钢渣的机械力化学效应研究

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钢渣的处理与综合应用研究的开题报告

钢渣的处理与综合应用研究的开题报告一、研究背景钢渣是钢铁生产过程中产生的一种含水量较高的多元复合材料。

长期以来，钢渣一直被视为钢铁生产中的“废弃物”，对环境造成了严重的污染。

近年来，随着环保意识的不断加强和资源回收利用的呼声越来越高，如何有效地处理和综合利用钢渣成为了当前钢铁生产面临的重要问题。

二、研究目的本研究旨在探究钢渣的处理方法和综合应用途径，为提高钢铁生产过程的资源利用率和环境保护水平提供技术支持。

三、研究内容和方法1. 国内外钢渣处理方法的比较研究。

2. 钢渣的物理、化学、矿物学等性质的分析与测试研究。

3. 钢渣的综合应用研究，包括在水泥、混凝土、路面等建材中的应用；在农林生产中的应用；在环境治理中的应用等。

4. 运用多种实验方法和模拟分析手段，对钢渣加工及综合利用研究进行实验和推导，对其经济效益和环境效益进行分析。

5. 进行社会调查和经济分析，了解钢渣处理与综合应用的市场需求及存在的问题，为钢渣处理及综合应用提供决策参考。

四、研究意义1. 有助于提高钢铁生产过程的资源利用率，减少浪费和环境污染。

2. 有助于研发新型材料和构建循环经济体系。

3. 有助于促进钢渣处理及综合利用产业化进程，扩大产业规模，提高经济效益。

4. 对加强资源利用和环境保护的工作具有积极意义。

五、预期研究结果1. 确定最佳的钢渣处理和综合利用途径。

2. 探索开发新型钢渣综合利用产品，壮大钢渣产业发展。

3. 初步了解钢渣产业发展的现状以及存在问题，为钢渣产业的进一步发展提供参考。

六、研究计划1. 文献综述：2周2. 钢渣的基本性质测试：4个月3. 钢渣处理及综合利用实验研究：6个月4. 社会调查和经济分析：2个月5. 论文撰写和答辩：2个月七、预期研究方案本研究将运用多种实验方法和模拟分析手段，探究钢渣处理与综合应用的有效途径，在实践中尝试发掘和创新，建立钢渣资源化利用新模式，并对钢渣产业进行综合评估，为加强资源利用和环保工作提供借鉴。

矿物超细粉碎机械力化学效应研究进展

万方数据
张利先李桂春：矿物超细粉碎机械力化学效应研究进展＋粒度分析仪来测定；判断分析结晶程度的退化、晶体结构畸变、转化和发生的化学变化，主要用到ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、红外光谱测试（ＩＲ）以及扫描电镜（ＳＥＭ）、差热．热重分析（ＤＴＡ．ＴＧ）仪。目前较先进的分析仪器和方法还有光电子能谱仪（ＸＰＳ）、固体核磁共振（ＮＩＩｍ）、正电子淹没技术（ＰＡＴ）和色谱分析方法也陆续用于机械力化学效应观察、分析中。３矿物超细机械力化学的利用３．１矿物晶体性质的保护与改造晶体性质的保护，是利用晶体固有性质的前提；至于晶体性质的改造，包括晶体性质的优化和改变１２１１。杨春蓉等人陋］选取３种不同粒径的硅灰石，混入不同比例的硬脂酸，分别采用机械力法对其机械表面改性，结果表明，机械力化学法既实现了超细粉碎和改性的目的，也能一定程度保护硅灰石的晶型结构。３．２矿物颗粒表面的改性粉体改性的原理∞ｏ涉及矿物粉体表面的性质，包括表面质点的性质和化学键的性质和分布。机械力化学法表面改性是利用超细粉碎及其他强烈机械力作用有目的地对矿物表面进行激活阻】，在一定程度上改变矿粒表面的晶体结构、溶解性能（无定形化）、化学吸附和反应活性（增加表面的活性基团）等。毋伟等汹１将重钙与高聚合物一起研磨，聚合物链键断裂产生的游离基，或正负离子遇到重钙经机械力活化产生的新鲜表面，可形成接枝聚合物。丁浩、卢寿慈汹矧以硬脂酸钠为改性剂，研究了在搅拌磨中湿法超细研磨碳酸钙颗粒的同时进行表面改性。研究表明，机械力化学效应有利于颗粒表面改性，且改性的效果受到研磨细度、料浆浓度、ｐＨ值、料浆温度以及研磨力的影响，其中以研磨力的影响最为重要。江苏石油化工学院同样也研究了碳酸钙表面机械力化学改性，不同的是无动件撞击流改性，产品粒子表面性能得到了优化，有效地提高了产品的力学性能，降低了产品成本。３．３矿物材料制备一些要求加热、加压才能进行或加热、加压也难以进行的粉末间反应，经机械力化学作用可以诱发化学反应，在低温下就可反应。机械化学合成反应机理十分复杂，目前还处于探索、发展阶段ｕ

基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究

180㊀㊀Industrial Construction Vol.52,No.1,2022工业建筑㊀2022年第52卷第1期基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究∗薛㊀刚㊀孙立所㊀赵玉杰㊀董㊀伟(内蒙古科技大学土木工程学院,内蒙古包头㊀014010)㊀㊀摘㊀要:为研究钢渣细骨料混凝土的力学性能,配制了钢渣替代率为0㊁10%㊁20%㊁30%的砂浆和混凝土,进行砂浆抗压强度㊁混凝土立方体抗压强度㊁劈裂抗拉强度㊁抗折强度试验㊂结果表明:粒化钢渣具有界面过渡区,可以减弱钢渣砂浆的抗压强度;钢渣具有一定的水化活性,可以提高砂浆的水灰比,进而提高砂浆的抗压强度;钢渣掺量为20%时,混凝土试件的立方体抗压强度㊁劈裂抗拉强度最大;钢渣掺量为30%时,混凝土试件的抗折强度最大㊂基于细观尺度,将钢渣混凝土看作由砂浆㊁粗骨料㊁钢渣颗粒㊁砂浆-粗骨料界面和砂浆-钢渣颗粒界面组成的五相复合材料㊂建立钢渣混凝土细观数值模型,模拟不同钢渣掺量的混凝土立方体抗压强度㊁抗折强度㊁荷载-挠度曲线㊂模拟结果与试验结果符合较好,验证了细观模型的正确性㊂㊀㊀关键词:钢渣细骨料;钢渣混凝土;力学性能;细观;数值模拟㊀㊀DOI :10.13204/j.gyjzG21020903Research on Mechanical Properties of Steel Slag Concrete Based on Macro-meso ScaleXUE Gang㊀SUN Lisuo㊀ZHAO Yujie㊀DONG Wei(College of Civil Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China)Abstract :In order to study the mechanical properties of steel slag fine aggregate concrete,mortar and concrete withsteel slag substitution rate of 0,10%,20%and 30%were prepared.The compressive strength of mortar,thecompressive strength of concrete cube,the splitting tensile strength and flexural strength were tested.The resultsshowed that the granulated steel slag had interface transition zone,which could weaken the compressive strength of steel slag mortar.Steel slag had a certain hydration activity,which could improve the water-cement ratio of mortar,and then improve the compressive strength of mortar.When the substitution rate of steel slag was 20%,thecompressive strength and splitting tensile strength of concrete specimens were the largest.When the substitution rateof steel slag was 30%,the flexural strength of concrete specimen was the highest.Based on the meso scale,the steel slag concrete was regarded as a five-phase composite composed of mortar,coarse aggregate,steel slag particles,theinterface of mortar and coarse aggregate,and the interface of mortar and steel slag particles.The meso numerical model of steel slag concrete was established to simulate the compressive strength,flexural strength and load-deflectioncurves of concrete cubes with different steel slag contents.The simulation results were in good agreement with the experimental results,which verified the correctness of the meso model.Keywords :steel slag fine aggregate;steel slag concrete;mechanical properties;meso;numerical simulation∗国家自然科学基金项目(51868063)㊂第一作者:薛刚,男,1968年出生,博士,教授㊂通信作者:孙立所,suolisun@㊂收稿日期:2021-02-090㊀引㊀言近年来,我国混凝土需求量不断增加㊂混凝土作为一种重要的建筑材料在建筑行业中应用十分广泛㊂现代的各类建筑物和构筑物中,混凝土材料的体积占比例超过80%,而且粗㊁细骨料通常占到混凝土体积的70%~80%㊂但是混凝土中的细骨料砂是不可再生资源,匮乏问题已经凸显㊂如果能够用钢渣代替部分细骨料,其用量相比于传统的利用途径明显增大㊂钢渣具有与水泥相似的化学组成,可将其磨细后取代部分水泥作为活性掺合料使用㊂赵世冉等进行了钢渣作为胶凝材料的相关试验[1],结果表明:在混凝土中添加适量的钢渣可以改善混凝土的工作性能㊂Kourounis 等对3种高钢渣掺量的水泥进行了力学性能以及扫描电镜测试[2],结果表明:钢渣水泥具有较好的物理性能,钢渣可用于生产复合水泥㊂Teng 等研究了超细钢渣对水泥胶凝材料力学性能和耐久性能的影响[3],结果表明:超细钢渣能够加快水化反应的速度,使混凝土具有更高的早期强度,更低的渗透性和更高的耐久性㊂杨钱荣等研究了掺钢渣㊁矿渣和粉煤灰混凝土的耐久性能[4],结果表明:在相同水胶比下,复合掺合料等量取代水泥后,混凝土的耐久性能明显提高㊂Gupta 等使用钢渣部分代替水泥,研究了钢渣水泥混凝土的强度以及耐久性[5],结果表明:钢渣过多会降低混凝土的力学性能㊂钢渣粉磨工艺能耗较高,市场接受程度偏低,没有得到广泛应用和推广㊂近年来,将钢渣进行粒化作为粗骨料或细骨料使用得到了工程界和学术界的广泛关注㊂于峰等进行了全集料钢渣混凝土抗压强度的试验研究[6],结果表明:钢渣取代粒径逐渐增大,全集料钢渣混凝土抗压强度逐渐增大㊂朱训国等将钢渣代替细骨料配制相同水胶比的混凝土[7],结果表明:各龄期钢渣混凝土强度随钢渣掺量的增加先增加后减小㊂邢琳琳等采用不同掺量钢渣替代粗骨料,研究钢渣混凝土的力学和耐久性能[8],结果表明:钢渣替代粗骨料,可提高混凝土的强度和耐久性能㊂文献[9-10]研究了钢渣替代粗㊁细骨料混凝土的力学性能,结果表明:钢渣替代细骨料时钢渣混凝土的力学性能更好㊂钢渣混凝土是一种复杂的复合材料,从宏观尺度研究混凝土的破坏规律,较少涉及组成钢渣混凝土的各相材料自身的非线性特征,也不能解释钢渣混凝土的破坏机理㊂长期以来,国内外学者基于细观尺度方法对普通混凝土力学性能进行了系统研究㊂基于细观尺度的钢渣混凝土力学性能的研究还鲜有报道㊂基于混凝土的细观结构,提出了许多研究混凝土断裂损伤过程的细观力学模型[11-14]㊂其中随机骨料模型是目前混凝土材料多相细观模型领域运用较为广泛的一种模型㊂综合上述几方面原因,有必要对钢渣混凝土进行宏-细观力学性能的多尺度研究,得到其力学性能的一般规律和细观破坏机理㊂1㊀钢渣砂浆㊁混凝土力学性能试验1.1㊀试验材料水泥采用普通硅酸盐水泥P㊃O42.5R,其物理性能见表1㊂表1㊀P㊃O42.5R水泥的性能指标Table1㊀Performance indexes of P㊃O42.5R cement密度/(g㊃cm-3)细度/%安定性初凝/min终凝/min 抗压强度/MPa抗折强度/MPa 3d28d3d28d3.2 2.2合格13417326.453.3 5.88.7㊀㊀粗骨料石子颗粒级配合格,粒径为5~20mm,级配曲线如图1所示㊂表观密度为2685kg/m3,堆积密度为1547kg/m3,压碎指标为9.1%,孔隙率这44.3%㊂细骨料采用中砂细度模数为2.6,含泥量为图1㊀粗骨料级配曲线Fig.1㊀Gradation curve of coarse aggregate2.3%,表观密度为2619kg/m3,堆积密度为1519kg/m3,孔隙率为33.8%㊂钢渣由包钢集团排放的钢渣加工制成,表观密度为1802kg/m3,含水率为2.48%,细度模数为2.95,级配曲线如图2所示㊂其化学成分通过X射线荧光光谱仪测得,具体化学成分见表2,粒径为1.18~4.75mm㊂图2㊀钢渣级配曲线Fig.2㊀Gradation curve of steel slag表2㊀钢渣化学成分Table2㊀Chemical composition of steel slag% CaO SiO2Al2O3Fe2O3MgO MnO 36.517.6 4.2522.011.7 4.26 1.2㊀试验配合比设计混凝土强度等级为C40㊂采用等体积取代砂,配制钢渣替代率分别为0%㊁10%㊁20%㊁30%的混凝土,其配合比如表3所示㊂试配过程中测量坍落度,调整减水剂用量,使其工作性能符合设计和施工要求㊂砂浆的配合比与混凝土的配合比相同,去除粗骨料的含量㊂表3㊀钢渣混凝土配合比Table3㊀Mix proportions of steel slag concrete钢渣替代率/%钢渣/(kg㊃m-3)水泥/(kg㊃m-3)砂/(kg㊃m-3)石/(kg㊃m-3)水/(kg㊃m-3)减水剂/(kg㊃m-3) 0038079510541710.9 1094.3380715.51054171 1.1 20188.63806361054171 1.3 30282.9380556.51054171 1.5 1.3㊀试验方法砂浆抗压强度试验参照JGJ/T70 2009‘建筑基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究薛㊀刚,等181㊀砂浆基本性能试验方法标准“[15]的规定,试件尺寸为70.7mmˑ70.7mmˑ70.7mm,每组3个,共制作12个㊂混凝土轴心抗压强度试验参照GB/T 50081 2002‘普通混凝土力学性能试验方法标准“[16]的规定,测试立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的试件的尺寸为100mmˑ100mmˑ100mm,每组3个,共制作24个,测试抗折强度的试件的尺寸为100mmˑ100mmˑ400mm,每组3个,共制作12个㊂标准养护28d后,使用液压式万能试验机加载㊂测定不同钢渣掺量的砂浆的抗压强度以及混凝土的立方体抗压强度㊁劈裂抗拉强度和抗折强度㊂2㊀试验结果2.1㊀砂浆抗压强度4种钢渣替代率的砂浆抗压强度分别为77.86, 70.92,74.38,78.74MPa㊂随着钢渣替代率的增大,砂浆抗压强度先减小后增大㊂钢渣替代率为30%时,砂浆抗压强度最大,为78.74MPa㊂上述结果表明,粒化的钢渣细骨料具有界面过渡区,界面过渡区的存在减弱了砂浆的抗压强度㊂粒化后的钢渣具有一定的水化活性,可以提高砂浆的抗压强度㊂2.2㊀混凝土立方体抗压强度4种钢渣替代率的混凝土立方体抗压强度分别为51.4,52.1,52.6,51.7MPa㊂随着钢渣替代率的增大,混凝土立方体抗压强度先增大后减小,钢渣替代率为20%时,混凝土立方体抗压强度达到最大值,为52.6MPa㊂与基准混凝土相比,立方体抗压强度增大了2.3%㊂2.3㊀混凝土劈裂抗拉强度4种钢渣替代率的混凝土劈裂抗拉强度分别为3.28,3.41,3.68,3.25MPa㊂随着钢渣替代率的增大,混凝土劈裂抗拉强度先增大后减小,钢渣替代率为20%时混凝土劈裂抗拉强度最大,为3.68MPa㊂与基准混凝土相比,劈裂抗拉强度增大了12.2%㊂2.4㊀混凝土抗折强度4种钢渣替代率的混凝土抗折强度分别为5.60,4.65,5.21,5.78MPa㊂随着钢渣替代率的增大,混凝土抗折强度先减小后增大,钢渣替代率为30%时,混凝土抗折强度达到最大值,为5.78MPa,与基准混凝土相比增大了3.05%㊂2.5㊀荷载-挠度曲线4种钢渣替代率的混凝土抗折荷载-挠度曲线如图3所示㊂由图可知:在加载初期,荷载相同时钢渣混凝土挠度值比普通混凝土大㊂当加载至极限荷载的80%左右时㊂相同荷载下钢渣替代率为30%的混凝土挠度值比其他替代率混凝土的挠度值大㊂在加载后期,相同荷载下钢渣替代率为10%的混凝土挠度值比其他替代率混凝土的挠度值大㊂说明与普通混凝相比,钢渣的加入对混凝土延性和弯曲能力有一定的改善作用㊂图3㊀荷载-挠度曲线Fig.3㊀Load deflection curves2.6㊀拉压比和折压比4种钢渣替代率的混凝土拉压比㊁折压比如表4所示㊂由表可知:随着钢渣替代率的增大,混凝土拉压比先增大后减小,钢渣替代率为20%时,混凝土拉压比达到最大值,为0.07,表明钢渣替代率为20%时混凝土脆性最小㊂随着钢渣替代率的增大,混凝土折压比先减小后增大,钢渣替代率为30%时,混凝土折压比达到最大值,为0.112,表明钢渣替代率为30%时,混凝土抗开裂性能最好㊂表4㊀拉压比和折压比Table4㊀Tension-compression ratios and bending-compression ratios钢渣替代率/%拉压比折压比00.0640.109100.0660.089200.0700.099300.0630.1123㊀钢渣混凝土细观数值模型3.1㊀钢渣颗粒、粗骨料的生成粗骨料的粒径为5~20mm,在该粒径范围内将粗骨料尺寸划分为5~10mm㊁10~15mm㊁15~20mm 三个区间㊂使用瓦拉文公式,可以分别求出三个区间下粗骨料的面积含量p c㊂p c=p k(1.065d0.5d-0.5max-0.053d4d-4max-0.012d6d-6max-0.0045d8d-8max-0.0025d10d-10max)(1)式中:p c为骨料粒径小于d的骨料占总骨料的质量百分比,%;p k为粗㊁细骨料的体积与混凝土总体积的比值,一般取75%;d为限定的骨料粒径,mm;d max 为最大骨料粒径,mm㊂根据钢渣颗粒的质量和密度,计算出不同钢渣替代率下钢渣颗粒的体积含量,用体积含量近似代182㊀工业建筑㊀2022年第52卷第1期基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究薛㊀刚,等183㊀替面积含量㊂钢渣颗粒的粒径为1.18~4.75mm㊂利用伪随机数,随机生成粗骨料和钢渣颗粒粒径大小㊂根据平面模型面积,取整后得出不同粒径区间的粗骨料和钢渣颗粒个数㊂3.2㊀钢渣颗粒和粗骨料的投放利用ABAQUS 有限元软件的前处理功能,使用Python 语言编写钢渣混凝土二维随机骨料模型的投放程序,实现ABAQUS 有限元软件的二次开发㊂在ABAQUS 有限元软件中直接运行编写的脚本文件,可以直接生成钢渣混凝土二维随机骨料模型,避免使用其他软件编写程序后软件的接口问题㊂3.3㊀细观组分的本构关系粗骨料和钢渣颗粒采用线弹性本构关系,本构关系曲线如图4所示,砂浆和界面的两种本构关系采用混凝土损伤塑性模型,本构关系曲线如图5㊁图6所示,其本构方程为:σ=E 0ε(2a)σt =(1-d t )E 0(εt -ε~t pl )(2b)σc =(1-d c )E 0(εc -ε~c pl )(2c)式中:σ为应力,MPa;E 0为初始弹性模量,MPa;ε为应变;σt 为拉应力,MPa;σc 为压应力,MPa;d t 为拉伸损伤因子;d c 为压缩损伤因子;εt 为拉应变;εc 为压应变;ε~tpl 为拉伸等效塑性应变;ε~cpl为压缩等效塑性应变㊂图4㊀粗骨料与钢渣颗粒的本构关系Fig.4㊀Constitutive relations between coarseaggregate and steel slag particles3.4㊀材料参数的选取粗骨料材料参数参考文献[17]㊂钢渣和粗骨料由于断裂能较高,一般不会发生破坏,钢渣颗粒弹性模量参考文献[18]㊂钢渣和粗骨料的力学性能参数如表5所示㊂界面过渡区厚度较小,很难通过试验方法获得其力学性能参数,根据已有的研究[19-21],粗骨料-砂浆界面性能取砂浆基体的65%㊂因为钢渣表面较粗糙,而且具有一定的水化活性,所以其界面过渡区的力学性能比粗骨料强㊂钢渣-砂浆界面性能取砂浆基体的85%㊂建立钢渣混凝土细观数值模拟的难点在于钢渣会发生水化反应,可以提高砂浆基体的强度,如何确定砂浆基体的强度,a 拉伸本构关系;b 压缩本构关系㊂εt el 表示考虑损伤的混凝土拉伸弹性应变;εc el 表示考虑损伤的混凝土压缩弹性应变;ε0t el 表示无损伤的混凝土拉伸弹性应变;ε0c el 表示无损伤的混凝土压缩弹性应变;ε~t ck 表示混凝土拉伸非弹性应变;ε~c in 表示混凝土压缩非弹性应变㊂图5㊀砂浆和界面的本构关系Fig.5㊀Constitutive relations between mortar and interface是建立钢渣混凝土细观数值模型的关键㊂利用前期的砂浆抗压强度试验,建立不同钢渣掺量的砂浆细观数值模型,把砂浆看作由砂浆基体㊁钢渣颗粒和钢渣界面过渡区组成的三相复合材料,利用有限元进行参数反演,反演结果如表6所示,用该砂浆基体的强度建立钢渣混凝土细观数值模型㊂砂浆基体的弹性模量和抗拉强度由式(3)确定㊂f tp =1.4ln f cm -1.5(3a)E m =1000(7.7ln f cm -5.5)(3b)式中:f tp 为砂浆抗拉强度,MPa;E m 为砂浆弹性模量,MPa;f cm 为砂浆抗压强度,MPa㊂表5㊀主要组成材料的力学性能参数Table 5㊀Mechanical property parameters of main components组成弹性模量/GPa泊松比抗拉强度/MPa 抗压强度/MPa 钢渣颗粒900.26 粗骨料㊀500.2010100表6㊀砂浆基体抗压强度反演结果Table 6㊀Inversion results of compressivestrength of mortar matrix钢渣替代率/%砂浆基体抗压强度/MPa试验结果/MPa 模拟结果/MPa 相对误差/%077.8677.861079.4170.9273.39 3.42083.1574.3876.85 3.23087.6778.7481.64 3.6184㊀工业建筑㊀2022年第52卷第1期4㊀混凝土立方体抗压强度细观数值模拟4.1㊀立方体随机骨料模型根据混凝土立方体抗压强度试验中试件的尺寸,二维随机骨料模型为100mm ˑ100mm ˑ100mm 的正方体㊂不同钢渣替代率的混凝土二维随机骨料模型如图7所示㊂a 钢渣替代率为0%;b 钢渣替代率为10%;c 钢渣替代率为20%;d 钢渣替代率为30%㊂图7㊀钢渣混凝土立方体试件的二维随机骨料模型Fig.7㊀Two-dimension random aggregate models of steelslag concrete for cube specimens4.2㊀界面过渡区的生成钢渣混凝土中不仅有粗骨料-砂浆界面,还有钢渣-砂浆界面㊂由于界面过渡区复杂程度较高,试验研究钢渣-砂浆界面的力学性能较为困难㊂通过细观数值模拟的方法并根据试验结果,对钢渣-砂浆界面的力学性能进行反演㊂粗骨料-砂浆界面厚度一般认为其厚度为0.01~0.05mm㊂考虑计算机的计算能力,细观数值模拟时界面厚度一般取0.05~0.5mm㊂不考虑骨料粒径对界面过渡区厚度的影响,将界面过渡区假定为骨料周围等厚度的环状,厚度取0.5mm㊂这样可以减轻计算机的计算压力,还可以满足计算的精度要求㊂4.3㊀模型可靠性验证采用位移边界条件,试件的底部设置竖向位移约束,水平方向不设置约束㊂采用位移控制加载,设定加载速度为0.01mm /s,加载位移为5mm㊂对不同钢渣替代率的混凝土试件进行立方体抗压强度细观数值模拟㊂每组选取3种不同骨料分布的随机骨料模型,模拟结果取3个数值模拟结果的平均值,得出4种钢渣替代率的混凝土立方体抗压强度细观数值模拟结果,与试验结果对比如表7所示㊂模拟结果与试验结果相对误差在5%以内,模型的可靠性得以验证㊂表7㊀模拟结果与试验结果对比Table 7㊀Comparisons of simulation results and test results钢渣替代率/%模拟结果/MPa试验结果/MPa相对误差/%52.7651.4 2.61054.1852.1 3.82055.0252.6 4.43054.3451.74.84.4㊀裂纹演化过程及破坏形态图8为20%的钢渣替代率的混凝土立方体试件受压破坏全过程的数值模拟结果㊂由图可知:在加载的初期,荷载较小,强度相对较小的粗骨料-砂浆界面单元首先达到其极限强度值,裂纹首先出现在粗骨料颗粒周围区域㊂随着荷载的不断增加,裂纹不断增多,且比较集中地出现在粗骨料㊁钢渣骨料周围㊂荷载进一步增加后,裂纹延申至砂浆区域㊂最终形成贯通的裂缝,试件因整体性遭受破坏而丧失承载能力㊂a 加载初期;b 加载中期;c 加载后期;d 破坏形态㊂钢渣颗粒和粗骨料:1.18~4.75mm 为钢渣,5~20mm为粗骨料;砂浆㊂图8㊀钢渣混凝土立方体受压破坏裂纹演变过程Fig.8㊀Crack evolution process of steel slag concretecube under compression图9为不同钢渣替代率的混凝土立方体试件受压极限状态的模拟结果㊂由图可知:普通混凝土立方体试件受压破坏时裂纹主要是沿着粗骨料的界面区域而形成贯通的裂缝,该裂缝从试件顶部斜向试件底部,且斜向角度为30ʎ左右㊂随着钢渣替代率的增加,混凝土立方体试件受压破坏时裂纹数量不断增多,并且裂纹发展的方向增多㊂基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究薛㊀刚,等185㊀随着替代率的增加,破坏形态的主裂缝数量不断增多㊂a 钢渣替代率0%;b 钢渣替代率10%;c 钢渣替代率20%;d 钢渣替代率30%㊂钢渣颗粒和粗骨料:1.18~4.75mm 为钢渣,5~20mm为粗骨料;砂浆㊂图9㊀不同钢渣掺量的混凝土立方体受压破坏形态Fig.9㊀Compressive failure modes of concrete cubes withdifferent steel slag contents5㊀混凝土抗折强度细观数值模拟5.1㊀二维随机骨料模型根据混凝土抗折强度试验中试件的尺寸,二维随机骨料模型为100mm ˑ100mm ˑ400mm 的长方体㊂生成不同钢渣替代率的混凝土二维随机骨料模型如图10所示㊂5.2㊀抗折强度数值模拟结果位移边界条件为:试件底部左侧支座设置水平方向和竖向位移约束,右侧支座设置竖向位移约束,水平方向不设置约束㊂采用位移控制加载,得出两个支座的反力值即为荷载;根据修正系数,计算出4㊀㊀㊀㊀a 钢渣替代率为0%;b 钢渣替代率为10%;c 钢渣替代率为20%;d 钢渣替代率为30%㊂图10㊀钢渣混凝土棱柱体试件的二维随机骨料模型Fig.10㊀Two-dimension random aggregate models of steelslag concrete for prism specimens种钢渣替代率的混凝土抗折强度数值模拟结果,与试验结果对比如表8所示㊂表8㊀数值模拟结果与试验结果对比Table 8㊀Comparisons of numerical simulationresults and test results钢渣替代率/%模拟结果/MPa 试验结果/MPa相对误差/%5.81 5.604 3.510 4.78 4.649 2.720 5.45 5.208 4.430 5.975.7753.35.3㊀荷载-挠度曲线ABAQUS 计算结果可以得出加载点反力值和跨中位移值,以获得极限承载力和跨中挠度值㊂4种钢渣替代率的混凝土荷载-挠度曲线如图11所示㊂由于数值模拟和宏观试验受人为因素㊁环境因素及软件计算模式等很多因素的影响,模拟曲线与试验曲线肯定会有一些差距,总体来看误差较小,说明建立的模型是可靠的㊂a 钢渣替代率0%;b 钢渣替代率10%;c 钢渣替代率20%;d 钢渣替代率30%㊂图11㊀试验及数值模拟曲线Fig.11㊀Test and numerical simulation curves5.4㊀裂纹演化过程及破坏形态图12为10%钢渣替代率的混凝土抗折破坏全过程的数值模拟结果㊂由图可知:加载初期,裂纹首先出现在跨中位置附近(粗骨料颗粒的周围);随着荷载的增加,裂纹通过砂浆区域向上发展,更多的粗骨料颗粒周围出现裂纹;荷载进一步增加后,裂纹继续向上拓展,钢渣颗粒周围出现裂纹㊂最终,裂纹不断变宽,形成贯通的裂缝,试件因整体性遭受破坏而丧失承载能力㊂钢渣颗粒和粗骨料:1.18~4.75mm为钢渣颗粒,5~20mm为粗骨料;砂浆㊂图12㊀钢渣混凝土弯拉破坏过程Fig.12㊀Failure process of steel slag concrete under bending and tension 图13为不同钢渣替代率的混凝土抗折破坏状态的模拟结果㊂由图可知:普通混凝破坏时裂纹主要是在跨中位置沿着骨料的界面不断向上部砂浆拓展而形成贯通的裂纹;随着钢渣替代率的增加,混凝土破坏时裂纹主要集中在跨中位置的粗骨料和钢渣颗粒的界面周围,然后裂纹通过向砂浆区域延申而形成贯通的裂缝㊂虽然不同钢渣替代率的混凝土试件破坏位置都不相同,但是无论是普通混凝土还是钢渣混凝土,破坏形态主要是在试件中部位置形成竖向的贯通裂缝㊂普通混凝土破坏时裂纹发展方向较为确定,随着钢渣替代率的增多,裂纹发展的方向增多㊂6㊀结㊀论1)钢渣颗粒具有一定的水化活性,可以增强砂浆基体的抗压强度㊂随着钢渣替代率的增加,混凝土立方体抗压强度先增加后减小㊂钢渣替代率为20%时,混凝土的立方体抗压强度㊁劈裂抗拉强度最大㊂随着钢渣替代率的增加,混凝土抗折强度先减小后增大㊂钢渣替代率为30%时,混凝土的抗折强度最大㊂2)随着钢渣替代率的不断增多,混凝土拉压比先增大后减小㊂钢渣替代率为20%时,混凝土拉压比最大㊂随着钢渣替代率的不断增多,折压比先减小后a 钢渣替代率为0%;b 钢渣替代率为10%;c 钢渣替代率为20%;d 钢渣替代率为30%㊂钢渣颗粒和粗骨料:1.18~4.75mm为钢渣颗粒,5~20mm为粗骨料;砂浆㊂图13㊀不同钢渣替代率的混凝土弯拉极限状态Fig.13㊀Vltimate limit states of concrete with differentsteel slag contents under bending and tension增大㊂钢渣替代率为30%时,混凝土折压比最大㊂3)钢渣颗粒周围存在明显的界面过渡区,由于界面过渡区的存在,使钢渣砂浆的抗压强度降低㊂钢渣颗粒界面过渡区的强度对钢渣混凝土强度和破坏过程影响较大,因此在钢渣混凝土细观数值模拟时应单独考虑钢渣颗粒与砂浆的界面过渡区㊂4)对比数值模拟结果与试验结果,误差在5%以内,验证了所建立的钢渣混凝土细观数值模型的可靠性㊂基于该模型可以模拟钢渣混凝土的破坏过程,分析其破坏机理㊂参考文献[1]㊀赵世冉,张凯峰,焦国峰,等.钢渣复合胶凝材料活性及其对混凝土性能的影响[J].材料导报,2015,29(26):463-467. 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[3]㊀TENG S,LIM T Y D,SABET D B.Durability and mechanicalproperties of high strength concrete incorporating ultra fine ground granulated blast-furnace slag[J].Construction and Building Materials,2013,40:875-881.[4]㊀杨钱荣,杨全兵.含钢渣复合掺合料对混凝土耐久性的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2010,38(8):1200-1204.[5]㊀GUPTA T,SACHDEVA S boratory investigation andmodeling of concrete pavements containing AOD steel slag[J].Cement and Concrete Research,2019,124:1-11.[6]㊀于峰,张扬,王旭良,等.全集料钢渣混凝土抗压强度试验研究[J].应用基础与工程科学学报,2018(4):854-862.(下转第179页)186㊀工业建筑㊀2022年第52卷第1期下降㊂适当的掺入纳米CaCO3可以改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,在360d龄期的监测下,纳米CaCO3掺量为1%时,表现出的效果最好㊂2)在模拟盐渍土地区纳米CaCO3改性混凝土半浸泡硫酸盐侵蚀加速试验中,M端相对动弹性模量遵循Weibull分布函数,证明二参数Weibull分布函数可以在小数据的基础上对纳米CaCO3改性混凝土进行寿命预测㊂㊀㊀3)Weibull函数能够有效描述纳米CaCO3改性混凝土在半浸泡硫酸盐中的退化趋势,可以直观反映试件的寿命㊂根据可靠度函数可以得出在硫酸盐半浸泡环境下纳米CaCO3改性混凝土寿命最长高达693d,为其在盐湖地区的应用可靠性分析提供了很好的理论依据㊂参考文献[1]㊀余红发,孙伟,鄢良慧,等.混凝土使用寿命预测方法的研究Ⅲ:混凝土使用寿命的影响因素及混凝土寿命评价[J].硅酸盐学报,2002(6):696-701.[2]㊀刘赞群,邓德华,DE SCHUTTER G,等. 混凝土硫酸盐结晶破坏微观分析(Ⅰ):水泥净浆[J].硅酸盐学报,2012,40(2): 186-193.[3]㊀YU H,LI J M,XIN H.Study on corrosion resistant performance ofsulfoaluminate cement[J].Advanced Materials Research,2013, 710:362-366.[4]㊀王宗熙,姚占全,何梁,等.纳米SiO2对混凝土耐蚀性能和溶蚀寿命的影响[J].建筑材料学报,2021,24(4):766-773. [5]㊀王腾蛟,许金余,彭光,等.纳米碳纤维增强混凝土耐久性试验㊀㊀㊀㊀[J].功能材料,2019,50(11):11114-11121.[6]㊀苗生龙,周样梅,陈奎宇,等.纳米材料对混凝土性能影响研究进展[J].混凝土与水泥制品,2019(4):20-23.[7]㊀王腾蛟,许金余,彭光,等.纳米碳纤维增强混凝土耐久性试验[J].功能材料,2019,50(11):11114-11121.[8]㊀李庚英,王中坤.碳纳米管对钢筋混凝土耐氯盐腐蚀性能的影响[J].华中科技大学学报(自然科学版),2018,46(3):103-107.[9]㊀孟博旭,许金余,彭光.纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验[J].复合材料学报,2019,36(10):2458-2468. [10]张朝阳,蔡熠,孔祥明,等.纳米C-S-H对水泥水化㊁硬化浆体孔结构及混凝土强度的影响[J].硅酸盐学报,2019,47(5): 585-593.[11]苗生龙,李庆涛,孙浩浩,等.高温后纳米CaCO3混凝土抗压强度试验研究[J].硅酸盐通报,2018,37(9):2883-2887, 2903.[12]黄政宇,祖天钰.纳米CaCO3对超高性能混凝土性能影响的研究[J].硅酸盐通报,2013,32(6):1103-1109,1125. [13]周艳华.不同纳米碳酸钙含量对粉煤灰混凝土力学及抗冻性能的影响[J].科学技术与工程,2016,16(28):277-281. [14]乔宏霞.混凝土抗硫酸盐腐蚀耐久性的评价方法研究[D].兰州:兰州理工大学,2007.[15]乔宏霞,郭向柯,朱彬荣.三参数Weibull分布的多因素作用下混凝土加速寿命试验[J].材料导报,2019,33(4):639-643. 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钢渣粉混凝土的工作性能和力学性能研究进展[1]

钢渣粉混凝土的工作性能和力学性能研究进展 3
林晖王玲李云峰
(中国建筑材料科学研究总院北京 100024)
摘要 :在我国随着钢铁工业的发展 ,钢渣的排放量逐年增大 ,钢渣利用率低 ,大量钢渣弃置堆积 ,侵占农田、淤塞河道、造成环境污染。对钢渣进行处理 ,变废为宝 ,已经成为国内外重要的研究课题。总结分析了钢渣微粉道路混凝土的工作性能和力学性能 ,对钢渣微粉作为胶凝材料在道路工程中的应用进行了评述。
材料主要化学成分为 SiO2 ,还含有杂质 FeO3 CaO Al2 O3 和水) ;金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料 ,如石灰石、铁矿石、萤石
性能。利用工业废弃物来改善混凝土性能 ,达到变等。钢渣由钙、铁、镁、硅、铝、锰、磷等多种氧化物组
废为宝 ,绿色环保的效果。
工艺钢渣可分为平炉渣、转炉渣和电炉渣 ,国内钢生
产工艺以转炉为主 ,约占 88. 1 % (2005 年统计) ,我
国排放的钢渣 70 %以上是转炉渣 ;全世界正在大力
发展电炉炼钢 ,但我国由于电价 ,原料成本高等原
因 ,电炉工艺没有得到很好的发展 ,所占比重不高 ,
约为 11. 7 %[4] ;由于转炉比平炉产量高、耗能低 ,目
Indust rial Co nst ructio n Vol1 38 , Supplement ,2008
国家“十一五”科技支撑计划项目 (2006BA F02A25) 。第一作者 :林晖女硕士 1981 年 7 月出生助理工程师收稿日期 :2008 - 04 - 10
工业建筑 2008 年第 38 卷增刊 867
关键词 :钢渣微粉工作性能力学性能胶凝材料道路混凝土

机械研磨锰渣的物理与机械力化学现象研究

ＧＡＯｉａ，ＳＺｈｈｉＯＮＧｙｎ，ＨＡＮｉｇｕＸｕａＪｎｙｎ
（ｏｌｇｆｖｌｇｎｅｉｇ，ＳｚｏｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙ，Ｓｚｏ１０１ＣｌｅｏｉＥｎｉｅｒｎｅＣｉｕｈｕＵｎｖｒｉｏｃｅｃｎｃｎｌｇｙｕｈｕ２５１）ＡｂｔａｔｓｒｃＭａｇｎｓｌｇｉｉｌｔｄｅ．Ｉｓｓｕｉｄｔａｈｓｃｌｐｏｅｔｅｎｃａｉａ—ｈｍｉｔｙｏｎａｅｅｓａｍａｎｙｓｕｉｄｔｉｔｄｅｈｔｐｙｉａｒｐｒｉｓａｄｍｅｈｎｃｌｅｓｒｆｓｃ
ｅｃＴｈｘｅｉｎｈｗｓｔａｆｅｉｈｅｅｇｒｎｉｇ，ｄｎｉｎｕｆｃｒａｏｎａｅｅｓａｃｅｓｓｎｔ．ｅｅｐｒｍｅｔｓｏｈｔａｔｒｈｇ－ｎｒｙｇｉｄｎｅｓｔａｄｓｒａｅａｅｆｍａｇｎｓｌｇｉｒａｅ，ａｄｙｎｐｒｉｌｉｔｉｕｉｎｉｉｈｒｎｆｓｌｓｚｉｔｉｕｉｎａｔｅｄｓｒｂｔｓｎｔｅｔｅｄｏｍａｌｉｅｄｓｒｔ．Ｗｉｈｔｅｉｃｅｓｆｇｉｄｎｉ，ｔｅｃｙｔｌｔｕｔｒｃｏｂｏｔｈｒａｅｏｒｎｉｇｔｎｍｅｈｒｓａｒｃｕｅｓｃｎｂｈｎｅａｅｃａｇｄ，ａｄＳ０２ｆｏｔｅｃｙｔｌｈｐＯｔｅａｏｐｏｓｃｎｂｎｒａｅ．Ｆｎｌｎｉｒｍｈｒｓａａｅｔｈｍｒｈｕａｅｉｃｅｓｄｉａｌｈｅｎｔｎａｓｙ，ｔｅｃｍｅｔｗｉｈｍａｇ —

机械活化和不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料性能的影响

第41卷第2期2022年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.41㊀No.2February,2022机械活化和不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料性能的影响张㊀涛1,2,陈铁军1,2,陈永亮1,2,潘料庭3,黄学忠3,陈㊀兴1,2(1.武汉科技大学资源与环境工程学院,武汉㊀430081;2.冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室,武汉㊀430081;3.广西北港新材料有限公司,北海㊀536000)摘要:为了促进不锈钢厂废渣的资源化利用,以红土镍矿酸性高炉渣和不锈钢渣为主要原料制备胶凝材料,研究机械活化和不锈钢渣质量掺量对矿渣胶凝材料性能的影响,并利用XRD㊁SEM 对胶凝材料的水化产物及微观结构进行分析㊂结果表明,机械活化主要通过改变原料的比表面积和颗粒级配来影响胶凝材料性能,且矿渣中细颗粒占比是影响其胶凝活性的关键因素,适宜的球磨时间为45min,此时矿渣比表面积达到524.66m 2/kg㊂不锈钢渣与酸性矿渣之间存在协同作用,当不锈钢渣质量掺量为20%时,胶砂试块3d㊁7d㊁28d 抗压强度分别为17.8MPa㊁24.3MPa 和34.8MPa,抗折强度分别为4.5MPa㊁6.2MPa 和6.8MPa,达到P㊃S 32.5R 矿渣硅酸盐水泥强度标准㊂不锈钢渣的掺入在水化早期和后期都促进钙矾石及C-S-H 凝胶的生成,对胶砂试块各龄期强度都有促进作用,而未水化的钢渣细颗粒也起着微集料填充作用,有利于胶凝材料早期强度的提高㊂关键词:酸性矿渣;不锈钢渣;机械活化;胶凝材料;协同作用;颗粒级配;微观结构中图分类号:X751㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2022)02-0553-09收稿日期:2021-09-23;修订日期:2021-11-07基金项目:湖北省教育厅科学研究计划资助项目(Q20191110);中冶长天基础研究基金项目(2020JCYJ06)作者简介:张㊀涛(1998 ),男,硕士研究生㊂主要从事固废资源化利用研究㊂E-mail:zt178344348@通信作者:陈铁军,博士,教授㊂E-mail:chentiejun@ Effects of Mechanical Activation and Stainless Steel Slag Content on Properties of Slag Cementitious MaterialsZHANG Tao 1,2,CHEN Tiejun 1,2,CHEN Yongliang 1,2,PAN Liaoting 3,HUANG Xuezhong 3,CHEN Xing 1,2(1.School of Resources and Environmental Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China;2.Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources,Wuhan 430081,China;3.Guangxi Beigang New Material Co.,Ltd.,Beihai 536000,China)Abstract :In order to promote the resource utilization of waste slag from stainless steel factory,the cementification materials were prepared with laterite nickel mine acid furnace slag and stainless steel slag as the main raw materials.The effects of mechanical activation and the mass addition amount of stainless steel slag on the properties of cementing materials were studied.The hydration products and microstructure of cementing materials were analyzed by XRD and SEM.The results show that mechanical activation is mainly through the changes of specific surface area and particle size distribution of raw materials to affect the properties of cementing materials,and the proportion of fine particles in blast furnace slag is the crucial factor affecting the cementing activity,the optimal ball milling time is 45min,and the specific surface area of blast furnace slag is 524.66m 2/kg.There is a synergistic action between stainless steel slag and acidic slag.When the mass content of stainless steel slag is 20%,with curing ages of 3d,7d and 28d,the compressive strength of mortar test block is 17.8MPa,24.3MPa and 34.8MPa,and the flexural strength is 4.5MPa,6.2MPa and 6.8MPa,respectively,which reaches the requirement of P ㊃S 32.5R slag Portland cement strength standard.The addition of stainless steel slag facilitates the formation of ettringite and C-S-H gel at the early and late hydration stages,which increases the strength of mortar test block at various ages.The fine particles of steel slag without hydration also play a micro-aggregate filling role,which is conducive to the improvement of the early strength of cementing materials.554㊀胶凝材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷Key words:acidic slag;stainless steel slag;mechanical activation;cementitious material;synergy;grain size distribution;microstructure㊀0㊀引㊀言钢铁产业是我国国民经济的重要基础产业,在推进工业化㊁城镇化进程中发挥着重要作用,但在生产过程中会产生了大量的废渣,其中产量最大的是高炉渣和钢渣,据初步测算,每年钢铁废渣产生量达5.0亿t㊂十三五以来,高炉渣㊁钢渣等大宗工业固废呈增长态势㊂全国高炉渣由2015年2.51亿t增长至2018年2.70亿t,年均增长3.7%;钢渣由2015年1.04亿t增长至2018年1.14亿t,年均增长4.7%[1]㊂钢铁废渣的资源化利用是保证企业可持续发展的重要环节㊂矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的熔融硅酸盐类物质,结构处于高能状态且不稳定,具有潜在的胶凝活性,矿渣按碱度(M=[w(CaO)+w(MgO)]/[w(SiO2)+w(P2O5)])(w为质量分数,下同)有酸性㊁中性㊁碱性之分:M>1为碱性矿渣,M<1为酸性矿渣,M=1为中性矿渣㊂碱性矿渣具有较高活性,通常是通过机械研磨激发其活性,并添加少量外加剂,磨细后制成矿渣微粉用于水泥行业领域,达到资源化利用的目的[2]㊂而酸性矿渣由于活性较低,其资源化利用相关研究较少㊂李茂辉等[3]将酸性矿渣进行机械球磨制备的矿渣微粉,满足矿山充填要求;陆敬寒[4]研究表明,矿渣磨得越细越有利于提高和改善水泥性能;但也有一些研究者[5]指出,适当的粒度能使矿渣微粉具有最大活性,太细或太粗均不利于矿渣活性的发挥㊂因此,当前对于矿渣细度对胶凝性能的影响规律及机理尚不明确,对于低活性酸性矿渣在制备胶凝材料中的研究则更少见㊂不锈钢渣是炼钢时所产生的废渣,其矿物成分与水泥熟料相近,含有硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S),理论上具有胶凝活性[6],但其形成温度高于1600ħ,显著高于普通硅酸盐水泥的烧成温度,导致其中硅酸盐矿物晶粒较大,且结晶完好,具有易粉化的特点㊂安定性问题也是制约不锈钢渣资源化利用的因素之一,目前不锈钢渣粉的活性普遍偏低,综合利用率较低[7]㊂戴剑等[8]用不锈钢渣代替水泥,发现随着不锈钢渣掺入量的增加,水泥胶砂的强度逐渐降低㊂但有学者指出钢渣的掺入能提高胶凝体系的性能,李颖等[9]研究发现矿渣-钢渣-石膏胶凝材料体系的早期水化过程中存在协同作用㊂Duan等[10]发现优化粉煤灰㊁钢渣和脱硫石膏三元混合物的配比,在水化28d时表现出明显的协同效应㊂这些研究为胶凝体系中加入钢渣提供了理论基础,通过掺入碱度较高的不锈钢渣来提高低活性酸性矿渣胶凝体系的活性,从而达到协同处置矿渣和钢渣的目的,是目前资源化利用冶金渣的一个新方向㊂本研究以酸性高炉渣为主要原料,加入少量石膏㊁石灰,通过机械球磨激发酸性渣活性,制备复合胶凝材料,并探究不锈钢渣掺入后对胶凝材料性能的影响及其活化机理,为促进低活性酸性渣和不锈钢渣的高附加值应用提供理论依据㊂1㊀实㊀验1.1㊀试验原料矿渣和不锈钢渣由广西北部湾北港新材料公司提供,图1和图2分别为矿渣和不锈钢渣的XRD谱㊂矿渣XRD谱中存在大量弥散峰,且在20ʎ~40ʎ之间出现馒头峰,说明其中含有大量的无定型玻璃相物质,同时还观察到少量黄长石和尖晶石等结晶矿物的衍射峰㊂钢渣中主要包含了C2S㊁C3S㊁RO相(FeO㊁MnO和MgO形成的固溶体)和Ca(OH)2㊂原料主要化学组成见表1,矿渣中主要含有CaO㊁SiO2㊁Al2O3㊁MgO,质量系数w[(CaO)+(MgO)+ (Al2O3)]/w[(SiO2)+(MnO)+(TiO2)]=2.24>1.2,具有良好活性㊂碱性系数M=0.75<1,属酸性矿渣㊂不锈钢渣中主要成分是CaO和SiO2,以及少量MgO㊁Fe2O3和Al2O3,根据Mason[11]提出的评价钢渣M 值的计算方法,本试验所用钢渣的碱度:M=w(CaO)/[w(SiO2)+w(P2O5)]=2.5,属于中碱度矿渣,潜在活性高㊂石膏(CaSO4㊃2H2O)为国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯,质量分数ȡ99.0%㊂石灰(CaO)为国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯,质量分数ȡ98.0%㊂水为实验室自来水㊂砂为厦门艾思欧ISO标准砂㊂第2期张㊀涛等:机械活化和不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料性能的影响555㊀图1㊀矿渣XRD谱Fig.1㊀XRD pattern of blast furnaceslag图2㊀不锈钢渣XRD谱Fig.2㊀XRD pattern of stainless steel slag 表1㊀原料主要化学组成Table1㊀Main chemical composition of raw materialsMaterial Mass fraction/%TFe Fe2O3CaO MgO SiO2Al2O3P2O5MnO2 Blast furnace slag 1.040 1.50026.85010.34025.96023.5800.001 1.660 Stainless steel slag 1.730 3.39059.110 2.90023.610 1.0600.0020.740㊀㊀注:TFe表示全铁,即矿物中铁元素的总和,包括磁性铁㊁赤褐铁㊁碳酸铁㊁硫化铁㊁硅酸铁五种类别㊂1.2㊀试验及检测方法用行星球磨机(KQM-Y/B)对矿渣分别干磨25min㊁30min㊁35min㊁40min㊁45min㊁50min后,测定粉料的粒度和比表面积,并对磨细后的微粉按照质量比为m(矿渣)ʒm(石膏)ʒm(石灰)=80ʒ15ʒ5,胶砂比为1ʒ3,水胶比为0.5,制备成40mmˑ40mmˑ160mm的胶砂试块,采用标准养护(温度为(20ʃ1)ħ㊁相对湿度不低于90%)1d后拆模,继续在标准养护条件下养护至规定龄期后测定抗压强度㊁抗折强度㊂在前期探索试验的基础上,选取干法球磨45min,比表面积600m2/kg的不锈钢渣粉,分别等质量代替矿渣固体胶凝材料的5%㊁10%㊁15%㊁20%㊁25%㊁30%,试验配比见表2㊂测定不同养护龄期的胶砂试块抗压强度㊁抗折强度㊂表2㊀不锈钢渣质量掺量配合比Table2㊀Stainless steel slag mass mixing ratioNo.Blast furnace slag/%Stainless steel slag/%Gypsum/%CaO/%180015527551553701015546515155560201556552515575030155利用电感耦合等离子体发射光谱仪(SEA-2210A)检测矿渣和不锈钢渣的化学成分,按照‘水泥比表面积测定方法勃氏法“(GB/T8074 2008)测定矿渣粉比表面积,采用激光粒度分析仪(Mastersizer2000)对矿渣粉进行粒度分析,参照‘水泥胶砂强度检验方法(ISO法)“(GB/T17671 1999)和‘水泥标准稠度用水量㊁凝结时间㊁安定性检验方法“(GB/T1346 2011)对胶砂试块的强度和安定性进行测试㊂为了便于分析测试,将原料按一定比例混合取500g,水胶比0.3,制备30mmˑ30mmˑ50mm的净浆试块㊂并通过X射线衍射仪(SmartLab SE)分析矿渣㊁不锈钢渣及矿渣基胶凝材料净浆试块的矿物组成,利用扫描电镜(Apreo S HiVac)观察胶凝材料的微观形貌㊂556㊀胶凝材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷2㊀结果与讨论2.1㊀球磨时间对矿渣粒度分布的影响不同球磨时间的矿渣粒度分布和比表面积如表3和图3所示㊂由表3可知,随着球磨时间从25min 增加到40min,矿渣微粉的比表面积由305.95m 2/kg 增大到519.33m 2/kg,这是由于在机械力高能球磨的过程中,强烈的机械力作用和颗粒之间的相互挤压㊁碰撞作用,矿渣玻璃体发生部分解聚,大颗粒破碎为小颗粒,比表面积增大,但延长球磨时间比表面积变化不大㊂有资料[12]显示,矿渣作为水泥掺合料时,为了发挥其活性,比表面积应该达到450m 2/kg 左右㊂当矿渣的比表面积相同时,细集料(<3μm)占比越多的水泥砂浆早期强度越高;<30μm 的粉料占比越多,水泥胶砂的28d 强度越高;粒径为30~60μm 占比较多时,有利于水泥的长期水化强度提升;而粒径>60μm 的仅起微集料填充功效㊂从表3中可以看出,球磨30min 后,矿粉粒度基本都在60μm 以下,而随着球磨时间的延长,矿粉中<3μm 的颗粒占比逐渐增加,在球磨45min 后,<3μm 的颗粒占比基本稳定,且<30μm 的颗粒占比达到96.57%㊂表3㊀不同球磨时间矿渣粒度参数及比表面积Table 3㊀Particle size parameters and specific surface area of steel slag at different grinding timeTime /min Mass fraction /%<3μm 0~12μm 12~30μm 30~60μm >60μm Specific surface area /(m 2㊃kg -1)2517.0746.6131.6821.79 2.92305.953018.7052.3331.1216.160.59416.183520.0556.6431.9611.350.05465.164023.2260.2431.448.32 519.334524.3364.1332.44 4.43 524.665024.0264.6830.56 4.730.03520.50图3㊀不同球磨时间矿渣粒径分布Fig.3㊀Particle size distribution of slag powder at different grinding time 由图3可知,随着球磨时间从25min 增加到45min,最大体积占比粒度由30μm 降低到15μm,矿渣粒度减小的同时,细颗粒占比显著增大,颗粒粒径逐渐向小粒径方向移动,但是继续增加球磨时间到50min 后,颗粒粒径反而增大,这是因为球磨达到平衡状态,颗粒粒径将不再减小,继续增加球磨时间会出现团聚现象[13]㊂因此,最佳的球磨时间是45min,此时矿粉比表面积为524.66m 2/kg㊂2.2㊀球磨时间对矿渣胶凝材料强度的影响图4为球磨时间对矿渣胶砂试块强度的影响,随着球磨时间的延长,胶砂试块的早期抗压和抗折强度有显著提高,后期强度呈现先稳步增加后趋于稳定的趋势㊂当球磨时间由25min 延长到35min 时,胶砂试块3d 抗压强度由3.9MPa 增加到9.8MPa,增幅达151%㊂抗折强度由1.1MPa 增加到2.2MPa,增幅达100%㊂对照2.1节中球磨时间对粒度和比表面积结果可知,是因为此阶段对活性提供主要贡献的细颗粒(<3μm)占比明显增加,此外是由于矿渣玻璃体是包含连续的富钙相和分散的富硅相的分相结构,在高能机械力作用下,颗粒表面和内部产生微裂纹,从而使极性分子或离子更容易进入玻璃体结构的内部空穴中,促进矿渣的分解和溶解,矿渣早期活性得到提高[14]㊂延长球磨时间到45min 时,3d㊁7d 和28d 抗压强度和抗折强度总体达到峰值㊂再继续延长球磨时间,各龄期强度增长并不明显,是因为继续延长球磨时间,颗粒各粒级占比变化不大,比表面积增长幅度小,矿渣的机械活化达到平衡㊂将球磨45min 矿渣按国标‘用于水泥㊁砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉“(GB /T 18046 2017),m (矿渣)ʒm (石膏)ʒm (石灰)=80ʒ15ʒ5,胶砂比1ʒ3,水胶比为0.5,制备成40mm ˑ40mm ˑ160mm 的胶砂试块㊂测定胶砂试块7d 和第2期张㊀涛等:机械活化和不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料性能的影响557㊀28d 的抗压强度分别为32.6MPa 和40.6MPa,对应的7d 和28d 的活性指数分别为76.7%(>70%)和95.5%(>95%),达到S95粉性能指标,证明其活性较高㊂图4㊀球磨时间对矿渣胶砂试块强度的影响Fig.4㊀Effect of grinding time on strength of slag mortar test block 2.3㊀不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料强度的影响选取球磨45min 矿渣进行后续试验㊂图5为不锈钢渣掺量对胶砂试块强度的影响,由图5可知,试样的3d㊁7d㊁28d 抗压和抗折强度均随着不锈钢渣的掺量增加呈现先升高再降低的趋势,3d 抗压强度变化较小,而抗折强度明显提升,这主要是因为在水化反应早期,不锈钢渣粉的活性较低,参与反应量很少,主要在颗粒之间的缝隙中起物理填充作用,对抗压强度提升贡献较小,同时材料收缩性减小,萌生微裂纹减少,从而脆性减弱[15],提升了材料的抗折强度㊂而对7d 和28d 抗压㊁抗折强度影响显著,说明不锈钢渣的加入促进了复合胶凝材料性能的提升,特别是对于胶砂试块后期强度有明显促进作用㊂当不锈钢渣掺量增加到20%时,胶砂试块各龄期强度整体呈上升趋势,3d㊁7d㊁28d 抗压强度分别为17.8MPa㊁24.3MPa㊁34.8MPa,抗折强度分别为4.5MPa㊁6.2MPa㊁6.8MPa,均能达到P㊃S 32.5R 矿渣硅酸盐水泥强度标准㊂随着时间的延长,不锈钢渣逐渐参与了水化反应,进而提高了后期强度[16]㊂但当不锈钢渣掺量超过20%后,各个龄期强度均有所降低,是因为钢渣掺量过大时,其水化释放的大量Ca 2+难以被相对较少的矿渣吸收,矿渣和不锈钢渣的进一步水化均受到抑制,体系中胶凝性水化产物的生成量减少,硬化浆体的孔隙率增高,强度降低[17]㊂图5㊀不锈钢渣掺量对胶砂试块强度的影响Fig.5㊀Effect of stainless steel slag content on strength of mortar test block 安定性测试表明,经沸煮法的胶砂试饼未发现裂纹,且饼体无弯曲,判断钢渣-矿渣胶凝材料的安定性合格㊂这是因为不锈钢渣经过破碎㊁球磨工艺处理后,所含f-CaO 被微细化㊁均匀化和稀释,局部膨胀现象不易发生[18]㊂此外,矿渣粉可利用自身水化产生的收缩,降低体系因不锈钢渣粉中f-CaO㊁f-MgO 延迟膨胀造成的开裂[19]㊂558㊀胶凝材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷2.4㊀机械活化矿渣胶凝材料的水化产物分析2.4.1㊀球磨时间对矿渣胶凝材料物相的影响图6㊀不同球磨时间胶凝材料不同龄期的XRD 谱Fig.6㊀XRD patterns of cementitious materials at different ages with different grinding time 为了研究机械活化对提高矿渣胶凝材料性能的作用机理,利用XRD 和SEM 对不同球磨时间下制备的胶凝材料不同龄期的水化产物及微观结构进行分析㊂图6为不同球磨时间胶凝材料3d 和28d 龄期的XRD 谱,从图6中可以看出,胶凝材料的水化早期(3d 龄期)衍射峰较少,只有少量水化硅酸钙凝胶(C-S-H)㊁钙矾石(AFt)㊁氢氧化钙,以及未参与水化反应的石膏㊂对比球磨25min 胶凝材料,球磨45min 胶凝材料3d 龄期水化产物中C-S-H 凝胶和AFt 的衍射峰有所增强;相较于3d 龄期,28d 龄期的胶凝材料中AFt 和C-S-H 凝胶的衍射峰都明显增多㊁增强㊂延长球磨时间增加了矿渣的活性,生成了更多的水化产物,从而提高了胶凝材料的强度㊂由2.1节结果可知,球磨45min 后,矿渣活化达到最佳,矿渣粒度减小的同时,细颗粒占比显著增大,这些活性颗粒参与到水化反应中,在硫酸盐激发剂石膏以及碱性激发剂CaO 的双重激发下生成水化产物C-S-H 凝胶与AFt,使胶凝材料获得强度,且随着水化反应的进行,生成了更多的C-S-H 凝胶与AFt,使胶凝材料强度大幅提高[20]㊂2.4.2㊀不同球磨时间对矿渣胶凝材料微观形貌的影响图7分别为球磨25min 和45min 胶凝材料3d 和28d 龄期的SEM 照片㊂在3d 龄期时,球磨25min 的胶凝材料(如图7(a)所示)中可以明显看到许多矿渣颗粒的存在,水化产物较少,在颗粒表面有少量钙矾石形成,宏观上表现为水化反应初期胶凝材料的强度较低;球磨45min 的胶凝材料(如图7(c)所示)结构更加致密,生成了大量晶簇状AFt 晶体和少量絮状C-S-H 凝胶,极少量矿渣颗粒的表面边缘也已明显被侵蚀,整个胶结体具有网状结构,在宏观上表现为强度较球磨25min 明显增大,这与2.2节所得结果相一致㊂图7㊀不同球磨时间胶凝材料不同龄期的SEM 照片Fig.7㊀SEM images of cementitious materials at different ages with different grinding time第2期张㊀涛等:机械活化和不锈钢渣掺量对矿渣胶凝材料性能的影响559㊀在水化反应至28d 龄期时,相较于3d 龄期时微观结构均有较大改变,球磨25min(如图7(b)所示)的胶凝材料中颗粒边缘被严重侵蚀,生成了大量的钙矾石和C-S-H 凝胶,针棒状的钙矾石填充在结构骨架中搭接成网络结构,形成了致密的整体[16],使强度大幅提高;球磨45min 的胶凝材料(如图7(d)所示)的水化反应更加完全,颗粒边缘完全模糊,生成了更多的C-S-H 胶凝,晶簇状的钙矾石被包裹在C-S-H 凝胶中,结构更加致密,因而强度得到进一步提升㊂2.5㊀不锈钢渣-矿渣胶凝材料的水化产物分析2.5.1㊀不锈钢渣-矿渣基胶凝材料物相分析图8㊀掺20%不锈钢渣胶凝材料不同水化龄期的XRD 谱Fig.8㊀XRD patterns of cementitious materials with 20%stainless steel slag at different hydration ages 图8为掺加20%不锈钢渣胶凝材料3d 和28d 龄期的XRD 谱,胶凝材料水化早期物相主要为C 2S㊁C 3S㊁钙矾石㊁C-S-H 凝胶以及未参加水化反应的石膏和RO相㊂与图6中45min 矿渣胶凝材料3d 的XRD 谱相比,图8中3d 龄期XRD 谱中C-S-H 凝胶和AFt 的衍射峰增强,且无明显Ca (OH )2衍射峰,这是因为Ca(OH)2解离出的OH -能与矿渣反应,不锈钢渣掺入促进矿渣的分解,Ca(OH)2在反应过程中被消耗[21]㊂水化龄期到达28d 后,对比图6中45min 矿渣胶凝材料28d 的XRD 谱,图8中C-S-H 凝胶和钙矾石的衍射峰都显著增强,这是由于掺入碱度较高㊁CaO 含量高的不锈钢渣后,为体系引进了大量二价阳离子以及OH -[22],加速了矿渣表面的分解速度,且大量的Ca 2+为钙矾石的形成创造了条件,钙矾石生成消耗体系中Ca 2+,矿渣钢渣中Al 2O 3㊁CaO 与溶液中的Al(OH)4-㊁Ca 2+㊁OH -平衡被打破,进一步促进矿渣中铝硅氧四面体的解聚生成C-S-H 凝胶,使胶凝材料强度显著提高[10]㊂因此,从掺入不锈钢渣的矿渣胶凝材料物相组成可以看出,不锈钢渣与矿渣之间存在协同作用,不锈钢渣的掺入在水化早期和后期都促进钙矾石及C-S-H 凝胶的生成,对胶砂试块各龄期强度都有促进作用,这与2.3节所得结论一致㊂图9㊀掺20%不锈钢渣胶凝材料不同水化龄期的SEM 照片Fig.9㊀SEM images of 20%stainless steel slag cementitious materials at different hydration ages560㊀胶凝材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷2.5.2㊀不锈钢渣-矿渣基胶凝材料表观形貌分析图9分别为掺加20%不锈钢渣胶凝材料3d和28d水化龄期的SEM照片,相较于图7(a),掺入20%不锈钢渣的胶凝材料图9(a)中存在许多球形的未水化不锈钢渣粉颗粒填充在矿渣颗粒和水化产物的间隙,使得结构更加致密,而且大量水化产物C-S-H凝胶和针状的钙矾石交错在其中,附着在不锈钢渣和矿渣颗粒表面,提高了胶凝材料的早期强度㊂随着水化反应的进行,其28d胶凝材料图9(c)㊁(d)中大量的C-S-H凝胶将未完全反应的不锈钢渣颗粒紧密胶结在一起,形成致密的整体,对比图7(d)已看不到明显暴露的针棒状钙矾石,其包裹在凝胶内部充当骨架的作用,体系强度大幅增加㊂因此,不锈钢渣不仅能与矿渣相互激发,生成更多的水化产物,而且其未水化的细颗粒在水化早期还起着微集料填充作用,有利于胶凝材料强度的提高㊂3㊀结㊀论(1)机械活化主要从比表面积和颗粒级配两个方面来影响矿渣胶凝材料性能,随着球磨时间延长,矿渣胶凝材料的抗压强度先稳步增加后趋于稳定,球磨45min后,<3μm的细颗粒占比基本稳定,且<30μm的颗粒占比达到96.57%,矿渣微粉的比表面积为524.66m2/kg,其活性指数达到S95粉性能指标㊂(2)随着不锈钢渣掺量的增加,胶砂试块抗压强度呈现先升高后降低的趋势,当钢渣掺量为20%时,制备的胶砂试块3d㊁7d㊁28d抗压强度分别为17.8MPa㊁24.3MPa㊁34.8MPa,抗折强度分别为4.5MPa㊁6.2MPa㊁6.8MPa,且安定性符合国家要求,达到P㊃S32.5R矿渣硅酸盐水泥强度标准㊂(3)随着球磨时间的延长,胶凝材料矿渣颗粒的表面边缘侵蚀越明显,微观结构更加致密,整体强度得到提升;不锈钢渣与酸性矿渣之间存在协同作用,在水化早期不锈钢渣主要起微集料填充作用,减小了材料脆性,随着水化进行,胶凝体系生成了更多的水化C-S-H凝胶和针棒状钙矾石,彼此交叉搭接成网络结构,后期强度显著增强㊂参考文献[1]㊀何惠平,张晓刚.钢铁工业固废利用现状㊁存在问题与应对措施[N].中国冶金报,2019-10-24(001).HE H P,ZHANG X G.Utilization status,existing problems and countermeasures of solid 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电炉钢渣活性激发研究

要：对电炉钢渣（熔炼渣和精炼渣）机械激发、在热激发和化学激发作用下的活性特征进行研究．究表研
明：准养护条件下，标电炉钢渣活性指数随比表面积增加而显著增加；热激发作用下，电炉钢渣活性指数有较大
幅度提高；热激发作用下钢渣的活性指数也随着比表面积的增加而提高；常温养护和蒸压养护条件下，精炼渣都没有表现出比熔炼渣更高的活性；无论是标准养护还是蒸压养护，电炉钢渣在各种碱存在的情况下，多表大现为强度下降，Ｎ０仅ａｓ或ＮＯａＨ在蒸压养护条件下对熔炼渣有激发作用，高了熔炼渣的活性．提
收稿日期：２１００１— ９—０；修回日期：０１９—２６２１ —０６
类型Ｓ２Ｃ０１３ｇＦＯＭ０Ｐ５ＴｅｉａＡ２Ｍ０ｅｎｚ－碱度系数０００Ｆ
基金项目：广州市荔湾区科技计划项目（０９２０２）２０２１０３资助作者简介：程从密（９２一）男，１７，副教授．－ａｌｃｎｍｉ０＠ｓａｃｎＥｍｉｏｇ２８ｉ．ｏ：０ｎ
关键词：电炉钢渣；活性指数；激发；械激发；学激发热机化中图分类号：Ｕ５８Ｔ２文献标志码：Ａ
固体废弃物资源化既减少对环境的直接破
究，分析机械激发、热力激发和化学激发对华南某钢厂电炉熔炼渣和精炼渣的激发效果，寻求电炉钢渣在水泥混凝土中应用的最佳途径．

钢渣制砖可行性研究报告

钢渣制砖可行性研究报告一、钢渣的物理化学性质1. 晶体结构：钢渣主要由氧化铁晶体构成，其晶体结构稳定，具有良好的热稳定性和力学性能。

2. 成分分析：钢渣中含有大量的氧化铁，石灰和二氧化硅等物质，这些成分具有促进砖材矿物化和硬化的作用。

3. 密度和孔隙率：钢渣的密度较大，孔隙率较小，有利于砖材的强度和耐久性。

4. 燃烧性能：钢渣含有较多的氧化铁，其燃烧性能较好，有利于砖材的烧结和硬化。

二、钢渣制砖的工艺流程1. 钢渣预处理：将原钢渣进行筛分、破碎和清洗等处理，去除其中的有机杂质和颗粒，保证砖材的质量。

2. 配料混合：将清洗后的钢渣与适量的胶凝材料（如水泥、石灰等）和骨料（如砂、碎石等）进行混合，形成砖材的原料。

3. 成型压制：利用压模机将混合物压制成型，形成砖坯。

4. 烧结硬化：将砖坯进行高温烧结处理，使其矿物化和硬化，提高产品的强度和耐久性。

5. 整形包装：对烧结后的砖材进行整形和包装，提高产品的美观度和市场竞争力。

三、钢渣制砖的产品性能1. 强度和硬度：由于钢渣中含有大量的氧化铁，石灰等物质，使得钢渣制砖具有较高的抗压强度和硬度。

2. 耐磨性：钢渣的硬度高，耐磨性好，适合用于地面砖、围墙砖等对耐磨性要求较高的场所。

3. 隔热性：钢渣中的氧化铁具有良好的隔热性能，对于降低建筑物的热传导有一定的作用。

4. 耐候性：钢渣制砖经过高温烧结处理，具有良好的耐候性，能够适应各种恶劣环境下的使用。

四、钢渣制砖的市场前景1. 市场需求：随着建筑行业的快速发展，对于高性能、环保的建筑材料需求不断增加，钢渣制砖作为一种绿色环保材料，具有较好的市场前景。

2. 定位策略：钢渣制砖可以定位为高端建筑材料，与水泥砖、红砖等传统砖材进行竞争，开辟新的市场空间。

3. 市场推广：钢渣制砖可以通过广告宣传、产品展示等方式进行市场推广，提高产品的知名度和美誉度，拓展销售渠道。

综上所述，钢渣制砖具有广阔的市场前景和发展潜力，能够满足建筑行业对于高性能、绿色环保材料的需求。

机械力化学作用活化钢渣的研究

第25卷第4期硅　酸　盐　通　报 Vol .25　No .4　2006年8月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY August,2006　机械力化学作用活化钢渣的研究温金保1,陆　雷2(1.南京水利科学研究院瑞迪高新技术公司,南京　210024;2.南京工业大学材料科学与工程学院,南京　210009)摘要:本文采用最近发展迅猛的机械力化学方法来激活钢渣,通过粒度测试、密度测定、XRD 、TE M 、HRTE M 和DSC 2TG 等诸多现代测试手段进行表征分析发现:钢渣经过行星磨高能机械研磨之后其颗粒大小、晶体结构发生了明显变化,由晶形逐渐向无定形转变,使钢渣的潜在活性被激发出来。

关键词:钢渣;机械力化学效应;制备Study of M echanoche m istry Acti va te the Steel Sl agW EN J in 2bao 1,LU L ei 2(1.Ruidi Advanced Technol ogy Company,Nanjing Hydraulic Research I nstitute,Nanjing 210024;2.College of Materials Science and Engineering,Nanjing University of Technol ogy,Nanjing 210009)Abstract:The steel slag was activated by mechanoche m istry in this thesis .It is taken by a series of analysis and testing such as particle size testing,density testing,XRD,HRTE M and DSC 2TG .The results show that the granule is di m inished s peedily and the crystal structure is changed evidently,na med t o a mor phis m ,and its latent activati on is activated .Key words:steel slag;mechanoche m ical effect;p reparati on作者简介:温金保(19752),男,硕士,工程师.主要从事无机材料的研究. 弃渣法处理钢渣不仅占用大量土地资源,造成环境污染,同时也常因堆渣、运渣困难等问题,影响正常的生产。

掺加钢渣对水泥性能的影响

掺加钢渣对水泥性能的影响【摘要】本文以硅酸盐水泥熟料、钢渣和石膏为主要原料，通过改变钢渣的比表面积，来探讨钢渣粉磨的机械力化学活化对水泥性能的影响，通过改变钢渣比表面积及改变掺入量进行实验，研究发现随着钢渣比表面积的增大以及掺入量的增加，其性能发生变化，具体表现为随比表面增大抗折抗压强度增加。

当比表面积一定时，随掺入量增加，初凝时间延长而终凝时间略有缩短、需水量减少其抗折抗压性能反而下降。

综合考虑得出，在硅酸盐水泥中掺加钢渣来改变其强度的方案是可行的。

对所的样品经沸煮法检验，体积安定性均合格。

【关键词】钢渣；机械力化学活化；水泥性能二十一世纪水泥材料仍然是必不可少的建筑材料之一，水泥工业在国民经济中仍占有重要的基础地位。

提高性能、节约能源、降低消耗、保护环境、走可持续发展道路是水泥工业和水泥科研工作者未来奋斗的方向和目标。

钢渣是炼钢生产过程中产生的副产品。

长期以来，钢渣作为废弃品被抛弃，占用土地，污染环境。

近十年来，随着我国国民经济的发展和科技的进步，国民环保意识的增强，废弃钢渣的综合利用引起了人们的广泛关注，并得到了不同程度的开发和利用。

搞好钢渣的综合利用，可以节省大量的资源和能源，还可以减少排渣占地和对环境的污染，对建设节约型社会，实现企业的可持续发展具有重要的现实意义。

为了更有效地利用钢渣,研究中将钢渣单独粉磨后作为矿物掺合料掺入水泥混凝土中,研究钢渣矿粉细度和掺量对混凝土的工作性能和强度的影响。

磨细钢渣粉作为一种新的水泥混凝土掺合料,分布广、数量多,有较高的应用与研究价值。

钢渣的主要矿物组成一般为：β-C2S、C3S、C3MS2、CSH、RO相和金属铁等。

钢渣的矿物组成决定了钢渣具有一定的胶凝性，主要源于其中一些活性胶凝矿物[4]的水化。

与硅酸盐水泥熟料相比，钢渣中这些矿物含量要低得多，且晶体发育粗大，活性较低。

钢渣中游离的CaO、MgO含量较高，因而稳定性差。

此外，钢渣中铁和锰的含量也比较高，由于铁、锰离子具有较强的极化能力，对氧有很大的亲和力，因此，氧离子能脱离正硅酸钙（锰）四面体破坏正硅酸盐结构，使四面体互相连接起来，生成巨大而复杂的硅氧团，从而降低其易磨性。

钢铁冶炼中的渣化研究

钢铁冶炼中的渣化研究随着工业化的不断发展，钢铁冶炼已成为现代工业中不可或缺的一环。

在钢铁生产中，生产过程中必然会产生一些废渣，这些废渣可能会对环境造成污染，同时也会造成资源的浪费。

因此，研究钢铁冶炼中的渣化问题，尤为重要。

渣化是指在钢铁生产过程中，通过科学的方法，使产生的废渣变得更有价值，在产生完全可以当做资源的同时，减轻对环境的污染。

渣化在钢铁冶炼中的研究非常广泛，主要分为粉磨、泥化、热强度、水合反应等方面。

其中，粉磨可以将废渣以粉状的形式用作辅料；泥化是将废渣与其他原料混合，形成有用的新材料；热强度是通过热源将废渣进行预热或者重熔；水合反应是在废渣中掺入一定量的水，形成可以使用的新材料。

渣化的方式和方法有很多，但不同的方式和方法，可以应用于不同的废渣类型。

以下是几个常见的钢铁生产中的渣化研究方向。

1.高炉炉渣渣化研究高炉炉渣是一种由生产过程中产生的热熔剂和不熔剂混合而成的废渣。

高炉炉渣的处理一直是热议话题。

在渣化利用研究中，掌握高炉炉渣的物化特性非常重要。

相对于在高炉生产过程中回收炉渣对当期生产过程的影响，立足于炉渣回收对后续生产过程的影响研究更加有意义。

针对高炉炉渣的渣化利用研究包括了热态熔化研究、热处理改性研究和化学硬化研究。

2.转炉炉渣渣化研究转炉炉渣是一种在钢铁成品生产过程中产生的废渣，含有一定比例的氧化铁、氧化钙、氧化硅和少量的氧化镁等元素。

转炉工艺的多样性决定了其产生的渣相当多，并且每种渣都有自己的特点和使用价值。

转炉炉渣的研究主要包括渣化减量化、热稳定性提高、基础参数控制和基础性质调控等内容。

3.其他钢铁冶炼中的渣化方法除了高炉和转炉炉渣以外，钢铁冶炼中还有其他类型的废渣需要进行渣化研究。

例如，在钢铁废气处理过程中产生的氧化铁，在进行纳米材料制备过程中往往具有潜在的应用价值；钢渣钙化处理可以使用钢渣生产具有广泛用途的碱性固化剂等等。

总之，钢铁冶炼中的渣化属于复杂的系统工程，在研究过程中需要不断探索，拓宽研究的领域和深度。

机械研磨锰渣的物理与机械力化学现象研究

机械研磨锰渣的物理与机械力化学现象研究3郜志海,宋旭艳,韩静云(苏州科技学院土木工程学院,苏州215011)摘要以锰渣为主要研究对象,对其机械研磨过程中的物理与机械力化学现象进行了研究。

通过密度测定、比表面积测定和颗粒群特征分析对活化锰渣的物理性能进行了表征,采用X 射线衍射分析(X 2ray diffraction ,XRD )和扫描电镜分析(Scanning electron microscopy ,SEM )等现代测试方法对锰渣机械力活化过程的结构特征进行了分析,结果表明,锰渣经过高能机械研磨后其密度增大,比表面积增大,粒径趋于向粒径小的方向分布;随着机械研磨时间的延长,大颗粒减少,小颗粒增多,晶体结构发生了变化,SiO 2由晶形向无定形的转变量增加。

制备了锰渣2水泥复合体系,并测定了其力学强度,结果表明,随着锰渣细度的增大,体系强度不断增大。

关键词锰渣　机械力化学　颗粒群特征　力学强度中图分类号:TF642.3.1Study on Physical Properties and Mechanical 2chemistry of MechanicallyG round Manganese SlagGAO Zhihai ,SON G Xuyan ,HAN Jingyun(College of Civil Engineering ,Suzhou University of Science and Technology ,Suzhou 215011)Abstract Manganese slag is mainly studied.It is studied that physical properties and mechanical 2chemistry of manganese slag in mechanical grinding.Physical properties of activated manganese slag are charactized by a series of analysis such as density testing ,surface area testing ,particle size distribution testing.Structure characteristic in the activatory process can be analyzed by modern testing methods such as X 2ray diff raction ,scanning electron microscopy etc.The experiment shows that after high 2energy grinding ,density and surface area of manganese slag increases ,and particle distribution is in the trend of small size distribution.With the increase of grinding time ,the crystal structure can be changed ,and SiO 2f rom the crystal shape to the amorphous can be increased.Finally ,the cement with manga 2nese slag is prepared and mechanical strength of composited 2systemic is tested.The results of the samples show that with fineness of manganese slag increasing ,cement mechanical strength increases in the composite system with manga 2nese slag.K ey w ords manganese slag ,mechanical 2chemistry ,particle size distribution ,mechanical strength　3国家“十一五”科技支撑计划合作项目(Z1201);苏州市建设局科研基金资助项目(Z938)　郜志海:男,1976年生,工程师,主要从事无机非金属材料及工艺研究　E 2mail :gaozhihai @0　引言机械力化学是研究在给固体物质施加机械能量时固体形态、晶体结构等发生变化并诱导物理、化学变化的一门学科。

钢渣活性激发技术研究现状_王琼

文章编号：1007-046X(2014)06-0015-03固废利用钢渣活性激发技术研究现状The State-Of-The-Arts of Activating Technology of Steel Slag Reactivity王琼[上海市建筑科学研究院(集团)有限公司，上海 200032]摘要：从物理、化学和热力激发等方面介绍了目前钢渣活性激发的方法，并阐述了各种方法的激发机理。

今后的研究方向应着重于多种方式相结合的激发方法。

关键词：钢渣；活性；激发中图分类号：X757 文献标志码：A0 前言钢渣是炼钢过程中产生的废渣，排出量约为粗钢产量的 15%～20%[1]。

钢渣的化学组成及矿物组成与硅酸盐水泥熟料较接近，从理论上分析，钢渣在水泥混凝土中的应用潜力很大。

但由于钢渣生成温度较水泥熟料煅烧温度更高，矿物晶体致密，晶格稳定，水化活性相对较低，故阻碍了其在建材领域的规模化应用。

虽然我国目前大力提倡钢渣的综合利用，但钢渣利用率仍然很低，且所利用的钢渣仍主要集中于传统的筑路、工程回填等方面。

当前我国钢渣综合利用率不足 60%，大量钢渣的存放既浪费土地资源，又会给当地生态环境、钢铁企业造成极大负担。

因此，将钢渣的潜在活性激发出来，提高钢渣的有效利用率，有着重要的经济和社会意义。

本文对钢渣活性激发技术及其机理进行了综述。

1 钢渣的本征特性钢渣依炉型分为转炉渣、平炉渣、电炉渣，我国转炉渣排放量占总量的 80% 左右。

受原材料以及炼钢工艺等因素的影响，钢渣的化学成分含量也会随之不同。

钢渣主要化学成分为 CaO、SiO 2、Fe 2O 3、Al 2O 3、MgO，另外还存在少量其他氧化物及硫化物，如 P 2O 5、MnO、CaS、FeS 等，表 1 列出了国内转炉钢渣的主要化学成分[2-4]。

156/2014粉煤灰表 1 转炉钢渣化学成分 %Mason B [5]提出用钢渣化学组成计算得到的碱度值（M）来评价钢渣的活性，定义钢渣碱度 M=w(CaO)/[(SiO 2)+(P 2O 5)]。

机械和化学复合激发钢渣-矿渣复合粉

机械和化学复合激发钢渣-矿渣复合粉郭高峰;王治;赵维林;任开国【摘要】Influences on the activity of steel slag/slag composite powder by mechanical activation or mechanical/chemical Combined activation were studied respectively. The results indicate that when the addition of steel slag is 30 percent,the separate mechanical activation of steel slag/slag composite powder is inadvisable. Through the mechanical/chemical Combined activation,the steel slag/slag composite powder can be above S95 level when specific surface area of steel slag and slag achieves 448m2/kg and 450 m2/kg respectively,with the addition of 5percent“C”chemical activity.%分别研究了机械激发以及机械和化学复合激发对钢渣-矿渣复合粉活性的影响。

结果表明，在钢渣掺比量为30%的条件下，单独靠机械激发来提高钢渣-矿渣复合粉的活性是不可取的；在钢渣比表面积为448 m2/kg、矿渣比表面积为450 m2/kg、通过外掺5%C化学激发剂复合激发钢渣-矿渣复合粉，其活性可优于S95级矿粉。

【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】5页(P1184-1188)【关键词】钢渣;矿渣;机械激发;化学激发;性能【作者】郭高峰;王治;赵维林;任开国【作者单位】河南省建筑科学研究院有限公司，郑州 450053;河南省科学院质量检验与分析测试研究中心，郑州 450002;河南正商置业有限公司，郑州 450000;河南省建筑科学研究院有限公司，郑州 450053【正文语种】中文【中图分类】TU278钢渣是炼钢时生铁中杂质的氧化和造渣材料的熔化产生的渣相，占粗钢产量的15%～20%.2013年，我国粗钢产量约7.8亿t，相应的钢渣产量约为1.1～1.5亿t.据不完全统计，我国钢渣有效利用率不足20%，且大部分为低附加值的填筑路基所用，大量钢渣弃置堆积，不仅占用土地、污染环境，还造成资源的浪费.为此，研究寻求钢渣的高效利用不仅是资源的有效利用，也是建材行业绿色节能的一种有效途径.钢渣矿物组成中C2S和C3S含量少，且在1550℃以上高温形成的C2S及C3S颗粒粗大，结构致密，水化活性较低，这使钢渣在作为掺合料应用于混凝土中会降低混凝土的早期强度，难以单独大规模利用［1］.研究表明，钢渣粉和矿渣粉复掺时存在一定的“协同效应”，有利于提高混凝土的流动性和力学性能，改善混凝土的微观结构［2-5］.为此，采用一定的方法对钢渣-矿渣复合粉进行激发，充分发挥两者的长处，不仅能解决日益紧张的矿渣资源，还可以有效地利用钢渣.1.1 原材料①水泥：同力水泥厂生产的PⅡ42.5级水泥.②钢渣：某钢厂除过铁的热焖钢渣.③矿渣：某钢厂矿渣.④砂：厦门艾斯欧ISO标准砂.钢渣和矿渣的化学组成如表1所示.机械粉磨前的矿渣，粒度分布窄，尺寸均匀且较集中；而钢渣粒度不均匀，经工厂粗处理过的热焖钢渣颗粒分布如表2所示.由表1可得，钢渣碱度=CaO/（SiO2+P2O5）=47.03/15.15=3.10＞2.5，属于高碱度渣.矿渣的质量指标：碱性系数Mo=（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）=0.78＜1，属于酸性渣，质量系数K=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2）= 1.8＞1.6.1.2 试验方法1）机械激发：采用试验球磨机对钢渣和矿渣分别进行粉磨，将不同比表面积的矿渣粉和钢渣粉进行均匀混合，然后测定复合粉的活性指数.2）机械和化学复合激发：在机械激发的基础上，掺加化学激发剂对复合粉进行化学激发，测定复合粉的活性指数.3）复合粉活性指数的测定：参照“GBT 18046—2008用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉”中活性指数的测定方法进行测定.2.1 机械激发2.1.1 机械粉磨试验采用Φ500×500试验用小型球磨机对热焖钢渣和矿渣进行粉磨，其粉磨曲线和能耗曲线如图1、2所示.由图1、2可以看出，在实验室环境下，粉磨至相同比表面积时，钢渣所需粉磨时间和能耗都比矿渣的小，可见试验所用的钢渣其易磨性比矿渣好.这主要是因为试验采用的是热焖钢渣，钢渣在热焖灌中进行热焖处理时，灌中一定压力的水蒸气会与钢渣中游离氧化钙f-CaO、游离氧化镁f-MgO发生消化反应，反应伴随着体积膨胀，进而使钢渣自解粉化，从而有利于钢渣的粒化和粉磨.从图2中可以看到，无论是钢渣还是矿渣，在比表面积450 m2/kg以下，能耗曲线基本呈线性关系，在500 m2/kg以上，能耗曲线的斜率有明显的变大趋势，这表明钢渣粉和矿渣粉在高比表面积状态下进一步粉磨的话，能耗会更大，相应的处理成本也会急剧提高.2.1.2 机械激发活性试验试验设计：①采用450 m2/kg的矿渣粉与不同比表面积的钢渣粉进行复合；②采用448 m2/kg的钢渣粉与不同比表面积的矿渣粉进行复合.为了充分有效地开发利用钢渣，参考借鉴其他研究成果［1，5］，本试验中钢渣粉在钢渣-矿渣复合粉中的掺比用量为30%，复合粉活性指数试验结果如表3、4和图3、4所示.“GBT 18046—2008”规定S95级粉7 d活性指数要求不小于75%，28 d活性指数要求不小于95%.由表3可以看出，不掺钢渣粉时，比表面积为450 m2/kg的矿渣粉7 d活性指数为75.9%，28 d为97.0%，满足S95级要求.在复掺了30%不同比表面积钢渣后，如图3所示，复合粉早期的7 d活性指数同S95等级还有一定的差距，但后期28 d活性指数基本上都接近或达到S95等级；随着钢渣粉比表面积的不断增大，复合粉的活性指数只是在后期28 d上略微增大，早期7 d活性指数变化不是很明显.出现这种现象，主要是因为：①钢渣中硅酸盐矿物含量本来就较少，且试验所用的钢渣为热焖渣，钢渣在热焖处理过程中，热焖灌中类似蒸压的环境使钢渣中的硅酸盐矿物预先部分水化，近而在机械粉磨之前降低了钢渣的活性，另外钢渣中的硅酸盐矿物水化较慢，从而造成复合粉早期强度比单纯矿渣粉的要低；②后期28 d活性指数的回升，且随着钢渣粉比表面积的不断增大，复合粉28 d活性指数略微增大，这是由于钢渣中硅酸盐矿物后期水化的结果，且随着钢渣比表面积的增大，后期水化对强度增长的贡献越大［6］.从图4可以看出，比表面积为448 m2/kg钢渣粉在复掺不同比表面积的矿渣粉时，无论在早期7 d还是后期28 d，复合粉的活性指数都随矿渣比表面积的增加而增大.之所以如此，是由以下因素造成：①首先是矿渣自身的组成和性能，矿渣是一种具有潜在胶凝活性的材料，其组成中具有潜在胶凝活性的玻璃相物质含量通常在95%以上，因此通过提高矿渣粉的比表面积就可以很大程度上提高矿渣水化反应速度，从而快速激发出矿渣的胶凝活性［7］；②试验所用的复合粉中，矿渣掺量占70%，提高矿渣这个主体的胶凝活性会明显提高复合粉整体的活性.结合图3和4可以看出，在矿渣粉满足S95级粉时，单独靠提高钢渣粉的比表面积，复合粉的早期强度是得不到保证的；在钢渣粉比表面积为448 m2/kg，矿渣粉比表面积大于605 m2/kg条件下，复合粉的7 d活性指数接近或达到S95等级，28 d活性指数也满足S95等级要求，但由图2的能耗曲线可以看出，这时矿渣粉的粉磨能耗已经变得很高了，有悖试验初衷，很难应用于实际生产中.2.2 机械和化学复合激发考虑到上述机械激发存在的问题，这里采用机械和化学复合激发的方法对钢渣矿渣复合粉进行处理.鉴于上述2.1的结果，复合激发试验钢渣粉的比表面积为450m2/kg，矿渣粉比表面积为448 m2/kg.考虑到实际生产的可操作性，采用如表5所示的不同化学激发剂，其试验结果如表5所示.从表5可以看出，加了化学激发剂的试验组，其7 d活性指数较空白组GKFJ0都有所提升.化学激发剂之所以能提高整个胶凝材料体系的早期强度，主要是因为化学激发剂提供的碱性环境对复合粉中活性玻璃相的激发以及化学激发剂中可溶性碱加速了胶凝材料中水泥的早期水化，除此SO42-早期参与反应生成的Aft相，这些因素都有利于整个胶凝体系早期强度的发展［8-11］.另外，从表5可以明显看出，凡是体系中引入化学激发剂A和B的试验组，28 d活性指数都出现了很大程度的倒缩，可见Na+离子的引入对胶凝材料体系28 d后期强度是不利的，会造成后期强度的倒缩.这主要是因为：Na+离子加快了水泥中A矿、铝相和铁相的早期水化速度，但同时会降低水泥的后期强度，进而导致28 d活性指数出现倒缩.1）机械激发钢渣-矿渣复合粉时，在钢渣掺比量为30%的情况下，单纯靠提高钢渣的比表面积对复合粉的早期活性影响不大；而单独增加矿渣粉比表面积对复合粉的早期和后期活性都有显著的提高作用，但过高比表面积的矿渣粉其粉磨能耗也随之增大，这在实际生产中是不可取的.2）机械和化学复合激发时，凡体系引入Na+离子的试验组，虽然早期7 d活性指数有所增加，但后期28 d活性指数都出现了很大的倒缩.3）通过机械和化学复合激发，在钢渣比表面积为448 m2/kg，掺比量为30%，矿渣比表面积为450 m2/kg，外加5%C的化学激发剂，复合粉的活性可优于S95级粉.这也为钢渣的资源化利用开辟了一条行之有效的技术途径.【相关文献】［1］严丽君，葛潭潭，张捷宇，等.钢渣掺入料对矿渣水泥性能的影响［J］.上海大学学报，2013（5）：448-452.［2］周美茹，李彦昌.矿渣粉对混凝土耐久性的影响［J］.混凝土，2007（3）：63-64.［3］龙广成，王新友，肖瑞敏.混凝土矿物掺合料的强度效应研究［J］.硅酸盐学报，2002（4）：1000-1003.［4］陈改新，纪国晋，雷爱中，等.多元胶凝粉体复合效应的研究［J］.硅酸盐学报，2004（3）：352-359.［5］韩长菊，张育才，周惠群，等.钢渣粉取代矿渣粉配置水泥混凝土的试验研究［J］.混凝土与水泥制品，2014（8）：83-87.［6］王强，黎梦圆，石梦晓.水泥-钢渣-矿渣复合胶凝材料的水化特性［J］.硅酸盐学报，2014（5）：72-77.［7］王申进，刘加根，张守治.矿渣-钢渣复合水泥的性能研究［J］.水泥，2011（9）：18-20. ［8］朱伶俐，赵宇.钢渣复合激发剂的实验研究［J］.硅酸盐通报，2010，29（5）：178-182. ［9］许远辉，陆文雄，王秀娟，等.钢渣活性激发的研究现状与发展［J］.上海大学学报，2004（1）：93-97.［10］李丙明，李兆锋，魏莹，等.钢渣-矿渣-粉煤灰复合微粉的活性试验研究［J］.硅酸盐通报，2009（3）：189-193.［11］陈友治，蒲心诚，马保国，等.Na2SO4-矿渣水泥的水化与硬化特性研究［J］.硅酸盐学报，2000（S1）：84-87.。

钢渣的活性激发及其应用现状

钢渣的活性激发及其应用现状黄辉【摘要】针对钢渣活性低难以大规模利用的现状,介绍了钢渣的活性来源,活性激发剂,钢渣在建筑领域的应用及对钢渣大宗利用的研究方向.其中,激发剂对钢渣的作用效果直接影响钢渣混凝土的早强,复合激发剂将是研究的重点方向,通过对钢渣活性合理的激发可以使钢渣应用领域增大.【期刊名称】《粉煤灰综合利用》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P51-54)【关键词】钢渣;激发剂;活性;混凝土【作者】黄辉【作者单位】同济大学材料工程所,上海201804【正文语种】中文【中图分类】X757钢渣是炼钢过程中所产生的副产品，是在炼钢过程中用石灰提取杂质而大量生成的固态废弃物，是一种工业废渣，呈灰褐色，有微孔，质密，因其水化活性低、化学成分波动大、安定性差、质地坚硬难破碎、富镁铁等原因，一直没有得到充分利用，整体利用水平不高［1］。

建筑行业需要大量的建筑材料，而钢渣具有的潜在活性使得其在建筑领域中的应用成为可能，那么如何使钢渣作为建筑材料成为当前的重要课题。

钢渣的性质主要是由原材料和熔融冷却工艺所决定的。

其化学成分一般是CaO:45% ～60%，SiO2:10% ～15%，Al2O3:1% ～5%，F2O3:3% ～9%，MgO:3% ～13%，FeO:7% ～20%，P2O5:1% ～4%。

化学成分是影响钢渣活性的主要参数，评估钢渣的活性一般由Mason提出的碱度公式A=CaO/(SiO2+P2O5)来判断。

如果碱性＞1.8，这种钢渣则认为是胶凝材料［3］。

钢渣的主要矿物包括橄榄石、镁蔷薇辉石、C2S、C3S、C4AF、C2F、RO 相(CaO-FeO-MnO-MgO 固熔体)以及游离 CaO［4-5］，其中 C2S、C3S、RO 相是最主要的物质。

C2S、C3S、C4AF和C2F的存在决定了钢渣具有胶凝性。

但是钢渣中的C2S、C3S比波特兰水泥中的活性要小很多，因为钢渣的冷却速度很慢，使得这些矿物成分有足够的时间结晶。

钢渣胶凝性激发的研究进展

总769期第三十五期2021年12月河南科技Henan Science and Technology钢渣胶凝性激发的研究进展徐宁（华北水利水电大学，河南郑州450045）摘要：介绍国内外钢渣胶凝性激发的研究进展。

钢渣作为一种固体废弃物品具有潜在的胶凝性质，可以通过多种手段激发其潜在活性，代替部分水泥。

例如，采用机械外力将钢渣磨成细粉增大水化表面积，或者对其进行热力蒸压，能有效激发钢渣潜在的胶凝性。

此外还可使用外加剂改善钢渣活性，常见的激发剂有碱性激活剂和酸性激活剂。

钢渣混凝土目前已经从单一的激发方式发展到多种激发手段并用，激活后的钢渣具有良好的活性，可满足多种工程需求，钢渣混凝土有着广泛的应用前景。

关键词：钢渣；凝胶活性；物理激发；化学激发；钢渣重构中图分类号：TB331；X757文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）35-0067-04Research Status of Steel Slag ConcreteXU Ning（North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan450045）Abstract:To introduce the research progress of cementitious excitation of steel slag in China and abroad.Steel slag as a kind of solid waste,has potential cementitious properties and can be stimulated by various means to replace part of cement。

If the steel slag is ground into powder by external mechanical force to increase the hydration surface area, or thermal steam can effectively stimulate the potential cementitious properties of steel slag.In addition,the activity of steel slag can also be improved by using additives.The common activators are alkaline activator and acid activator. Steel slag concrete has developed from a single excitation to a variety of excitation means,activated steel slag has a good activity,can meet a variety of engineering needs,steel slag concrete has a wide application prospect Keywords:steel slag；gelling activity；physical engine；chemical excitation；steel slay reconstruction钢渣是炼钢业大量生产和排放的一种固体废料，平均每生产1t钢，就需要排放0.12～0.20t钢渣。

(完整word版)粉煤灰、沉珠的机械力化学效应研究

粉煤灰、沉珠的机械力化学效应研究粉煤灰是燃煤电厂排放出来的工业废渣，是一种具有良好潜在活性的胶凝材料，但必须经过激发才能发挥活性。

目前，粉煤灰的活性激发方式主要有化学激发和机械激发两种.人们通常认为机械活化是一个物理过程. 近年来，机械力化学的研究引起许多学者的重视。

已经证实机械粉碎尤其是超细粉碎不仅仅是一个简单的物理过程,而是一个复杂的物理化学过程。

机械力化学就是研究在对固体物质施加机械能时，固体的形态、晶体结构、物理化学性质等发生变化，并诱发物理化学反应的基本原理、规律以及应用的科学。

本文根据机械力化学原理，采用Pulverisette 4行星式高能球磨机处理电厂干排粉煤灰，研究了粉煤狄、粉煤灰沉珠在高能球磨过程中的机械力化学效应及其对粉体显微结构、晶型转变和热学性质的影响，并通过净浆小试体强度实验检验了机械力化学效应对粉煤灰、粉煤灰沉珠水化活性的影响.这对于提高粉煤灰的应用水平,扩大粉煤灰的应用范围，均具有重要的应用价值。

本文研究的内容之一就是粉煤灰及其沉珠的机械力化学变化，通过一系列分析测试手段进行表征。

采用NSCK-1A型光透视粒度分析仪进行粒度测定发现，在粉磨初期，颗粒迅速细化，粉磨到一定时间因为团聚粒度又变粗;随着粉磨时间的继续延长,其粒度变化不大，达到了细化与团聚的粉磨平衡。

通过测定其密度变化可以看出随着粉磨的进行，由于晶粒尺寸不断减小，颗粒表面逐渐无定型化,从而使得非晶态层逐渐变厚,这样导致其密度下降；但粉磨到一定时间因发生团聚以及机械力的挤压、捏合等作用又使得密度回升。

通过测定比表面积发现，粉磨到一定时间，比表面积先增大后减小,与密度的变化基本相一致。

通过XRD分析发现，其结晶程度下降，说明粉煤灰、粉煤灰沉珠经过机械力研磨后其晶体结构遭到破坏。

通过SEM电镜分析可以发现，粉煤灰及其沉珠经过高能行星磨粉磨之后，其表观形貌、颗粒大小、晶体结构均发生了明显变化。

通过FT-IR分析可以发现Si—O键、Al-O键和Ca-O键其价键振动加剧,架状、层状硅氧四面体吸收峰的消失，这表明发生了化学键的断裂而形成不饱和键。

钢渣吸附Pb 2+的动力学研究

ｃｎｉｏ：Ｗｈｅｅｐｒｉｌｉｍｅｅｔｅｌｇｉｒａ０Ｉｍ，ｔｏａｙｓｅｄｏｓｉｌｔｒｏｄｔｎｓｉｎｔａｔｃｅｄａｔｒｏｆｓｅｌｓａｓｍｏｅｔｎ１ｘｈｈ２ｈｅｒｔｒｐｅｆｏｃｌａｏ
１．６ｇ（３２／ｍｇ・ｉ）ｍｎ。
［关键词］钢渣；吸附；铅离子；动力学［中图分类号］Ｘ０７５［文献标识码］Ａ［文章编号］１００６—１７（０７００１０８８２０）３— ２４— ４
ＡｂｓｒｔｏｉｅｉｓｏｏｅｌＳｌｇｏｐｉｎＫｎｔｃｆＰｂｎＳｔｅａ
ｔｅｃｎｒｌｉｇｐｏｅｓｈｏｔｏｌｒｃｓ；Ｗｈｅｈａｔｃｅｄａｔｒｏｔｅｌｇｉｅｓｔａ０Ｉｍ，ｔｅｒｔｒｐｅｎｎｔｅｐｒｉｌｉｍｅｅｆｓｅｌｓａｓｌｓｎ１ｘｈ２ｈｏａｙｓｅｄ
，
ｓｒａｅｄｆｕｉｎｉｔｅｃｎｏｌｐｏｅｓ；ＡｎｄｈｅｄｏｔｏｅｃｉｎｆＰｂｕｆｃｉｆｓｏｓｈｏｔｌｉｒｎｇｒｃｓｔａｓｒｉｎｒａｔｏｏｐ
ｏｓｅｌｌｇｓｎｔｅｓａｉａ
ｍｅｈｄ．Ｔｈｒｓｌｓｏｔｏｅｅｕｔｓｈｗｔａｔｅｉｎｔｃｃｎｒｌｎｐｏｅｓｓｃａｇｗｉｈｈｅｐｒｍｅｔｌｈｔｈｋｅｉｏｔｏｌｇｒｃｓｅｈｎｅｉｔｔｅｘｅｉｎａ

钢渣矿渣水泥中添加废墙体中压力机渣的研究

钢渣矿渣水泥中添加废墙体中压力机渣的研究引言：随着城市建设和拆除工程的不断进行，废墙体资源日益增多，对环境造成了巨大的压力。

废墙体中的压力机渣是一种可能有价值的废弃物，其添加到钢渣矿渣水泥中可能有助于提高水泥性能和降低环境污染。

本文旨在探讨钢渣矿渣水泥中添加废墙体中压力机渣的可行性和效果。

一、废墙体中的压力机渣介绍废墙体中的压力机渣主要产生于建筑拆除或改造过程中，是由混凝土、砖块等构造材料经压力机加工而产生的废弃材料。

压力机渣具有一定的力学强度和稳定性，由于其主要成分与水泥相似，被认为是潜在的水泥掺合材料。

然而，在实际应用中，废墙体中的压力机渣还没有得到充分的利用。

二、钢渣矿渣水泥的特点及应用钢渣矿渣水泥是一种由钢渣和矿渣组成的复合水泥，具有良好的水泥性能和环境可持续性。

钢渣矿渣水泥在混凝土、砌体等建筑材料中的应用已经得到广泛推广和运用。

通过添加废墙体中的压力机渣，可能进一步提升钢渣矿渣水泥的性能，并实现废墙体的资源化利用。

三、钢渣矿渣水泥中添加废墙体中压力机渣的影响1. 物理性能影响添加废墙体中的压力机渣会改变钢渣矿渣水泥的物理性能。

研究发现，适量添加压力机渣可以增加水泥的细度和比表面积，提高水泥的流动性和凝结速度。

此外，压力机渣还可以填充水泥中的孔隙，并增加水泥的致密性，从而提高其力学强度和耐久性。

2. 化学性能影响压力机渣中的化学成分与水泥相似，其中含有大量的硅酸盐和铝酸盐。

添加压力机渣可以增加钢渣矿渣水泥中的硅酸盐和铝酸盐含量，进而促进水泥的水化反应，形成更多的凝胶物质，提高水泥的强度和稳定性。

3. 环境影响添加废墙体中的压力机渣有助于减少废墙体的排放量，降低环境污染。

通过将压力机渣回收利用，可以有效地减少对土地资源和水资源的消耗，实现节约资源和可持续发展。

四、钢渣矿渣水泥中添加废墙体中压力机渣的实验研究为了验证添加废墙体中的压力机渣对钢渣矿渣水泥性能的影响，进行了一系列实验研究。

实验结果表明，适量添加压力机渣可以显著改善钢渣矿渣水泥的性能。

机械力化学效应及在矿物粉体深加工中的应用

机械力化学效应及在矿物粉体深加工中的应用李振兴;方莹【摘要】阐述了机械力化学效应及机械力化学法在矿物粉体颗粒的晶型转变、表面改性以及合成中的研究和应用.【期刊名称】《中国非金属矿工业导刊》【年(卷),期】2005(000)005【总页数】3页(P39-41)【关键词】机械力化学效应;晶型转变;表面改性;机械扩散【作者】李振兴;方莹【作者单位】南京工业大学材料科学与工程学院,南京,210009;南京工业大学材料科学与工程学院,南京,210009【正文语种】中文【中图分类】工业技术品2005年第5期中国非金属矿工业导刊总第50期［加工技术及设备］（机械力化学效应及在矿物粉体深加工中的应用）李振兴，方莹［摘要］阐述了机械力化学效应及机械力化学法在矿物粉体颗粒的晶型转变、表面改性以及合成中的研究和应用。

［关键词］机械力化学效应 g 晶型转变，表面改性，机械扩散Abstract: This article 町 to introduce the mechano-chemical effect , the reactive mechanism and application in the field of polymorphic transformation and present surface modification and synthesization about mineral particle bymethod of mechanochemisty.Key words: mechano-chemical effect; poly morphic transformation; surface modification; mechanic diffusion ［中图分类号］ TQ029.l ［文献标识码J A ［文章编号］ 10079386(2005)05-0039一03固体颗粒在机械力作用下，产生各种物理及化学现象，其内部结构、物理化学性质以及化学反应活性也相应地产生一系列变化。