肖素萍 郭松林 鄧愛平

(1.萍鄉(xiāng)高等?？茖W?；は担髌监l(xiāng)333055；2.萍鄉(xiāng)功能材料研究中心，江西萍鄉(xiāng)333055)

0 引言

自1996年起，我國年鋼產(chǎn)量已突破1億噸，居世界之首，成為世界第一產(chǎn)鋼大國，2007年我國的粗鋼產(chǎn)量多達4.6億噸，而鋼渣作為鋼鐵冶煉過程中的衍生物,其產(chǎn)量也隨著鋼鐵產(chǎn)量的增長而逐年攀升，這些鋼渣亟需綜合處理，減小企業(yè)的負擔和對環(huán)境的危害。磨細鋼渣粉含有一定量的與硅酸鹽水泥熟料相似的C2S，C3S等成分，這些成分經(jīng)化學激發(fā)和機械激發(fā)后均具有較強的水硬膠凝性，因此可將微細鋼渣粉作為水泥及混凝土的摻合料，這對于減少占地和環(huán)境污染、節(jié)能、降耗等都具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。我國水泥年產(chǎn)量已經(jīng)達到近6億噸，預計到2010年將達到8億噸。與生產(chǎn)硅酸鹽水泥相比，每生產(chǎn)1t鋼渣摻合料產(chǎn)品可節(jié)煤25kg，節(jié)電30KW·h，節(jié)約CaCO30.84噸，少排放CO20.72噸[1]，因此研究鋼渣對水泥的水化影響就顯得十分必要，本文從鋼渣細度，標準稠度用水量，凝結時間、水化物相以及強度幾個方面進行了研究。

1 原材料及實驗方法

1.1 實驗材料

水泥：蚌埠海螺水泥有限責任公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽425水泥。

鋼渣：萍鄉(xiāng)鋼鐵有限責任公司的鋼渣加工廠，水淬法生產(chǎn)的鋼渣，經(jīng)磁選后，用孔徑為0.045mm的方孔篩篩余2.52%取自然形態(tài)的鋼渣（NO.1）兩份各10Kg，用球磨機球磨30min和60min得磨細鋼渣(NO.2NO.3)，則各渣的細度為方孔篩篩余：NO.1為2.52%，NO.2為0.34%，NO.3為0.27%。水泥凈漿試驗選用固定水灰比0.3，成型6cm×6cm×6cm立方體試件,在20士2℃，相對濕度大于95%環(huán)境下養(yǎng)護至規(guī)定齡期后進行測試。

水泥與鋼渣的化學成分見表1。

表1 水泥與鋼渣的化學成分（%）Tab.1 Chemical composition of cement and steel slag

1.2 試驗方法

(1)水泥強度測定按GB/T17671一1999水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)進行。

(2)標準稠度用水量、凝結時間、安定性等按GB/T1346-2001水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法進行。

表2 水泥的物理力學性能Tab.2 Physical and mechanical properties of cement

表3 標準稠度需水量及凝結時間試驗結果Tab.3 Water consumption for standard consistency and setting time

圖1 摻鋼渣(摻量40%)的混合水泥水化各齡期的X R D圖譜Fig.1 XRD patterns for hydrated cements doped with steel slag(40%)at different ages

(3)原材料密度的測定按GB208一94《水泥密度測定方法》進行。

2 實驗結果與討論

2.1 對漿體標準稠度用水量的影響

水泥的凝結時間和安定性都和用水量有關，因此測試可消除試驗條件的差異，有利于比較，同時為凝結時間做好準備。表3是標準稠度用水量試驗結果。由數(shù)據(jù)可看出；與自然形態(tài)的鋼渣相比，磨細鋼渣NO.2的標準稠度用水量要稍稍小于自然形態(tài)的NO.1，隨著粉磨時間延長，NO.3標準稠度用水量卻增大并超過了原狀渣的NO.1。這可能是由于：合適的粉磨,破壞了只有點、線、面接觸的鋼渣假顆粒，使得顆粒的級配、形狀得到了改變，減少了顆粒之間的阻力，增大了顆粒的流動性，減少了標準稠度用水量。但是伴隨著粉磨時間的進一步延長，細顆粒大大增加，比表面積也急劇增大，產(chǎn)生了比自然形態(tài)多很多的界面，這些新產(chǎn)生的的界面，需要更多的水來潤濕其表面，從而使NO.3的標準稠度用水量高于NO.1。

2.2 細度對漿體凝結時間的影響

從表3可以看出，相比原狀鋼渣，磨細鋼渣使?jié){體凝結時間略有縮短,但隨著粉磨時間的延長，鋼渣磨細到一定細度后，凝結時間出現(xiàn)延長并略微超過了原狀鋼渣。鋼渣經(jīng)磨細后“活性點”增多水化速率相對要快一些，水泥漿體形成空間網(wǎng)狀結構的速率增大，凝結時間略有縮短，但過度粉磨對水泥水化不利，反而使它的水化速率變慢,延長了凝結時間[2]。

表4 各種混凝土的配合比（k g·m-3）Tab.4 Formulas of different concretes

2.3 摻鋼渣礦粉水泥的水化產(chǎn)物研究

分析水泥的水化產(chǎn)物的物相，XRD是非常理想的手段，如圖1，摻鋼渣水泥3d齡期的水化產(chǎn)物主要為Ca(OH)2，C2SH(C)，少量Mg(OH)2及AFt鈣礬石，還存在大量未水化C3S及β-C2S。28d齡期的水化產(chǎn)物主要為Ca(OH)2，C2MS2，C2SH(C)，以及少量Mg(OH)2。AFt含量有所增加，未水化C3S及β-C2S己經(jīng)基本消失。90d齡期的水化產(chǎn)物主要為C2SH(C)，AFt，Ca(OH)2，Mg(OH)2含量有所減少，中間水化產(chǎn)物C2MS2己經(jīng)被進一步的水化反應消耗。水化產(chǎn)物C2SH(C)可能是粒硅鈣石和無水斜方硅鈣石(C3S2)的混合物，或者是與之有關的一個相[3]，但C2SH(C)的性質還不太確定，且摻鋼渣水泥水化90d仍存在AFt，并沒有向AFm轉變。

2.4 鋼渣摻量對混凝土強度的影響

各種鋼渣微粉摻量混凝土配合比見表4，混凝土強度隨鋼渣微粉摻量變化見圖2，試驗時，通過調整高效減水劑用量來控制新拌混凝土坍落度在200±20mm。試驗結果表明，不同配合比的新拌混凝土均具有良好的保水性和粘聚性。在混凝土中摻加鋼渣微粉會降低混凝土的早期強度，但對于鋼渣微粉取代20%的水泥的混凝土其28 d強度仍然高于不摻鋼渣微粉的基準混凝土強度。當鋼渣微粉摻入量為10%時混凝土強度最高達54.5 MPa。由此可見混凝土強度與鋼渣微粉的摻量不是簡單的線性關系，存在一個最佳摻量。

圖2 鋼渣摻量對混凝土強度的影響Fig.2 Concrete strength as a function of steel slag amount

由此可以看出，適量的加入磨細鋼渣微粉會降低混凝土的早期強度，但是能夠提高混凝土后期強度，從而可以節(jié)約部分水泥，節(jié)約能源，減少工程成本和環(huán)境污染。

3 結論

（1）適度磨細后的鋼渣會減小水泥的標準稠度用水量和凝結時間，但過度粉磨后反而會使標準稠度用水量和凝結時間增加。

（2）鋼渣摻量存在一個最佳摻量，它的加入會降低混凝土的早期強度，但對后期強度增長有貢獻，摻入10%的磨細鋼渣，混凝土的28d的抗壓強度可達54.5MPa。

（3）摻入鋼渣的水泥水化產(chǎn)物有主要有C2SH(C)，AFt和Ca(OH)2，C2SH(C)可能是粒硅鈣石和無水斜方硅鈣石(C3S2)的混合物，或者是與之有關的一個相。且90d齡期內(nèi)未見AFt向AFm轉變。

1張繼成,陳良松.利用"舞鋼"鋼渣生產(chǎn)水泥和混凝土摻合料.廢鋼鐵,2002,(2):32～35

2黃瑩,謝友均,劉寶舉.粉煤灰摻量和細度對水泥凝結時間的影響,水泥,2003,No.12,Vol.6

3(英)F.M.李.水泥和混凝土化學(第三版).北京:中國建筑工業(yè)出版,19:239