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。

2.1 机械方法钢渣粉磨得越细，活性越高。如果把钢渣磨成微粉使其比表面积达到300~400m3/kg时，就具有非常高的活性，可作为一种高活性混合材料来使用。钢渣微粉的“微细化程度” 对其在混凝土中的水化性能以及微集料性能起相当作用。钢渣粉磨得越细，活性越高。磨细的钢渣粉与水泥有很好的适应性，20%以内取代水泥可提高硬化混凝土的强度、可泵性及综合耐久性能。利用机械方法提高钢渣的细度可以激发其潜在活性。

力，

矿物内部，加速水化反应。

2.2 热力学方法钢渣微粉的热力学方法主要以蒸汽、焙烧、水热作为热力激发手段。高温高湿的水蒸气使钢渣板块产生热应力，同时钢渣中的RO相CaO包裹体和f-CaO消解产生膨胀应力，使渣块迅速地裂解成碎块，最终成为钢渣微细粉，从而提高其活性。其中最典型的一种具体操作方法是闷渣法，也即在红热钢渣上均匀适量洒水，促使其粉化。

2.3 化学方法化学激发方法主要有碱性和酸性两类。其主要机理是通过改变矿物形成过程来激发钢渣的活性。碱性激发剂有石膏、熟料、石灰和碱金属的硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氢氧化物等。在这些物质的作用下，钢渣玻璃态

结构迅速解离，硅氧及铝氧离子团溶出产生大量的沸石类水化产物，使结构不断致密，强度显著提高。酸性激发剂包括硝酸、硫酸、甲酸等。采用酸性激发剂能激发钢渣的早期活性，这主要是由于在早期水化体系是一个碱性动态平衡体系，加入适量的酸性物质，有利于平衡向碱性物质溶出的方向移动，促进水化产物的生成。

2.4 相分离活化对于相分离活化是指通过特定的分选工艺实现钢渣中活性矿物与非活性矿物的相分离，提高钢渣的水化活性。对于钢渣中的非活性矿物，常规提高钢渣活性的方法如激发剂、热活化及物理活化都不能显著提高其活性。因而从材料自身特性着手，采取某种工艺实现钢渣中活性组分与非活性组分的相分离，同样也能达到提高钢渣活性的目的。具体方法主要有粉磨、风选及磁选等。

3、钢渣微粉对混凝土性能的影响

3.1 工作性能影响钢渣粉的掺入有利于提高新拌混凝土的工作性能。由于钢渣粉的比表面积小的特点，可以改变水化基体的孔道大小与分布，在水泥浆体之间形成光滑的移动表面，对浆体的流动性起到积极作用，导致了掺加钢渣粉的水泥混凝土与未掺钢渣粉的混凝土相比，掺钢渣粉能改善混凝土的和易性，坍落度增大。另外钢渣粉比表面积越大，混凝土初始坍落度越小，这是由于比表面积增大后，钢渣微粉本身所需水量增大的缘故。但掺加钢渣粉使混凝土的凝结时间延长，一般延长时间0.5~1h 。

3.2 力学性能影响钢渣微粉具有一定的活性，掺入混凝土能影响混凝土的力学性能。当钢渣微粉替代部分水泥掺入混凝土中时，钢渣混凝土早期平均强

度较普通混凝土有所降低，但后期混凝土的强度有所上升。这是由于钢渣粉的活性较水泥活性较低，其水硬性在后期能得到有效发挥。随着钢渣微粉掺加用量增大，其强度下降程度越大。通过与粉煤灰或磨细矿渣混掺可以较好的起到相互激发、相互活化的作用，发挥较好的复合效应，从而改善混凝土的力学性能。随着钢渣微粉比表面积增大，无论是早期强度还是后期强度均有所提高。这是由于微细颗粒的比表面积大，反应活性点明显增加，大大提高了其水化反应活性。同时这些微细颗粒易于填充

3.3 干燥收缩加入钢渣粉可以有效改善混凝土的收缩性能，这跟钢渣中含有的一定量的CaO MgO有关。这些物质在粉磨过程中得到了活化，可以在水泥水化过程中发生化学反应产生微量的膨胀，对混凝土收缩起到一定的补偿作用。另外掺加钢渣微粉能有效提高混凝土的耐磨性、抗渗性和抗冻性能，使混凝土的脆性降低，抗折强度增大。

4、总结钢渣微粉具有跟水泥类似的组成，具有潜在利用价值。将钢渣微粉活化处理后，可作为一种活性材料掺入水泥，制备高性能混凝土。