需要控制掺量。

2. 施工性影响钢渣粉的加入可以改善混凝土的流动性和减水性，使混凝土更易施工，但过量掺入可能导致混凝土凝结时间延长。

3. 环境影响钢渣粉的资源综合利用可以减少对自然资源的消耗，同时降低对环境的影响，减少废弃物对环境造成的污染。

五、结论通过对钢渣粉在混凝土中的应用的探讨，可以得出以下结论：钢渣粉作为一种新型矿渣材料，具有良好的物理化学性能，可以广泛应用于混凝土中。

《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》标准探讨

另一方面．钢渣易磨性较差．传统的球磨机粉磨效率低．对粉磨成本过高导致效益不明显．相没有较好的激励作用，同时缺乏相应配套的减（）政策保障，免税从而限制了其进一步的推广
量．物料受到钢球的作用而磨碎．法磨细的物料经排无
品名
ｆａ处理方法）ＣＯ（
陈化时间，ｄ
０２４５０
ｆａＣＯ
９５．３７５．ｌ６．８２
马钢６２（筒渣）．（淬渣）．８滚８７风９韶钢宝钢
沙钢
９４．２水淬渣８１．８滚筒渣
６２．８粒化渣
＜％经过对国内大型钢厂产生的钢渣进行ｆａ含量测３但ＣＯ
悬而未解。目前而言，在着几种争议回如用化学滴定就存：
法测钢渣中的ｆａＣＯ、检测钢渣稳定性的压蒸粉化率等。针对前者．有人质疑其有效性．为传统的乙二醇一ＤＡ认ＥＴ
程中．也存在着若干问题。仍然困扰着相关企业，为钢成
渣粉大规模利用的门槛为此．标准中所涉及的关键对内容分别进行阐述和分析．以求共解由表１以看到．细度达到２０目的活性指数反而可０低于１０目．差最大为ｌ％．与钢渣的活性含量以及０相７这成分有关过对６ｍ以下的钢渣粉粉磨６ｍｎ发现粉经ｍ０ｉ．由于钢渣属致密性硅酸盐矿物，量高于ＣＣＳ含，但总体含量低于水泥熟料．因此遇水后凝结时间长．早期强度低．过粉磨处理并达到一定的细度后．然不经仍能提高其早期强度将钢渣作为一种活性矿物掺合料．过多年的推广经磨料中含有较多的砂岩颗粒以及 “ 麻铁 ”这些都是不芝．易细磨的组分．是增加球磨电耗的主要难磨物．且没有并

钢渣微粉在混凝土中的多用途应用

钢渣微粉在混凝土中的多用途应用本文介绍了钢渣微粉对混凝土拌合物性能的影响，可根据不同需求来调节钢渣微粉的掺量。

通过实验证明，在混凝土中掺加一定量的磨细钢渣微粉，可以改善混凝土的流动性、可泵性；利用钢渣微粉的微膨胀性可以代替膨胀剂生产微膨胀混凝土；可以生产钢渣大体积混凝土。

标签：磨细钢渣微粉；多用途；限制膨胀率；大体积混凝土钢渣作为炼钢的副产品，其大量存在不仅占用了土地，也是造成环境污染的污染源。

我国对钢渣处理利用研究早在50年代末，至今已开发了多种钢渣综合处理技术。

在作为胶凝材料的应用中，目前认为钢渣中存在大量的f-cao以及钢渣杂质，物化性能波动范围大活性组分低等几方面因素而受到限制。

本文研究利用钢渣微粉f-cao微膨胀作用，代替膨胀剂生产微膨胀混凝土；发挥其活性组分掺入混凝土中代替水泥，生产大体积混凝土、防水混凝土、普通混凝土等，有利于降低成本，提高混凝土性能。

1、原材料1.1水泥：选用42.5级普通硅酸盐水泥，比表面积390m2/kg，初凝时间125min，终凝时间195min，28d抗折强度8.9MPa，28d抗压强度47.8MPa。

1.2钢渣微粉：磨细钢渣微粉，比表面积430m2/kg，密度3.31g/cm3，28d 活性指数89%，流动度101%，烧失量1.02%，SO3 含量1.6%。

1.3外加剂：采用NST-5B萘系泵送剂，减水率20%，含固量40%，密度为1.18g/mL，PH值为7.8。

1.4粗骨料：选择5-25mm连续粒级的碎石，含泥量0.3%，泥块含量0.2%，针片状5%，压碎指标11%1.5细骨料：选用人工砂与细河砂1：1混合。

细度模数2.9，含泥量1.9%，泥块含量0.5%，人工砂石粉含量3%，亚甲蓝MB值为0.5。

2、试验研究2.1不同钢渣微粉的掺量对水泥性能的影响分别选取20%、30%、40%、50%的钢渣微粉取代水泥进行试验，考察钢渣微粉的掺量对水泥物理性能和力学性能的影响。

钢渣在水泥熟料烧成中的作用及其机理

第27卷　第9期2005年9月武　汉　理　工　大　学　学　报JOURNA L OF WUH AN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG YV ol.27　N o.9　Sep.2005钢渣在水泥熟料烧成中的作用及其机理马保国1,许婵娟1,2,蹇守卫1,郝先成1,董荣珍1(1.武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,武汉430070;2.中国人民解放军63653部队,马兰841700)摘　要:　通过对原材料化学组成的分析,发现在水泥熟料烧制中钢渣不仅可以作石灰质及铁质原料,而且可以作为“晶种”,有利于水泥熟料的煅烧。

因此将钢渣作为独立组分,利用自编全组分水泥配料计算系统在较大率值范围内,进行大量计算并分析规律,选取配比进行烧成实验。

结果表明:在生料中掺入钢渣不仅可以降低硅氧率,明显减少f 2CaO 含量,提高熟料质量,而且能够降低环境负荷,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。

关键词:　钢渣;　水泥熟料;　晶种;　熟料烧成中图分类号:　T Q 172.4文献标志码:　A文章编号:167124431(2005)0920001203Function and Mechanism of Steel Slag in the CementClinker Forming ProcessMA Bao 2guo 1,XU Chan 2juan1,2,JIAN Shou 2wei 1,H AO Xian 2cheng 1,DONG Rong 2zhen1(1.K ey Laboratory for S ilicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education ,Wuhan University of T echnology ,Wuhan 430070,China ;2.The People ’s Liberation Army Unit 63653,Malan 841700,China )Abstract :　The result of this research which showed that the steel slag can not merely replace lime and iron raw materials in cement ,and could be used as “crystal seed ”to accelerate the reaction of cement clinker was obtained by analyzing the chemistry component of raw materials.S o steel slag could be regarded as the independent component by using the self 2programming computing system of cement batching within larger range of ratio to calculate and analyze a large am ount data.The result of experiment indicated that steel slag could not only reduce the silica m odulus ,obviously reduced f 2CaO content ,improved clinker quality and reduced environmental load ,but als o had better economic benefits and s ocial benefit.K ey w ords :　steel slag ;　cement clinker ;　crystal seed ;　clinkering 收稿日期:2005205210.基金项目:国家“863”计划(2002AA335050)和国家“973”项目(2001C B61070423).作者简介:马保国(19572),男,博导,教授.E 2mail :mbgjob @钢渣是炼钢时产生的工业废渣,约为粗钢产量的15%～20%,是我国主要的工业废弃物之一。

钢渣粉在混凝土中的应用

钢渣粉在混凝土中的应用随着建筑行业的不断发展，混凝土作为建筑材料的重要组成部分，对其性能的要求也越来越高。

为了满足工程建设对混凝土性能的需求，人们不断探索新型的混凝土掺合材料，其中钢渣粉作为一种具有潜力的材料备受关注。

钢渣粉是一种工业废弃物，它来源于钢铁冶炼和炼钢生产中的废弃物，经过粉碎、筛分和加工而成。

本文将从钢渣粉的来源及特性、在混凝土中的应用效果以及对混凝土性能的影响等方面进行系统性的探讨，旨在全面地探究钢渣粉在混凝土中的应用。

一、钢渣粉的特性及来源1. 来源钢渣粉是产生于钢铁冶炼和炼钢生产中的一种废弃物。

在钢铁冶炼和炼钢的过程中，熔融渣经过粉碎、磨碎后形成细颗粒状的物料，这就是钢渣粉。

由于钢铁冶炼过程中使用的生铁和废钢中含有许多有害元素，例如氮、硫、砷、铅等，这些元素会以氧化物、氢氧化物等化合物的形式存在于钢渣粉中，因此使用前需要对其进行处理，以确保对混凝土的影响在合理范围内。

2. 物理化学特性钢渣粉常规的物理化学特性如下：(1) 粒径特性：钢渣粉的粒径通常小于75微米，其细度比泛指。

粉末颗粒的微细特性有利于与水泥和其它矿物掺合材料形成致密的混凝土基质，增加混凝土的强度和耐久性。

(2) 化学成分：钢渣粉中主要含有二氧化硅、氧化铁、氧化钙等成分，这些成分的存在为混凝土提供了更好的物理力学性能。

(3) 含铁量：钢渣粉中还含有一定量的铁元素，这些铁元素有助于提高混凝土的抗裂性能和耐久性。

二、钢渣粉在混凝土中的应用效果1. 增强混凝土强度钢渣粉作为混凝土掺合材料之一，能够在一定程度上代替水泥，提高混凝土的细密性和均匀性，从而增强混凝土的抗压强度和抗折强度。

使用钢渣粉掺合混凝土，可以大大提高混凝土的耐久性和抗风化性能，降低混凝土裂缝的产生。

2. 改善混凝土耐久性混凝土中加入适量的钢渣粉可降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的致密性，降低渗透性和吸水性，改善混凝土的耐腐蚀性和耐久性。

这对于在恶劣环境下使用的混凝土结构尤为重要，例如在水下、潮湿环境或具有化学腐蚀性物质的场合中使用。

钢渣微粉对水泥路基材料的影响及应用研究

钢渣微粉对水泥路基材料的影响及应用研究发布时间：2021-09-14T08:08:19.264Z 来源：《科技新时代》2021年6期作者：荣志鹏[导读] 我国钢铁产量常年高居世界首位，目前年产量已经占世界产量的50%。

酒钢集团甘肃润源环境资源科技有限公司甘肃省嘉峪关市 735100摘要：钢渣是钢铁行业的副产物之一，其成分主要包括硅酸盐、铁铝酸盐等多种氧化物和盐类，使其具备水化特性，非常适合应用于水泥路基材料。

本文通过描述钢渣的基本性质，从钢渣的不同性质特点对水泥路基材料的不同影响着手分析，得出一些在工作性能、力学性能等方面的应用潜力。

并总结了钢渣微粉在在水泥路基材料中的应用方式。

关键词：钢渣微粉；水泥路基材料；应用研究1引言我国钢铁产量常年高居世界首位，目前年产量已经占世界产量的50%。

由于钢渣微粉的排放量接近粗钢产量的六分之一，产生的大量钢渣微粉未能进行有效利用，废弃量逐年递增。

但我国钢渣的有效利用率仅有四分之一，与发达国家的利用率相比差距过大。

所以要通过有效途径尽快解决钢渣微粉的综合附加值。

从国内外相关研究来看，钢渣微粉可以应用于水泥路基材料。

基于大宗资源利用方面考虑，此举可以显著提升钢渣微粉的利用率，还能有效解决堆放钢渣微粉占地造成的污染环境等问题。

2钢渣的基本特性钢渣的主要成分有氧化钙(CaO)，含量大概在30%-60%之间；还有二氧化硅(SiO2)，含量在8%-23%之间；以及含量在3%-8%之间的氧化铝(Al2O3)和含量在4%-11%之间的氧化镁(MgO)，其中氧化镁的存在方式包括以下三种:即化合态、固溶体、固溶体。

除了上述的成分之外，还存在FeO,MnO,Fe2O3以及硫化物等物质。

钢渣成分并不是一成不变的，不同的炼钢技术会生产出不同的钢渣，但差别较小，主要的化学成分含量较为稳定。

包括了硅酸盐矿物、金属氧化物、铁铝酸盐，以及少量的橄榄石(CaO·FeO·SiO2)、镁蔷薇辉石(3CaOMgO·2SiO2)、RO相(二价金属氧化物FeO、MgO、MnO 的固溶体)、硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)、铁酸钙(C2F)、游离氧化钙(f-CaO)等。

钢渣用作水泥基材料的问题研讨

第27卷第6期2005年6月武汉理工大学学报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGYVol.27 No.6 Jun.2005钢渣用作水泥基材料的问题研讨朱明,胡曙光,丁庆军(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,武汉430070)摘要: 碱度在1.6以上的钢渣是一种具有一定水化活性,又在不同程度上存在风化膨胀不稳定性的矿物集合体,将其用作水泥基材料的关键是活性的开发与膨胀的抑制。

在现有研究的基础上,对钢渣用作水泥基材料时体积膨胀的诱因与抑制措施、钢渣活性的激发等问题进行了较为详细的探讨。

认为对钢渣采用机械活化与化学激活并举的措施不失为一条有效的途径。

关键词: 钢渣; 水泥基材料; 安定性; 胶凝活性中图分类号: T Q 172.4文献标志码: A文章编号:1671 4431(2005)06 0048 04Investigation on Applying S teel Slag to C ementbased MaterialsZ H U Ming,H U Shu guang,DIN G Qing j un(K ey Labor ator y for Silicate M aterials Science and Eng ineering of M inistry of Education,Wuhan U niversit y of T echnolog y,W uhan 430070,China)Abstract: Steel slag of alkalinity abo ve 1.6is a kind of mineral agg regation,w ith pro per hydration activ ity and unsteadyrotten ex pansion,the key use of it in cementing matrix is the development o f activity and the r estraint of expansion.Based o n existing resear ch,this study present the following problems in details:a)t he inducement and restraint measur es of voluminal ex pansion w hen steel slag was used in cementing matrix ,and b)the motivation of steel slag activ ity.T he study indicated the me chanical act ivation and the chemical activation used in steel slag are effective measures.Key words: steel slag ; cementing matr ix; stability; cementitious activity收稿日期:2005 03 28.作者简介:朱明(1960 ),男,副教授.E mail:zhuming04@钢渣是炼钢时产生的一种工业废渣,一般为粗钢产量的12%~20%。

钢渣粉在水泥基材料中应用研究综述　

第40卷第9期2021年9月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.40㊀No.9September,2021钢渣粉在水泥基材料中应用研究综述邹㊀敏1,沈㊀玉2,刘娟红1(1.北京科技大学土木与资源工程学院,北京㊀100083;2.中交二公局第三工程有限公司,西安㊀710016)摘要:目前,钢渣废弃物堆存造成了严重的环境污染和资源浪费,钢渣资源化利用迫在眉睫㊂将钢渣粉应用于水泥基材料中,不仅可以提高固废资源利用率,还可以减少天然资源的消耗,替代水泥降低CO 2的排放㊂本文介绍了钢渣的物理化学特性㊁胶凝性能和活性激发方式,综述了钢渣粉在混凝土复合胶凝材料㊁全固废胶凝材料㊁充填胶结材料㊁干混砂浆四个领域的资源化利用现状㊂从凝结时间㊁和易性㊁力学性能㊁耐久性和体积稳定性等方面分析了钢渣粉对水泥基材料性能的影响㊂掺入适量的钢渣粉,可有效改善水泥基材料的性能,特别是在调控拌合物和易性与提升耐久性方面有显著优势㊂最后,提出了将钢渣粉应用在水泥基材料中存在的问题和未来的研究发展方向㊂关键词:钢渣粉;水泥基材料;胶凝活性;和易性;耐久性;力学性能中图分类号:TU528.041㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2021)09-2964-14Review on Application of Steel Slag Powder in Cement-Based MaterialsZOU Min 1,SHEN Yu 2,LIU Juanhong 1(1.College of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;CC-SHEC Third Highway Engineering Co.,Ltd.,Xi an 710016,China)Abstract :At present,the stacking of steel slag has caused serious environmental pollution and resource waste,so the utilization of steel slag resources is ing steel slag powder in cement-based materials can not only improve the utilization rate of solid waste resources,but also reduce the consumption of natural resources and reduce CO 2emission by acting as a substitute for cement.The physical and chemical properties,cementitious properties and active excitation modes of steel slag were introduced.The resource utilization of steel slag powder in concrete composite cementitious materials,solid waste cementitious materials,filling cementitious materials and dry mixed mortar was reviewed.The effect of steel slag powder on the properties of cement-based material was analyzed from the aspects of setting time,workability,mechanical properties,durability and volume stability.Adding proper amount of steel slag powder effectively improves the properties of cement-based materials,especially in regulating the workability of mixes and enhancing the durability.Finally,the existing problems of the application of steel slag powder in cement-based materials and the future research direction were proposed.Key words :steel slag powder;cement-based material;cementitious activity;workability;durability;mechanical property ㊀收稿日期:2021-03-27;修订日期:2021-05-08基金项目:中央高校基本科研业务费(FRF-BD-20-01A,FRF-BD-20-01B)作者简介:邹㊀敏(1998 ),女,硕士研究生㊂主要从事绿色高性能混凝土方面的研究㊂E-mail:188****8317@通信作者:刘娟红,博士,教授㊂E-mail:juanhong1966@ 0㊀引㊀言钢渣是钢铁冶炼过程中的一种工业废渣,其排放量约占粗钢产量的15%[1]㊂目前,我国的钢产量多年稳居世界第一,粗钢产量达到全球产量的1/2[2]㊂但是70%左右的钢渣未得到有效利用[3],其废弃堆存量逐年增加,占用大量宝贵的土地资源,严重破坏周边生态环境㊂钢渣资源除了通过企业内循环自消纳外,还被应用于建筑材料㊁道路工程㊁阻燃工程㊁农业肥料㊁制备微晶玻璃㊁海洋工程中[4-5]㊂钢渣在建筑材料中的应用通常有钢渣骨料和钢渣粉两种方式,由于钢渣骨料安定性的离散程度大,少量安定性不良的骨料就可能使㊀第9期邹㊀敏等:钢渣粉在水泥基材料中应用研究综述2965硬化混凝土发生表面损伤或结构性破坏,近年来将钢渣骨料作为混凝土骨料导致的工程质量问题频发㊂相比于钢渣骨料,钢渣粉在建筑材料方面的综合利用更为广泛㊂在国家发展改革委㊁科技部等十部门最新发布的‘关于十四五大宗固体废物综合利用的指导意见“中,也明确指出扩大钢渣微粉作混凝土掺合料在建设工程等领域的利用㊂但由于钢渣自身特殊的物理化学性质,处理工艺㊁冶炼工艺不同带来的差异,钢渣粉仍存在早期水化活性低㊁凝结时间长等亟待有效解决的问题[6-7]㊂本研究综述了钢渣粉及其在水泥基材料中资源化利用的研究成果,分析指出了目前存在的问题,提出了发展趋势,为今后钢渣粉在水泥基材料中的进一步研究和应用提供技术指导和参考㊂1㊀基本特性钢渣冶炼工艺和处理工艺的复杂多样化,导致了钢渣种类多㊁渣况差异大的现象㊂根据冶炼工艺可将钢渣分为转炉钢渣㊁电炉钢渣和平炉钢渣,根据处理工艺可将钢渣分为热焖渣㊁热泼渣㊁滚筒渣等[8-9]㊂1.1㊀物理化学特性国内外研究结果表明,各种钢渣成分含量波动较大,但化学组成基本相同[10-13]㊂钢渣的化学组成主要包括CaO㊁SiO2㊁Al2O3㊁Fe2O3㊁MgO[11,13],在组成上与水泥熟料相似,但CaO和SiO2的含量低于硅酸盐水泥,这意味着钢渣中硅酸钙的含量较低㊂钢渣的矿物组成主要包括硅酸二钙(C2S)㊁硅酸三钙(C3S)㊁少量游离的氧化钙(f-CaO)㊁铁铝酸四钙(C4AF)以及MgO㊁CaO㊁TeO和MnO等(统称为RO相)金属氧化物[11,13-15]㊂钢渣中的主要矿物相会随钢渣碱度的变化而变化㊂徐光亮等[16]认为低碱度转炉钢渣的主要矿物相为橄榄石㊁镁蔷薇石㊁RO相和C2S㊂侯贵华等[14]认为高碱度钢渣主要矿物相为C2S㊁铁铝钙和镁铁相固溶体,此外还含有少量的C3S㊁f-CaO和MgO㊂饶磊[17]研究发现:钢渣碱度从4.0开始降低的过程中,矿物相中的C3S㊁铁酸二钙(C2F)㊁方镁石含量逐渐减少,C2S含量呈现先升后降的趋势;当碱度降至2.5时,方镁石消失,蔷薇辉石开始析出;RO相含量随碱度降低逐渐上升㊂1.2㊀水化特性钢渣中的C2S和C3S具有一定活性,可水化生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和氢氧化钙(CH)晶体,该过程与硅酸盐水泥水化过程相似㊂但钢渣中活性相对较高的硅酸盐矿物及铁铝酸盐矿物仅占40%~70%,并且在钢渣生成过程中,高温融熔导致C3S结构更加致密,钢渣的胶凝性能远低于硅酸盐水泥熟料[13]㊂王强[18]借助等温差分量热仪对比了钢渣粉和纯硅酸盐水泥的水化放热速率,发现钢渣粉水化第二放热峰比纯硅酸盐水泥晚12h左右出现,且峰值仅为水泥的1/12,说明钢渣粉中的活性成分含量远低于纯硅酸盐水泥㊂齐立倩[19]也进行了相似的比对,发现随着钢渣粉掺量的增加,钢渣水泥体系的放热速率下降,累积放热量逐渐减小㊂这是因为钢渣中C3S含量较少,体系中Ca2+达到饱和并且饱和后与OH-结合形成CH晶体析出的时间变长㊂因此,钢渣早期反应速率较慢,初凝时间较长㊂但钢渣水泥的后期水化速率要大于纯硅酸盐水泥㊂这是因为随着水化反应的进行,C-S-H凝胶会吸附在水泥颗粒表面,阻碍了未水化的水泥颗粒与水接触,这层表面屏障层的厚度决定了水泥水化进一步反应的难易程度㊂与纯硅酸盐水泥相比,钢渣的水化活性低,生成的C-S-H凝胶含量少,后期屏障层更薄,水分更容易进入被包裹的水泥颗粒的表面,因此后期水化速率大于纯硅酸盐水泥㊂1.3㊀活性激发为了克服钢渣活性低㊁早期抗压强度不足的劣势,可通过适当的活化处理方式来激发钢渣的潜在活性㊂常用的活化技术包括物理激发㊁化学激发和复合激发㊂物理激发也称机械激发,主要方式是机械研磨㊂段思宇等[20]研究发现,细颗粒的钢渣中富集更多的Ca㊁Si元素㊂钢渣的胶凝特性正是来源于CH㊁C2S㊁C3S等矿物,用超音速蒸汽粉碎机粉磨钢渣,可优化钢渣颗粒的化学组成,得到活性更高的细颗粒钢渣㊂Zhang等[21]发现:钢渣微粉的胶凝活性随着粒径的减小,呈现先增后减的趋势;使用行星式球磨机研磨80min时的钢渣活性最佳,当研磨时间超过80min时,钢渣微粉易发生团聚,对胶凝活性激发有负面影响[22]㊂王强等[23]用61μm孔径的筛子筛出转炉钢渣粉中的粗颗粒,将这部分粗颗粒磨细后,发现其早期和后期活性均有一定程2966㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷度的提高,但与钢渣原样相比仍有很大差距㊂因此,机械激发对提高钢渣粉中粗颗粒活性的效果并不明显㊂Liu等[24]提出在钢渣取代量大㊁细度高的情况下,提高钢渣细度能有效增强钢渣水泥的后期胶凝性能,但对早期胶凝性能并无改善㊂综合而言,机械研磨可通过提高钢渣中活性矿物的比例来达到激发潜在胶凝活性的效果㊂但在研磨过程中要注意研磨方式和研磨时间的选取,控制不当时容易造成负面影响,并且研磨后的钢渣颗粒活性提升空间不大,对早期活性低的缺陷并无改善㊂化学激发是通过酸㊁碱㊁盐和矿物掺合料等物质来破坏矿物晶体,释放出Ca2+和硅氧四面体[SiO4],促使形成更多的C-S-H凝胶和钙矾石(AFt)晶体,不断填充硬化体中的孔隙,从而达到提高强度的目的[25]㊂张浩等[26]研究表明,硫酸和醋酸都对钢渣活性有较好的激发作用,28d的活性指数分别可达91.2%~97.3%和89.4%~93.2%㊂酸对体系中部分碱性物质的中和作用,促进了未水化的钢渣进一步溶解并进行水化反应㊂适量的磷酸溶液通过去除钢渣微粉中的f-CaO,对钢渣微粉的孔结构起到显著的改善作用[27]㊂但过多的酸性激发剂会破坏体系中的碱性环境,从而产生消极作用[1],因此碱激发的研究和实际运用都更为广泛㊂崔贺龙[28]通过试验得出四种碱性激发剂的激发效果排序为水玻璃(Na2SiO3)>Na2CO3㊁NaOH>Na2SO4㊂钢渣单独做胶凝材料时,即使采用水玻璃激发,早期抗压强度仍然不高[29]㊂张浩等[30]研究发现,Na2SiO3和NaOH对钢渣胶凝材料的早期抗压强度影响较大,CH对28d抗压强度影响更显著㊂王强[18]通过微观分析发现,NaOH溶液(pH=13.0)能促进钢渣的水化,但其中的RO相㊁Fe3O4和C2F仍保持惰性,并且这种促进作用在28d后减弱,对提高钢渣长期水化活性的作用有限㊂虽然化学激发能适当提高钢渣的活性,但远未达到可在水泥基材料中大量使用的程度㊂此外,化学激发剂高昂的成本也是制约化学激发技术推广运用的一大阻碍㊂单一的激发技术难以达到最佳激发效果,因此不少学者提出复合激发技术㊂王毓[25]将碱激发和矿物激发复合,发现复掺的效果整体上明显好于单掺㊂当硅灰和Na2SiO3复掺且掺量都为1%(质量分数)时,水化产物的结构更加密实且完整,与未激发的钢渣相比,3d强度提高了128%,7d强度提高了92%,28d强度提高了46%㊂宋学锋等[31]将碱激发与蒸汽养护结合,在蒸汽养护下钢渣碱激发反应进程加速,试块的早期强度提高较快,但后期强度略低于标准养护下的试块㊂不同的活化处理方式,对于钢渣粉和含钢渣粉的复合胶凝材料的水化过程㊁水化产物以及硬化体早期和后期抗压强度有不同程度的影响㊂因此,应综合早后期性能,选用适当的活化方式㊂但目前激发技术还存在着机械激发能耗大,化学激发剂资源有限㊁价格昂贵㊁种类和掺量无标准规定,复合激发技术难易程度不同等问题,未能在建筑工程中得到大量的推广㊂因此寻求激发效果更加显著㊁操作更加简单㊁价格更加低廉的活性激发技术,是今后的重点研究方向之一㊂2㊀钢渣粉制备水泥基材料2.1㊀钢渣粉制备混凝土复合胶凝材料我国从20世纪70年代开始了关于钢渣粉在水泥与混凝土中应用的研究,但当时混凝土矿物掺合料与外加剂技术还未成熟,钢渣粉作为一种低活性的矿物掺合料难以进入四组分混凝土中㊂因此当时的研究重点是将钢渣作为水泥混合材使用,并相继颁布实施了一系列国家标准‘钢渣矿渣水泥“(GB13590 1992)和行业标准‘低热钢渣矿渣水泥“(YB/T057 1994)㊁‘钢渣道路水泥“(YB4098 1996)㊁‘钢渣砌筑水泥“(YB4099 1996)等,其中最具代表性的是‘钢渣矿渣水泥“(GB13590 1992),现已改称为‘钢渣硅酸盐水泥“(GB13590 2006)㊂不同标准对于钢渣掺量的要求见表1㊂钢渣硅酸盐水泥是以钢渣㊁粒化高炉矿渣㊁硅酸盐水泥熟料按照一定比例混合,配以石膏等激发剂混合粉磨而成的㊂由于当时的活化技术和粉磨技术还不成熟,三者易磨性的差异导致了粉磨后各物料粗细程度不均,较粗的钢渣㊁矿渣颗粒难以发挥胶凝性能[32]㊂在依赖水泥等级来控制混凝土强度的年代,此类水泥难以达到建筑行业对高强度等级水泥的要求,因此并未得到广泛应用㊂但近年来,随着钢渣处理技术的不断提升,钢渣粉的性能得到大幅改善㊂王倬[33]对比了用于水泥和混凝土中的钢渣粉与矿粉的技术指标,发现一级钢渣粉在参数上均可满足S75级矿粉的要求,已经达到作为活性混合材的要求㊂㊀第9期邹㊀敏等:钢渣粉在水泥基材料中应用研究综述2967表1㊀不同标准对于钢渣掺量的要求[34-42]Table1㊀Requirements of steel slag content for different standards[34-42]标准名称标准状态钢渣含量要求‘钢渣矿渣水泥“(GB/T13590 2006)替代钢渣的最少掺入量不少于30%, (GB13590 1992)被‘钢渣硅酸盐水泥“钢渣和高炉矿渣粉的总掺量不少于60%‘钢渣硅酸盐水泥“(GB13590 2006)现行钢渣掺加量不少于30%‘低热钢渣矿渣水泥“(YB/T057 1994)作废钢渣的最少掺入量不少于30%,钢渣和高炉矿渣的总掺量不少于60%‘低热钢渣硅酸盐水泥“(JC/T1082 2008)现行钢渣掺加量不少于30%‘钢渣道路水泥“(YB4098 1996)被‘钢渣道路水泥“(JC/T1087 2008)替代钢渣的掺入量不少于30%,钢渣和高炉矿渣粉的总掺量不少于60%‘钢渣道路水泥“(JC/T1087 2008)现行取消了钢渣和高炉矿渣粉的总掺量不少于60%的规定,同时保留了钢渣的掺入量不少于30%的要求‘钢渣道路水泥“(GB25029 2010)现行钢渣掺入量ȡ10%且ɤ40%‘钢渣砌筑水泥“(JC/T1090 2008)替代钢渣的最少掺入量不少于40% (YB4099 1996)被‘钢渣砌筑水泥“‘钢渣砌筑水泥“(JC/T1090 2008)现行对钢渣掺量无规定近年来,矿物掺合料已经成为配制高强㊁高耐久性混凝土必不可少的组成部分㊂钢渣的化学组成与水泥熟料相似,磨细后的钢渣粉具有胶凝性能,因此可作为矿物掺合料应用到混凝土生产中㊂相比于作为混合材制备特种水泥,钢渣粉作为混凝土掺合料得到了更广泛的应用㊂王倬[33]在钢渣-水泥复合微粉的胶砂试验中得出:钢渣单掺量应该不高于15%(质量分数);钢渣和矿渣复掺时,总掺比应控制在50%(质量分数)内,且钢渣占比应小于25%(质量分数)㊂董涛[43]将水泥熟料和石膏粉磨至比表面积为360m2/kg后,与钢渣粉均匀混合,也得出了相似的结论,当钢渣掺入量超过30%(质量分数)时,试件早期强度明显降低,初凝和终凝时间显著增长㊂武伟娟[44]通过制备水胶比为0.4的净浆,发现水化12h后,浆体结构密实度随钢渣掺量增加而降低,当钢渣掺量达到40%时,浆体无法硬化成型㊂近年来大量的试验结果[45-47]都表明,过高的钢渣粉掺量会对浆体的成型和强度发展产生负面作用㊂为了进一步发挥钢渣粉的胶凝活性,提高钢渣粉在水泥和混凝土中的掺量,近年来,不少专家㊁学者对含钢渣粉的多元复合胶凝材料做了大量探索㊂赵计辉[48]总结了钢渣粉与几种常见矿物掺合料的复合作用:钢渣与矿渣复合水化时能达到1+1>2的效果;钢渣与粉煤灰的叠加效应取决于二者之间的比例;钢渣与石英粉之间无叠加效应,只有在低掺量的石英粉发挥填充效应时,浆体强度有少许提高;钢渣与硅灰的复合叠加效应只在硅灰掺量较低时产生㊂因此,目前使用较为广泛的正是钢渣-矿渣复合体系,甚至形成了以钢渣和粒化高炉矿渣粉为主要原料,掺入少量石膏粉磨而成的钢铁渣粉㊂Liu等[49]对超细高炉矿渣粉-水泥-钢渣粉三元胶凝体系的力学性能和水化机理进行了研究,发现体系中各组分对强度发展速度的影响和对强度的贡献率均不同㊂钢渣在早期反应程度低,延缓了整体水化进程;矿渣粉在各个阶段都具有较高的反应活性,提高了整体水化程度㊂李健生等[50]也进行了相似研究,将钢渣和矿渣粉当作主要胶凝组分,P㊃O52.5水泥当作碱性激发剂,并掺入4%(质量分数)的活性硅铝质原料,制备出了满足强度要求的早强型钢渣矿渣胶凝材料㊂黄阳等[51]选用了攀钢高碱度(碱度系数为2.5)的含钒钢渣与粉煤灰组成复合胶材,取代30%的基准水泥㊂试验表明,质量比为3ʒ7的钢渣粉与粉煤灰组成的复合胶凝材料的活性指数高于纯钢渣粉和粉煤灰,这是由于粉煤灰中的玻璃体被高碱度的钢渣激发后,协同钢渣中的C2S和C3S产生活性效应㊂但当粉煤灰占比提升,复合胶材的活性指数将降低,早期活性指数低于70%,因此钢渣粉对提高复合胶凝材料的活性有重要意义㊂Liu等[52]将钢渣与硅灰混合研磨制备复合矿物掺合料,发现研磨后的钢渣颗粒上均匀吸附一层硅灰㊂硅灰对CH的消耗有显著贡献,还可增强钢渣微粉与周围C-S-H凝胶的连接,复合矿物掺合料的整体活性随着硅灰含量的增加而提高㊂齐立倩[19]在30%钢渣和70%的水泥复合胶凝体系中,复掺3%(质量分数)的CaCO3和2%(质量分数)的生石灰,硬化体的3d抗压强度提高了59.9%,28d抗压强度提高了2968㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷17.8%㊂这是由于,CaCO3充当了水化产物C-S-H凝胶的晶核,促进了早期水化反应,生石灰的加入可产生更多AFt,两者共同作用使得浆体结构更加密实㊂侯克伟[46]将钢渣与煤矸石按质量比6ʒ4混合,并且在800ħ恒温加热2h后掺入P㊃O42.5水泥中㊂当混合料掺量不超过30%(质量分数)时,硬化体强度均可达到P㊃O32.5水泥的要求㊂目前,对于含钢渣粉的多元复合胶凝材料的水化㊁硬化过程,结构和性能都有较为充分的研究㊂‘用于水泥和混凝土中的钢渣粉“(GB/T20491 2017)㊁‘钢渣粉混凝土应用技术规程“(DG/T J08 2013 2007)㊁‘钢渣粉混凝土“(T/ZACA025 2020)等标准的发布,进一步完善了标准体系架构㊂在产业方面,年产30万t㊁60万t等不同规模的钢渣微粉生产线相继投入市场㊂我国在钢渣粉作为混凝土掺合料领域,已有理论㊁技术㊁标准体系等多方面的支持㊂利用钢渣粉制备混凝土复合胶凝材料对于钢渣资源化利用㊁代替水泥降低CO2的排放和减少混凝土成本方面都具有重要意义,可大力推广㊂随着研究的深入进行,这项技术将逐渐成熟,钢渣将会如同矿渣一样被人们普遍接受与使用㊂2.2㊀钢渣粉制备全固废胶凝材料为了进一步降低水泥熟料的用量,促进工业固废资源化利用,实现环保㊁节能㊁降低成本的目的,我国从20世纪80年代逐渐开始了低熟料以及无熟料钢渣水泥的研究[53]㊂时至今日,对于钢渣基全固废胶凝材料的水化机理研究已有显著成果㊂倪文等[54]选取了一种钙铝含量高㊁铁含量低㊁碱度高的电炉还原渣,与矿渣和石膏磨细混合,配制出了可用于高性能混凝土的全固废复合胶凝材料,其28d胶砂抗压强度达到39MPa㊂通过多种微观测试技术综合分析得出:这种复合胶凝材料之间的协同作用一部分源于复盐效应生成的AFt 类复盐,这种纳米级的针棒状晶体对硬化体有显著的增韧效果;另一部分则归功于电炉还原渣和石膏复合对矿渣活性的激发,使得矿渣可持续水化,最终形成了密实的层状复合结构㊂其中C-S-H凝胶紧密包裹着针棒状的AFt晶体(如图1),这正是抗压强度的主要来源㊂杜惠惠等[55]对水淬高钛高炉渣-钢渣-石膏基胶凝材料进行了研究,认为脱硫石膏中的SO2-4可作为激发剂,促进水淬高钛高炉渣与钢渣协同水化,产生了大量针棒状AFt晶体和非晶态的C-S-H凝胶,网状凝胶紧密包裹着晶体,进一步提高了复合体系的稳定性㊂马旭明等[56]也进行了相似的研究,认为在钢渣-矿渣-脱硫石膏组成的无熟料胶凝体系中,钢渣水化为体系提供了有利的碱性环境,脱硫石膏作为一种硫酸盐激发剂促进了矿渣水化,而矿渣与OH-㊁SO2-4反应又对钢渣的持续水化和脱硫石膏的溶解有促进作用㊂徐东等[57]发现,在钢渣-矿渣-脱硫石膏的三元复合胶凝材料体系中加入碱渣,可以进一步促进各组分发挥最大优势㊂其中矿渣可以提供持续生成C-S-H凝胶所需的活性硅氧四面体[SiO4],和生成AFt及Friedel盐(FS)所需的铝氧四面体[AlO4];钢渣除了发挥自身胶凝活性外,还带有少量的铝酸盐,与脱硫石膏和碱渣中的氯盐反应生成AFt和FS;在最终的水化产物中,针棒状AFt 和六方板状的FS密实填充在C-S-H凝胶孔隙之中,对强度发展起到重要贡献㊂段思宇[58]用20%的粉煤灰超微粉㊁70%的钢渣超微粉和10%脱硫石膏微粉,按照水胶比0.18制备出的净浆试块,其28d抗压强度可达39.6MPa㊂三者之间的协同效应来源于粉煤灰促进了钢渣的二次水化,脱硫石膏中的SO2-4可对粉煤灰起到活化作用㊂综上所述,在多种微观测试及分析技术,如X线衍射(XRD)㊁扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)㊁能量色散谱(EDS)㊁傅里叶红外光谱(FT-IR)㊁热重-差热分析法(TG-DTA)和X线光电子能谱(XPS)等的辅助下,对于钢渣基全固废胶凝材料各组分之间的协同作用机理㊁水化产物的形成机理和发展过程㊁水化各阶段的结构形貌变化和强度来源已有了显著研究成果㊂但要运用于实际工程中,还缺乏对生产工艺㊁配合比设计㊁长期性能方面的研究,与形成一种可运用于市场的钢渣基全固废胶凝材料产品还相距甚远㊂不断完善生产技术,优化原材料配比,并在工程运用中验证其可靠性和可行性是发展钢渣基全固废胶凝材料的重要研究方向㊂近年来,在大宗工业固废综合利用的领域中,展开了较多针对单一种类固废的探索,但缺乏对多固废协同作用的研究[55]㊂钢渣基全固废胶凝材料制备技术正是建立在多固废协同作用的研究上,以钢渣-矿渣-石膏体系为主,通过钢渣粉和石膏不断激发矿粉的潜在活性来实现胶凝性能㊂随着大宗固废资源化需求愈发迫切,多种冶炼渣㊁工业副产石膏的综合利用能力都急需提升㊂以这些盐类和碱类固废为原料,依据钢渣基全固废胶凝材料的制备技术,进行多种全固废胶凝材料的研发是今后的研究发展方向之一㊂㊀第9期邹㊀敏等:钢渣粉在水泥基材料中应用研究综述2969图1㊀电炉还原渣-矿渣-石膏体系不同水化龄期的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片[54] Fig.1㊀FE-SEM images of electric furnace reducing slag-slag-gypsum cementitious system at different hydration ages[54]2.3㊀钢渣粉制备充填胶结材料钢渣基胶凝材料早期强度不足和安定性不良的问题阻碍了其在结构混凝土中的广泛应用,但矿井填充对强度要求不高,并且钢渣的低膨胀性能够抵消充填体的微收缩,提升后期强度㊂与硅酸盐水泥这种传统的充填胶结剂相比,充填成本大幅度降低,因此钢渣基胶结材料在矿山充填领域占有更大的市场[59]㊂耿毅[60]创新性地将钢渣㊁矿渣作为主要原材料,研发出了用于矿山采空区的新型充填胶凝材料,并用于建成年产60万t的矿渣-钢渣新型矿山充填胶凝材料生产线㊂刘满超[61]经过正交试验,得出了钢渣粉㊁矿渣粉各35.5%㊁硅酸盐水泥10%㊁矿物调控剂19%的最佳钢渣-矿渣基充填胶凝材料配比,在胶砂比为1ʒ4~1ʒ8㊁充填料浆质量浓度为67%~73%时,充填体28d强度可达1.60~5.24MPa,满足矿山采空区充填要求㊂与硅酸盐水泥充填体相比,可以降低43.95%的成本,并且在力学强度和流动性方面都有更好的表现㊂董培鑫等[62]选取全尾砂为骨料,12%水泥熟料作为碱激发剂㊁2%脱硫石膏作为酸激发剂和1%工业芒硝作为盐类激发剂复合激发,20%钢渣微粉和65%矿渣微粉作为活性材制备充填体㊂当胶砂比为1ʒ6时,70%质量浓度的全尾砂充填体28d强度可达2.78MPa,实现了钢渣废弃物的资源化利用㊂董越等[63]提出:在复合充填胶凝材料中,钢渣粉的取代量在10%~20%时,有利于充填体强度的持续增长;当取代量持续增长时,充填体的吸水量将会升高,收缩率逐渐减小㊂王雪等[64]研究了钢渣粉与钾盐矿尾液的固化机理,认为钢渣可以作为钾盐矿充填料的胶结剂㊂正是钢渣粉反应缓慢㊁持久的特点,使得制备出的充填料前期8h内流动度可达200mm以上,后期28d抗压强度可达到1MPa以上㊂目前,利用钢渣粉㊁矿渣粉等具有胶凝活性的工业固废取代传统硅酸盐类胶结材料,已经成为制备新型矿山充填胶结剂的发展趋势,并且在性能和成本上有更优的表现㊂接下来,急需利用这种新型的充填胶结材料来创建示范工程,这样不仅可以在实际工程中检验这种新型充填胶结材料的可行性㊁可靠性和长期性能,还可以为推广该应用提供典范案例㊂2.4㊀钢渣粉制备干混砂浆钢渣粉的潜在胶凝活性在适当激发下可以替代部分水泥,因此钢渣粉在干混砂浆中的应用研究也引起了人们的普遍关注㊂冯春花等[65]用钢渣粉和钢渣砂制备干混砂浆,硬化后的砂浆强度等级可满足M5㊁M7.5及M10以上要求㊂经过测试发现:钢渣粉取代量小于40%时,对砂浆安定性和强度无不良影响,钢渣粉水化。

钢渣粉在混凝土中的应用

钢渣粉在混凝土中的应用一、引言混凝土是建筑工程中常用的建筑材料，由水泥、砂、骨料和水等混合物构成。

近年来，随着工业化进程的加快，大量的钢渣产生，如何有效地利用钢渣成为了一个备受关注的话题。

钢渣粉是一种常见的工业副产品，由钢铁冶炼过程中的废渣经过加工而成，其具有一定的活性，可以作为混凝土的替代材料，为混凝土的性能改善和资源综合利用提供了新的思路。

本文将探讨钢渣粉在混凝土中的应用，并分析其对混凝土性能的影响。

二、钢渣粉的来源和性质1. 钢渣粉的来源钢渣是钢铁冶炼过程中产生的一种冶炼废渣，主要包括钢渣渣、钢冶炼灰、氧化铁和其他杂质。

钢渣粉是通过钢渣经过破碎、磨细等加工方式得到的细粉状物质。

2. 钢渣粉的性质钢渣粉主要成分为氧化铁、氧化钙、氧化硅等，具有一定的活性，其颗粒尺寸较小，表面积较大。

钢渣粉中也含有少量的氧化铝、氧化镁等杂质。

三、钢渣粉在混凝土中的应用1. 混凝土中替代部分水泥钢渣粉可以作为混凝土掺细化材料，替代部分水泥的使用。

适量的钢渣粉掺入混凝土中，可以减少混凝土中水泥的用量，进而减少混凝土的成本。

钢渣粉的活性可以使混凝土中的细孔结构得到改善，提高混凝土的致密性和抗渗性能。

2. 对混凝土性能的影响（1）力学性能：适量的钢渣粉添加可以改善混凝土的抗压强度、抗折强度和耐久性，提高混凝土的整体力学性能。

（2）耐久性能：钢渣粉可以促进混凝土内部致密化，减少了混凝土中的孔隙率，提高了混凝土的耐久性。

（3）硅酸盐混凝土的影响：钢渣粉中的氟化物、硅铬酸盐等成分对硅酸盐水泥的水化作用有一定的促进作用，可以提高混凝土的强度。

3. 混凝土中应用的注意事项在混凝土中使用钢渣粉时，需要注意以下几点：（1）控制掺量：合理控制钢渣粉的掺量，过高过低都容易影响混凝土的性能。

（2）充分研磨：钢渣粉需要充分研磨，以增加其活性和细度，提高其在混凝土中的利用率。

（3）与其他掺合料的配合：钢渣粉可以与粉煤灰、硅灰等掺合料相配合使用，综合提高混凝土的性能。

钢渣粉在水泥混凝土中的应用研究

钢渣微粉在水泥混凝土中的应用研究摘要：钢渣粉作为混凝土的活性掺合料可以改善混凝土的工作性能。

本文综述了钢渣微粉的组成及其特性，揭示了其水硬活性和活化措施，包括机械活化、化学活化、热力学活化及相分离活化等，并分析了钢渣微粉对混凝土的性能影响。

关键词：钢渣粉活化混凝土The research in the application of the steel slag powderin the concreteAbstract：The workability of the concrete can be improved by the application of the steel slag powder used as reactive additive. The component and properties were introduced and the mechanism of the concrete hydration with steel slag powder was revealed. The methods, which can activate the steel slag powder, including mechanical activation, chemical, thermodynamics and phrase disengagement methods was introduced and the effect of the steel slag powder on the properties of the concrete was analyzed.Keyword：steel slag powder activation concrete前言我国钢铁产业每年排放大量的固体废渣，其中钢渣的排放量达到近亿t。

大量钢渣的存放不仅占用土地，还会污染周围的环境。

对于水泥混凝土行业，我国的水泥产量居世界之首[1-2]。

钢渣粉对水泥混凝土的路用性能影响

行了统一的处理。（1）碎石筛孔和相应筛余质量分数第一组，见表 4。
表4 碎石筛孔和相应筛余质量分数（第二组数据）一览表
序号
碎石筛孔尺寸
组分筛余质量分数
1
0.16mm
5.3%
2
0.315mm
9.4%
3
1.25mm
21.4%
4
2.5mm
43%
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、试验结果在完成相应试验后，结合实际应用要点开展对应的处理机制，确保能提升整体项目的综合水平，确保能依据试验过程和试验呈现出的状态判定相应依据，从而保证后续生产水泥混凝土时能提升质量监督管理水平，发挥钢渣粉的价值和优势。 1. 轴心抗压强度影响依据对应的测试和试验数据对轴心抗压强度进行分析，应用轴心抗压试验就能对比首钢、太钢以及武钢三个厂家提供的钢渣材料在不同添加剂量时形成抗压性能差异。在试验过程中，按照标准化处理操作完成对应分析工作，主要是利用圆柱体试件进行分析，高度为 300mm、直径为 150mm，整体试件的具体养护时间为 28 天，利用的是压力试验设备，加载速度设置为 1.0MPa/s，与此同时，能对试件的轴心抗压强度进行系统化测定，为了保证测定结果的合理性和准确性，还进行了 3 次以上的平行试验。结合相关试验结果可知，在钢渣量不断增加的情况下，试件的抗压强度呈现出逐渐缩小的趋势，尤其是在添加太钢的钢渣后，添加量达到 24% 时，整体抗压强度约为 35MPa，此时的抗压能力相较于没有添加钢渣时的抗压强度降低了超过 25%，而在添加量达到 32% 时，抗压强度相较于添加量达到 24% 时又降了 0.3% 左右。综上所述，在对三组试验工件进行分析和判定的过程中，钢渣量的增加都使得抗压强度出现了不同程度的缩减，主要是因为钢渣起到了一定的填充作用，使得水泥水化产物反应加剧，钢渣导致胶结材料在试验工件中的比例锐减，就使得抗压强度在达到一定临界值时出现了降低。 2. 干缩试验影响要想保证研究的有效性，就要对不同情况下相应性能影响分析进行对比处理，在对首钢、太钢以及武钢三个厂家提供的钢渣材料进行分析时，要按照不同添加量条件分析干缩性能作用效果。试验过程选取的温度是 20 摄氏度、湿度是 60%，养护时间设定为 28 天，主要对试件的收缩长度进行分析，从而判定干缩率。本次试验过程中，主要采取的是棱柱体结构试件，试验的模具大小尺寸为 100mm*100mm*400mm，为了保证试验项目结果的完整性和合理性，选取了三次以上的平行试验结果。需要注意的是，有效进行养护过程时，试件的质量损失要控制在 10g 以内，才能保证干缩率计算的完整程度。

掺钢渣微粉混凝土机械性能及耐久性能试验研究

d o i :10.3963/j.i s s n .1674-6066.2024.01.009掺钢渣微粉混凝土机械性能及耐久性能试验研究王文涛,王念(宝武环科武汉金属资源有限责任公司,武汉430080)摘要: 将磨细的钢渣微粉应用在混凝土中取代粉煤灰,可以有效缓解目前粉煤灰短缺的现象㊂该文使用钢渣微粉完全取代粉煤灰制备了C 30㊁C 50两种强度等级的混凝土,以探究其对混凝土机械性能及耐久性能的影响规律㊂结果表明,钢渣微粉的掺入会略微降低混凝土的早期抗压强度,但仍能满足设计要求;此外可以有效提高混凝土的早期抗裂性能㊁抗氯离子渗透性能㊁抗碳化性能㊁抗冻融循环性能,其中混凝土抗裂性能提升幅度最为显著,C 30S S ㊁C 50S S单位总开裂面积分别降低了38mm 2/m 2㊁160mm 2/m 2,初裂时间延长了25%以上㊂关键词: 钢渣微粉; 混凝土; 力学性能; 耐久性能S t u d y o n M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s a n dD u r a b i l i t y o fC o n c r e t eM i x e d w i t hS t e e l S l a g Fi n eP o w d e r WA N G W e n -t a o ,WA N G N i a n(B a o w uE n v i r o n m e n t a lT e c h n o l o g y W uh a n M e t a lR e s o u r c e sC o ,L t d ,W u h a n430080,C h i n a )A b s t r a c t : T h e a p p l i c a t i o no f f i n e l yg r o u n d s t e e l s l a g m i c r o n i z e d p o w d e r i n c o n c r e t e t o r e p l a c e f l y a s h c a n e f f e c t i v e l ya l l e v i a t e t h e c u r r e n t s h o r t a g e o f f l y a s h .I n t h i s p a p e r ,t w os t r e n g t h g r a d e so f c o n c r e t e ,C 30a n dC 50,w e r e p r e p a r e du -s i n g s t e e l s l a g m i c r o n i z e d p o w d e r t o c o m p l e t e l y r e p l a c e f l y a s h i no r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e l a wo f i t s e f f e c t o n t h em e -c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r ab i l i t y p e r f o r m a nc e o f c o n c r e t e .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e i n c o r p o r a t i o n o f s t e e l s l a g m i c r o n -i z e d p o w d e r s l i g h t l y r e d u c e s t h e e a r l y c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e ,b u t s t i l lm e e t s t h e d e s i g n r e q u i r e m e n t s .I n a d d i -t i o n ,i t c a ne f f e c t i v e l y i m p r o v e t h e e a r l y c r a c k i n g re s i s t a n c e ,c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o nr e s i s t a n c e ,c a r b o n a t i o nr e s i s t a n c e ,a n df r e e z e -t h a wc y c l e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e ,a m o ng whi c h t h e c r a c k i n g r e s i s t a n c eo f c o n c r e t e i sm o s t s i g n i f i c a n t l y i m -p r o v e d .T h e t o t a l c r a c k i n g a r e a p e r u n i t o fC 30S Sa n dC 50S S i s r e d u c e db y 38mm 2/m 2a n d 160mm 2/m 2,a n d t h e i n i -t i a l c r a c k i n g t i m ew a s e x t e n d e db y mo r e t h a n25%.K e y wo r d s : s t e e l s l a gp o w d e r ; c o n c r e t e ; m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ; d u r a b i l i t yp r o p e r t i e s 收稿日期:2023-10-10.作者简介:王文涛(1985-),高级工程师.E -m a i l :47885930@q q.c o m 随着商品混凝土的发展,混凝土行业对优质活性掺合料如矿渣粉㊁粉煤灰的需求日益增加,而市场上的矿渣粉㊁粉煤灰品质良莠不齐,资源逐渐匮乏,限制了其在混凝土中的进一步应用,因此迫切需要寻求一种能够取代矿渣粉或者粉煤灰的矿物掺合料㊂我国钢铁产量稳居世界第一,钢渣是钢铁工业产生的一种主要工业固体废弃物㊂但是68%左右的钢渣未得到有效利用,钢渣的堆积不仅占用了大量的土地资源,且给周围生态环境造成了严重的负担[1]㊂目前,大量的学者已经证实了钢渣微粉回收再利用于水泥㊁混凝土㊁沥青混合料等领域的可行性㊂钢渣微粉中的化学成分和水泥熟料中的相类似,含有大量的C 2S ㊁C 3S 等硅酸盐矿物和少量的铝酸盐(C 3A )以及铁铝酸盐(C 4A F ),这些类似于水泥中的矿物成分,具有一定的水化反应能力㊂将钢渣进行磨细加工作为矿物掺合料,取代部分粉煤灰用于混凝土中,不仅能降低混凝土的生产成本,还能缓解钢渣堆积所带来的环境问题㊂由于钢渣微粉生产工艺不同,不同企业之间生产的钢渣微粉质量不同,因此钢渣微粉的深层次开发利用需要进一步的探讨[2-4]㊂43建材世界 2024年第45卷第1期实验采用宝武环科武汉金属资源有限责任公司生产的钢渣微粉,通过钢渣微粉取代粉煤灰制备C30㊁C50两种强度等级的混凝土,探寻钢渣粉取代粉煤灰对混凝土力学性能及耐久性能的影响,以实现钢渣微粉在混凝土中的资源化利用㊂1实验1.1原材料水泥:安徽海螺水泥股份有限公司生产的P O42.5水泥;粉煤灰:鄂州电厂生产的Ⅱ级粉煤灰;矿粉:武汉武新新型建材股份有限公司生产的S95矿粉;钢渣微粉:宝武环科武汉金属资源有限责任公司生产的Ⅰ级钢渣微粉,比表面积为432m2/k g㊂各胶凝材料的化学组成如表1所示㊂细骨料:细度模数为2.1的细砂和2.6的粗砂㊂粗骨料:5~25mm连续级配碎石㊂减水剂:武汉凌博科技发展有限公司生产,减水率为25%,固含量为16%㊂表1胶凝材料的化学组成w/%组成C a O A l2O3S i O2F e2O3M g O S O3K2O M n O T i O2水泥58.026.3621.653.242.242.350.71-0.95矿粉47.2714.0229.571.398.242.490.510.220.52粉煤灰6.0728.3645.184.780.971.730.690.091.08钢渣微粉45.083.2412.3426.784.880.260.462.730.911.2测试方法为了探究钢渣微粉取代粉煤灰后混凝土的机械性能及耐久性能,混凝土的制备㊁养护㊁抗压㊁抗折强度测试均按照G B/T50081 2019‘普通混凝土力学性能试验方法标准“进行,立方体试块的尺寸为100mmˑ100mmˑ100mm,长方体试块尺寸为100mmˑ100mmˑ400mm㊂根据G B/T50082 2009‘普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准“测定四种混凝土的抗裂性能㊁抗氯离子渗透性能㊁抗碳化性能㊁抗冻融循环性能㊂2结果与分析2.1钢渣微粉取代粉煤灰对混凝土新拌性能及力学性能的影响2.1.1工作性能钢渣微粉混凝土的配合比及工作性能如表2所示㊂试验结果表明,在强度等级为C30的混凝土中,钢渣粉取代粉煤灰后,混凝土的容重略微增加,坍落度减小,浆体包裹性变差,混凝土的工作性能变差;在强度等级为C50的混凝土中,钢渣粉取代粉煤灰后,混凝土的坍落度与基准组相比略微下降,但仍具有良好的浆体流动性㊂其原因可能是与粉煤灰相比,钢渣粉的表观密度较大,钢渣粉取代粉煤灰后,浆体的体积变小,在胶凝材料相对较少的低等级混凝土中,浆体包裹性变差,保水性变差,坍落度降低;在胶凝材料相对较多的高等级混凝土中,浆体粘度改善,拌合物流动性增加,坍落度增高㊂因此,采用钢渣粉取代粉煤灰配制低强度等级混凝土时,需适当提高砂率,以保证拌合物的和易性㊂表2钢渣微粉混凝土配合比与工作性能试块编号混凝土配合比/(k g㊃m-3)水泥矿粉粉煤灰钢渣微粉细砂粗砂碎石水外加剂坍落度/mm拓展度/mm容重/(k g㊃m-3)C30F A190908004004508001203.12406152281 C30S S190900804004508001203.12205952295 C50F A3401005004004508001207.12306252311 C50S S3401000504004508001207.12306202319 2.1.2力学性能在C30㊁C50两个强度等级的混凝土中采用钢渣微粉取代粉煤灰,测试硬化混凝土的7d㊁28d和60d53建材世界2024年第45卷第1期的力学强度,探究钢渣微粉取代粉煤灰的可行性,试验结果如图1所示㊂钢渣微粉混凝土7d 抗压强度虽略低于空白组,但仍满足设计要求,且按混凝土验收的28d 抗压强度来看,较空白组均有小幅度提升㊂钢渣微粉中的活性组分是其化学成分中由C a O -S i O 2-A l 2O 3组成的C 3S ㊁C 2S 及铁铝酸盐等矿物,可作为一种潜在活性的胶凝材料㊂高碱度钢渣中含有与硅酸盐水泥相似的C 3S ㊁C 2S ,两者含量在50%以上,在碱激发状态同样具有水化反应并生成水化硅酸盐(C -S -H )的能力,进一步提高了混凝土的强度㊂钢渣微粉混凝土60d 的抗压强度与基准组相比相差不大,磨细的钢渣微粉可以有效降低混凝土后期不均匀膨胀而导致强度倒缩的风险[5,6]㊂2.2 钢渣微粉取代粉煤灰对混凝土耐久性能的影响2.2.1早期抗裂性能C 30㊁C 50钢渣微粉混凝土的抗裂性能实验结果如图2所示,掺有钢渣微粉掺合料的混凝土的单位总开裂面积均小于基准混凝土的开裂面积,C 30S S ㊁C 50S S 单位总开裂面积分别降低了38mm 2/m 2㊁160mm 2/m 2,初裂时间也明显晚于基准组,平均延长了25%以上㊂这主要是由于利用钢渣微粉取代粉煤灰后,延长水化时间,能够起到降低混凝土水化热的作用,减小了混凝土内部结构由于收缩产生的应力,因此增强了混凝土的抗裂性能[7]㊂2.2.2 抗氯离子渗透及抗碳化性能混凝土的孔结构㊁形状㊁孔隙率对混凝土抗氯离子渗透性有重要影响㊂表3给出了磨细钢渣微粉取代粉煤灰后混凝土28d 龄期的非稳态氯离子迁移系数㊂试验结果显示,与基准混凝土相比,钢渣对混凝土抗氯离子渗透性能有一定的改善作用,C 30S S ㊁C 50S S 两种强度等级的混凝土平均氯离子迁移系数分别降低了14.9%㊁7.1%㊂一方面,由于钢渣的加入使得混凝土孔隙结构发生变化,孔隙率降低,毛细孔隙得到细化,密实度提高,降低了氯离子的扩散系数;另一方面,由于钢渣自身具有一定活性,发生水化时对混凝土体系胶凝材料水化产物有一定的改善作用,同时钢渣的加入减少了水泥的用量间接增大了水灰比,使水泥的水化环境得到优化,吸附氯离子的能力增强,从而提高了混凝土的抗氯离子渗透性㊂钢渣微粉混凝土抗碳化试验结果如表4所示㊂结果表明,钢渣微粉取代粉煤灰后,混凝土7d 时碳化深度虽略高于空白组,但此后碳化深度的增长幅度较低,在28d 时,其碳化深度已经低于空白组㊂这可能是由于钢渣属于高钙的辅助性胶凝材料,其氧化钙含量远高于粉煤灰,钢渣微粉的碱度较高,有效地减缓了混凝土的碳化进程,对混凝土的耐久性提升起到了一定的促进作用[8,9]㊂表3 C 30㊁C 50混凝土氯离子迁移系数试块编号类型侵入深度/mm 平均氯离子迁移系数/(10-12m2㊃s -1)1C 30F A 14.014.418.44.72C 30S S14.611.49.84.03C 50F A 8.29.49.62.84C 50S S 8.08.810.22.6表4 C 30㊁C 50混凝土碳化深度类型碳化深度/mm7d14d 28d C 30F A 1.72.32.5C 30S S1.82.32.5C 50F A 1.42.02.0C 50S S 1.61.81.963建材世界 2024年第45卷第1期2.2.3抗冻融循环性能一般而言,混凝土结构越密实,强度越高,孔隙越小,水分难以渗透混凝土,抗冻性越强㊂从图3中200次冻融的质量损失可以看出:没有掺加引气剂的情况下,钢渣微粉混凝土的抗冻融性很好㊂在这4组混凝土中,C 30混凝土在150次循环后质量损失在5%以上,C 50混凝土经历了200次循环后,质量损失仍在5%以下,钢渣微粉混凝土明显优于基准组㊂使用钢渣微粉取代粉煤灰后,钢渣微粉颗粒比表面积较大,细微颗粒均匀分散到水泥浆体中,成为大量水化物沉积的核心㊂随着水化龄期的延长,这些细微颗粒及其水化产物填充在水泥石与界面过渡区的空隙中,使界面结构得到改善,材料结构更为致密,阻断可能形成的渗透通路㊂随着水泥水化的进行,钢渣微粉将与水泥水化产物发生二次水化反应㊂在水化后期,随着水泥石毛细孔中水分的消耗,混凝土内部湿度降低将使骨料中的水分逐步释放出来,对界面层的水泥石起到养护作用[6,8]㊂此外,在水分不能进入混凝土内部的情况下,混凝土内可冻结的水分十分缺乏,因此,在冻融交替的条件下,混凝土的抗冻性也得到大幅度提高[9,10]㊂3 结论a .与粉煤灰相比,钢渣粉的表观密度较大,钢渣粉取代粉煤灰后,浆体的体积变小,在胶凝材料相对较少的低等级混凝土中,浆体包裹性变差㊂采用钢渣粉取代粉煤灰配制低强度等级混凝土时,需适当提高砂率,以保证拌合物的和易性㊂b .钢渣微粉混凝土7d 抗压强度虽略低于空白组,但仍满足设计要求,且按混凝土验收的28d 抗压强度来看,较空白组约有2%~9%的小幅度提升,钢渣微粉混凝土60d 的抗压强度与空白组相比相差不大,具有优异的力学强度稳定性㊂c .钢渣微粉可以有效提高混凝土的早期抗裂性能㊁抗氯离子渗透性能㊁抗碳化性能㊁抗冻融循环性能,其中C 30S S ㊁C 50S S 两种强度等级的混凝土平均氯离子迁移系数分别降低了14.9%㊁7.1%㊂混凝土抗裂性能提升幅度最为显著,单位总开裂面积分别降低了38mm 2/m 2㊁160mm 2/m 2,初裂时间延长了25%以上㊂参考文献[1] 倪俊,王文涛,王念.钢渣微粉混凝土重金属溶出及放射性能研究[J ].建材世界,2023,44(3):40-43.[2] 苏严,刘淑贤,徐平安,等.钢渣易磨性研究现状[J ].矿产综合利用,2022(3):95-99.[3] 李鸿轲,付二全,任彦飞,等.钢渣微粉水化性能研究[J ].建材世界,2020,41(2):9-11.[4] 熊云川,梁月华.钢渣在土木工程中综合利用研究综述[J ].四川建材,2023,49(2):24-26.[5] 朱建华,王道领,柴广灿.钢渣粉掺量对混凝土力学性能及耐久性能影响研究[J ].粉煤灰综合利用,2022,36(1):97-101.[6] 施志宏,讷经纬,李好,等.复掺钢渣微粉水泥砂浆性能研究[J ].建材世界,2020,41(1):1-3.[7] 李志军.复掺锂渣㊁钢渣高性能混凝土强度及早期抗裂性能试验研究[D ].乌鲁木齐:新疆农业大学,2013.[8] 黄莉捷,张仁巍,郑仁亮.高强钢渣混凝土的耐久性试验研究[J ].常州工学院学报,2020,33(5):7-11.[9] 费帆,廖龙,欧阳东.钢渣矿渣复合对海工混凝土耐久性影响的试验研究[J ].硅酸盐通报,2016,35(12):4133-4139.[10]韩长菊,张育才,朱波,等.昆钢钢渣微粉对混凝土耐久性能的影响[J ].四川建筑科学研究,2015(3):23-27.73建材世界 2024年第45卷第1期。

钢渣粉在水泥砂浆中的应用研究

钢渣粉在水泥砂浆中的应用研究发布时间：2023-01-05T08:38:59.005Z 来源：《福光技术》2022年24期作者：黄威何裕新吴世忠邹万[导读] 随着工业化进程推进，建筑和钢铁行业的规模日益庞大，带来了天然砂资源短缺和钢铁废渣问题，而将钢渣砂作为天然砂的替代产品用于水泥砂浆制作，既可以缓解砂资源短缺，又能够提高钢渣的利用率，因此具有重要的研究价值。

广东韶钢嘉羊新型材料有限公司广东韶关 512123摘要：随着工业化进程推进，建筑和钢铁行业的规模日益庞大，带来了天然砂资源短缺和钢铁废渣问题，而将钢渣砂作为天然砂的替代产品用于水泥砂浆制作，既可以缓解砂资源短缺，又能够提高钢渣的利用率，因此具有重要的研究价值。

本文首先阐述了钢渣砂的应用意义，研究了钢渣砂水泥砂浆的基本特性，并对钢渣砂的应用问题进行分析，对提高钢渣水泥砂浆质量有一定促进作用。

关键词：钢渣粉；水泥砂浆；性能；强度；经济效益；应用与推广引言：我国钢铁产量常年高居世界首位，目前年产量已经占世界产量的50%。

由于钢渣微粉的排放量接近粗钢产量的六分之一，产生的大量钢渣微粉未能进行有效利用，废弃量逐年递增。

钢渣砂在水泥砂浆中的应用具有一定的经济、社会和环境效益，并且钢渣水泥砂浆具有优异的结构特性，具有很好的应用前景。

但钢渣砂应用中仍存在一些问题，对其实际运用造成不良影响，本文对其存在问题进行深入分析，为今后钢渣水泥砂浆的技术研究指明了具体方向。

一、钢渣砂在水泥砂浆中的应用意义近年来，随着建筑业发展，对天然砂资源的需求越来越大，而由于过度开发利用，造成砂资源匮乏、质量下降等问题。

天然砂资源短期内不可再生，而且过度开发会对自然环境造成破坏，因此许多地区采取限采或禁采措施。

砂资源供需不平衡程度逐渐加剧，天然砂价格居高不下，对工程建设的进度和成本带来不良影响。

因此，迫切需要寻找天然砂自愿的替代品。

而与此同时，我国钢铁产能居世界前列，钢铁生产过程中会产生大量的钢渣，而钢渣的回收利用率比较低，资源浪费严重，钢渣排放还带来了土地资源浪费以及自然环境污染等问题。

钢渣在水泥稳定碎石基层中的应用研究

分类号:U41610710-2015221174专业硕士学位论文钢渣在水泥稳定碎石基层中的应用研究郑武西导师姓名职称郑木莲教授申请学位类别硕士专业学位类别交通运输工程及领域名称论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月11日学位授予单位长安大学Application of Steel Slag in Cement Stabilized CrushedStone BaseA Thesis Submitted for the Degree of MasterCandidate：Zheng WuxiSupervisor：Prof.Zheng MulianChang’an University, Xi’an, China摘要随着我国经济的快速发展，公路交通运输事业得到了长足进步。

但是我国公路发展面临一些制约条件，如环境保护禁止开采石料导致原材料匮乏，价格越来越贵，工程成本增加；水泥稳定碎石等常见半刚性基层作为路面主要承重层，抗裂性能一直难以解决。

钢渣作为一种工业废渣，在我国排放量大、堆积量多、对环境污染严重，但是有些钢渣物理力学性能良好，如能将这些钢渣用作路面材料，将会大大提高钢渣利用率，减少对环境的污染。

本文以日照钢厂生产的钢渣作为研究对象，将钢渣掺入到水泥稳定碎石中代替部分碎石，对钢渣原材料技术性能、混合料材料组成设计及其路用性能、施工技术等方面展开研究，以期推动钢渣在基层中的应用。

本文首先对钢渣进行物理力学性能试验、化学分析、浸水膨胀率等试验，分析钢渣代替碎石应用到基层中的可行性。

随后进行水泥稳定碎石-钢渣基层配合比设计，选取3种水泥剂量和5种钢渣掺量，组成15种混合料配比，基于7d无侧限抗压强度试验结果，优选出较佳水泥剂量和钢渣掺量。

同时，通过XRD和SEM两种微观试验，测试钢渣水化反应生成的产物以及不同龄期下钢渣水化后微观结构的变化，分析水泥稳定碎石-钢渣强度形成机理。

其次，对优选出的6种水泥稳定碎石-钢渣混合料进行无侧限抗压强度试验、间接抗拉强度试验、抗压回弹模量等试验，研究各力学指标随钢渣掺量、养护龄期及水泥剂量的变化规律。