矿渣胶凝材料生产建材应用研究

磨 度 ／ｍｍ
．
１．２～２．０
（Ｂｑ／ｋ
状物质胶结，产生强度。其用量多少通常能决定产品的最终 ２．２．２ 结果分 析
性能。研究表明：当胶凝材料掺量为 １０％时，墙体砖的抗压强
仿石材是一种固体废渣高附加值利用的技术途径，但对
度一般在８ １１ ＭＰａ；掺量为 １５％时，墙体砖的抗压强度可稳 性能要求较高，首先是外观质量，要有天然石材的纹理结构，
定在 １５ ＭＰａ以上。
其次要求有较高的强度，如抗压强度应大于 ３０ ＭＰａ，耐风化、
（２）配合料的影响
耐磨、几乎不吸水。
在砖的配料中，不同物质发挥着不同的作用。添加粉煤
（１）骨胶比的影响
灰的主要目的是改善塑性和成型性，如果用量太少，难以达到
以胶凝材料为基础，水渣颗粒为骨料，考察了骨胶比对材
１．３．３ 代 替水 泥 生产透 水砖 （１）配 比 面层和底层：胶凝材料为 ３０％～３５％；骨料（水渣）为 ６０％
霪４加４舯ｚｓ ｚ 邡ｓ ｏ－ｏｓ ｏ．ｚ … 舯 一 ７０％，因水渣中存在大量 ０．５ ｉｎｍ以下的粉末，容易堵塞孔， 需要通过筛分除去；同时水渣也存在一些粘结力弱但又胶结 粉煤灰 Ｏ．５４ ４４．５３ ２５．５３ ２．３２ Ｏ．５２ ０．０８ ０．３２ １．０６ ０．１６ 在一起的连珠体，也要通过筛分除去；在面层的骨料中适当添
杆 建魄
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矿 渣胶 凝 材料 生产建 材应用 研 究
仪桂 兰 ，史永林
（山西太钢不锈钢 股份 有限公司 技术中心，山西 太 原 ０３０００３）
摘 要 ：以矿渣胶凝材料作为粘结剂 ，利用水渣 、钢渣制备建筑砖、仿石材 、透水砖 。通 过配 比设计 、性 能测试 ，探讨 了胶凝材料、配
养护过程中，碳钢渣容易发生体积膨胀而导致制品开裂。
度，适合选择单一粒级的颗粒材料；为了保证强度，胶凝材料
此外，基体和骨料应有良好的相容性。从致密的结构方面 的用量应适当高些，以弥补单一经过破碎处理的不锈钢渣作为骨 度损失。
料，且颗粒尺寸适合在 ３ ｍｍ左右。 （３）用水量
济效益。为此，本项 目在矿渣胶凝材料 （胶凝材料组成：矿渣
（１）配比：胶凝材料粉体 １０％ １５％，粉煤灰 ２０％ ２５％，水
５３％、碳钢渣 ２５％、脱硫石膏 ５％、粉煤灰 ４％、矿物激发剂 渣颗粒 ６０％一７０％，水胶比Ｏ．８ １．０。
ｌ３％）研究取得进展的基础上开展了墙体砖、仿石材及透水砖
项 目
指标 项 目
指 标
保 水 性 ／（ ｃｍ２） ０．７２ 耐 磨 性
磨 坑 长 度 ＜３０ ｍｍ
ｍ／ 抗冻性 麓 １５ （数ａ／ｓ） １．３ｘｌＯ－２
（ ℃ ）
抗 压强度／ＭＰａ ３３ ．放射 性ｇ） 内照射 。．４５，外照射 。．３７
（Ｂｑ／ｋ
抗折 强度／ＭＰａ ４．６ 表面
利用工业废渣为主要原料生产新型墙体材料，可以变废 拌机、水泥砂浆振动台、蒸汽发生器、湿热养护箱、塑料模具、
为宝，实现循环经济。这些新型墙体材料的胶凝材料一般都使 电液式抗折抗压试验机等。
用水泥、石灰，其成本约占原料成本的 ６０％以上，因此 ，降低 １．３ 试 验 方案
胶凝材料的成本就能显著降低新型墙体材料的成本，提高经 １．３．１ 代替水泥生产墙体砖
深 灰 色 或 灰 色
制备的仿石材（２４０ｍｍｘｌ２０ｍｍｘ４５ ｍｍ）性能指标见表 ３。
表 ３ 仿 石材 的性 能指 标
项 目
指 标 项 目
指 标
密度 ／（ｇ／ｃＩｌｌ ） １．８ 强度 ／ＭＰａ 抗 压 ７２，抗 折 ７．３
２．１．２ 结果 分析 （１）胶凝材料的影响 矿渣基胶凝材料的标号相当于 ３２．５级硅酸盐水泥，其在
快，凝胶产物快速生成，使得砖的强度提高较快；但在加热养 部载荷的作用下，很容易沿裂纹方向扩展破坏。骨料少，体积
护过程中，水化产物很容易发生凝聚而抑制水化。这就是即 不稳定，在使用过程中很容易碎裂；当骨料过多时，颗粒表面
·３６· 新型建筑材料
２０１１．６
仪桂 兰，等：矿渣胶凝材料生产建材应用研 究
混合料中的作用是通过水化产生凝胶状产物实现对其它颗粒
干缩 率 ／（ｍｍ／ｍ） ０．４ 抗 冻 性 ，％ 强 度 损 失 ３．５，质 量 损 ， 大 ２．７
吸水率／％ ９．５ 尺寸／ｍｍ 偏差：长±２，宽±ｌ，高±２
色 差 、杂 色 、气 孔 不 明显 放射 性
耐
ｇ） 内照 射 。．４８，外 照射 。．３９
摊铺到模具中，厚度约 ８ ｌｌｌｍ；然后加入底层料，摊铺平整，在 使蒸养 ４８ ｈ的强度也比自然标准养护２８ ｄ强度低的原因。
６ ＭＰａ下压制成型，脱模，竖直放置，自然硬化后蒸养制成。
（４）水分的影响
２ 试验结果与分析讨论
水是砖坯成型和胶凝材料水化的介质，过多或过少都会 影响制品最终的性能。水分太少，混合料粘聚性不足，成型性
２
现掉皮现象，坯体在堆码过程中容易变形，同时若采用蒸养，
表 ２ 墙体砖 的性 能指标
在加热时坯体中的水分挥发容易产生细裂纹。水分的多少一
项 目
指 标 项 目
指 标
般需要根据物料的特性和成型要求决定。
密度，（ Ｉｎ ） １．６ 抗冻性／％ 强度损失 １２，质量损失 ３．６ ２．２ 仿石材 的试 验结 果 与分析
图 １ 骨 胶 比对 仿 石材 抗 压 强 度 的 影 响
化，即使在后期也难以恢复其性能。养护温度也与砖强度的
从图 ｌ可看出，当骨胶比在 １．０ １．８时，抗压强度相对较
建立密切相关，在 ９０℃饱和蒸汽环境中养护 ２４ ｈ可以获得 高。当骨料过少时，起承载作用的主要是胶凝材料水化产物形
２８ ｄ强度的６０％。这是因为温度高，胶凝材料的水化速度加 成的基体，由于其较大的体积收缩，很容易产生微裂纹，在外
注：不锈钢渣还含有 Ｎｉ ０．２４％、Ｃｒ ３．３０％。
加坚硬的颗粒如碎石；水为胶凝材料的２０％ ２５％，不宜过多，
１．２ 试验 仪 器
否则有可能因浆体流动堵塞孔隙；适量掺加减水剂、活性激发
试验仪器主要有：电子秤、量筒、天平、行星式水泥胶砂搅 剂和颜料。
收稿 日期 ：２０１１－【】１—２５ 作者简介 ：仪桂兰 ，女，１９７１年生 ，山西太原人 ，工程师 。地址：山西太 钢技术 中心资源综合利用研究室 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｇｌ＠ｔｉｓｃｏ．ｃｏｒｎ．ｃａ。
２Ｏ
矿渣基胶凝材料生产的砖适合在水环境中养护，而不适
合蒸压和干燥。在水 中，矿渣胶凝材料各组成通过各 自的水 化相互影响，最终形成硬化的混凝土结构；若在养护过程中水
Ｏ ０ ５
．
１．０
１．５ １．８ ２．０ ２．５
骨 胶比
分不足，将会使水化终止；若早期水化不好，将有可能发生碳
仿 天 然 石 材 花纹
２．３．２ 结果 分 析 （１）透水性与强度的关系 砖透水的关键在于颗粒之间一定要有孔隙，同时又要保
证好的强度和耐磨性。即强度和透水性之间存在矛盾，因强度
高就要求结构致密，致密性好就不能透水；而透水性好就要求
图 ２ 骨料种 类对仿 石材抗压 强度 的影响
存在孔隙，孔隙的存在一定会显著降低强度。因此，制备透水
灰等，其化学组成见表 １。
（２）生产工艺：称量一搅拌混匀一浇注成型一静停硬化一
表 １ 原料 的 化 学组 成
％ 脱模一养护。
项 目 ＴＦｅ ＦｅＯ ＳｉＯ２ Ａ１２０３ ＣａＯ ＭｇＯ Ｐ Ｓ Ｋ２０ Ｎａ２Ｏ 水 渣 １．６０ ２．１０ ２９．３０ １２．８Ｏ ３６．６０ ９－２０ ０．０５ ０．８０ Ｏ．３６ ０．３０ 钢 渣 ｌ５．２０ １３．９０ １５．２０ ７．４０ ４３．６０ ７．７０ ０．３３ ０．１２ ０．０２ ０．０４
效果，若太多又因细颗粒成分太多，胶结效果变差，影响强度； 料性能的影响（见图 １）。
水渣是作为骨架材料加入的，因水渣颗粒表面光滑致密，胶凝
８０
材料的水化产物难以对其腐蚀渗透，因此，水渣颗粒主要是作
为填料使用，掺量太多时，塑性差，难以成型，掺量太少又难以
星６０
起到骨架作用。 ４０
（３）养护条件的影响
（２）生产工艺：称量一搅拌混匀一面层摊铺＋底层摊铺一 压制成型一养护。
称量各物质的量，首先在搅拌机中加入水溶液，在搅拌状 态下加入胶凝材料，然后加入骨料，充分搅匀，把面层料均匀
ＮＥＷ ＢＵＩ ＬＤＩＮＧ Ｍ ＡＴＥＲｌＡＬＳ
·３５ ·
仪 桂 兰，等 ：矿 渣胶 凝材料 生 产建 材应 用研 究
粉体多时用水量大；骨料粗时用水量少，骨料若疏松多孔也会 导致用水量增大。在胶凝材料和骨料一定的情况下，可通过多
（３）面层和底层之间的结合 面层主要是使制品的颜色丰富，并根据设计做成各种花
没有足够的胶凝材料水化产物包裹，颗粒之间的连结不牢固，
表 ４ 透 水砖 的性 能指 标
也会降低强度。 （２）骨料种类的影响 复合材料的性能与增强材料密切相关。对于抗压强度而
言，骨料自身的强度对材料的性能有直接影响（见图 ２）。
１ＯＯ
日 ８０
星
。。
４０
２０
０ 山砂 不锈钢渣 水渣 碳钢渣 碎石
２．１ 墙体砖 的试 验结 果 与分析
差，生坯很容易渍散，成品率低，同时因水分少，生坯密实度也
２．１．１ 试验结果
差，颗粒间距大，最终形成的结构疏松，难以获得质量好的制
制备的墙体砖 （２４０ ｍｍｘｌ１５ ｍｉｎｘ５３ ｒａｍ）性能指标见表 品。相反，若水分过多，将严重影响成型，粘模严重，很容易出
文 章 编 号 ：１００１—７０２Ｘ（２０１ １）０６—００３５—０３
Ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｌａｇ ｂｉｎｄｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ＹＩ Ｇｕｉｌａｎ，ＳＨ Ｉ Ｙｏｎｇｌｉｎ
（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｓｈａｎｘｉ Ｔａｉｇａｎｇ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００３，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
（２）用水 量 透水砖中胶凝材料的量较多，若用水量过多，将产生过多
用水量大，流动性好，但会急剧降低产品的强度，用水量 的浆体把颗粒之间的间隙填充起来使制品不透水，但若用水
的多少通常控制在能保证操作性的前提下尽可能少。一般情 量少，成型性又差。因此，生产透水砖比较关键的环节是用水
况下，用水量的多少与混合料中的粉体量和骨料的形态相关， 量的控制。
吸水 率／％
１６ 软化 系 数
０．８２
２．２．１ 试验 结果
单块 质 量／ｋｇ ２．６（干 基 ） 碳 化 系 数
Ｏ．８１
抗 压 强 度／ＭＰａ 抗 折 强度 ／ＭＰａ
１２ ２．５
放射性 ｇ） 内照 射 。－４５，外 照 射 。．３７
． （Ｂｑ／ｋ
干 缩 率 ／（ｍｍ／ｍ） ０．６５ 外观 质 量
图 ２显示，作为填充材料，山砂、不锈钢渣粗颗粒、水渣和 砖的难度就在于解决强度和透水之间的矛盾问题。
碎石均可使用。在骨胶比均为 １．５的情况下，所制备的仿石材
从颗粒堆积的角度分析，只有单一粒级的颗粒堆积效果
有较好的性能，而碳钢渣则不适合直接作为骨料使用，因为在 最差，即颗粒之间不可避免地存在孔隙，因此从透水材料角
（２）生产工艺：称量一搅拌混匀一压制成型一凉坯一养
的试验工作。
护。
１ 原材料与试验方案
１．３．２ 代替水泥生产仿石材 （１）配 比：胶凝材料 ３５％ ４０％，骨料 （水渣 、不锈钢渣）
１．１ 原 材料
５５％～６０％，辅助材料（粉煤灰）５％ １０％，水占胶凝材料的４５％
试验所用原材料主要有：太钢水渣、钢渣、不锈钢渣、粉煤 ５０％。适量掺加减水剂、聚合物乳液、促进剂等。
料 、养护 条件 、用水量 、骨胶 比等对制备 建材 的影响。试验表 明，以矿渣胶凝材料为基础 ，通过与冶金渣的配用可 以生产 出高质 量的
建筑材 料如建筑砖 、仿石材和透水砖 ，可进 一步提 高冶金渣 的利用率 。
关键词 ：矿渣胶凝材料；配比设计；建材
中图分 类号 ：ＴＵ５２２．０９
文 献 标 识 码 ：Ｂ