馬萬斌

（內(nèi)蒙古交通投資（集團）有限責任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

1 引言

作為冶金工業(yè)中產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物，鋼渣大約占到粗鋼產(chǎn)量的12%左右，我國鋼渣綜合利用率僅為30%左右，鋼渣尾渣累計堆存量超過18億t，占地20多萬畝，鋼渣的資源化利用成為當前亟待解決的技術(shù)問題［1］。國內(nèi)外諸多學者針對鋼渣的綜合利用進行了多方面研究和開發(fā)。目前對鋼渣的利用途徑主要有：用于廢水治理［2］；作為堿性廢渣可以應用于酸性土壤土質(zhì)改善，其中的氧化鈣、氧化鎂起到主要作用［3］；碳化鋼渣制建筑材料［4］；代替碎石和細骨料應用于道路工程［5-8］；利用粉煤灰和鋼渣，可制備以鈣、鐵灰石為主晶相的微晶玻璃［9］；替代石屑制作混凝土路面磚、混凝土空心砌塊［10,11］。除了上述應用，國內(nèi)諸多學者將鋼渣研磨成粉應用于水泥混凝土工程中［12-14］，證實了鋼渣粉替代水泥實現(xiàn)鋼渣高值化利用的可能性?；诖耍疚难芯坎煌撛蹞搅繉︿撛?水泥復合材料路用性能的影響規(guī)律，以期為鋼渣粉在水泥膠凝體系的深入應用提供一定借鑒。

2 原材料

選用鋼渣微粉為包鋼鋼渣經(jīng)球磨25min 后過0.075mm 篩后所得，鋼渣為經(jīng)過除鐵工藝處理且粒徑在4.75 mm 以下的熱悶渣，陳化時間超過2a。采用Axios advanced X 射線熒光光譜儀對鋼渣微粉試樣進行化學成份分析，具體結(jié)果見表1。采用TriStarⅡ3020 多通道比表面積及孔徑分析儀和Mastersizer 2000 激光粒度儀對其比表面積和粒度進行分析，測試結(jié)果見表2。

表1 鋼渣微粉化學成分

表2 鋼渣微粉比表面積和粒徑

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 水化熱分析

不同摻量的鋼渣微粉對水泥水化熱的影響如圖1所示，加水5h～20h的礦物水化放熱峰里面，純水泥的放熱峰最高，開始最早，結(jié)束最晚。隨著鋼渣粉摻量的增加，礦物水化放熱峰峰高降低，開始時間滯后，結(jié)束時間提前?？梢钥闯鲣撛⒎鄣乃潭容^低，活性成分較水泥少。

圖1 鋼渣微粉對水泥水化熱的影響

3.2 標準稠度需水量

將鋼渣粉以不同摻量取代水泥時，由于鋼渣粉與水泥存在細度不一致性，使得其各自的工作性能存在較大差異。文章按照《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》（GB/T 1346）開展相關(guān)性能試驗。不同鋼渣微粉摻量下，水泥標準稠度需水量變化規(guī)律如圖2所示。

分析圖2 可以看出，隨著鋼渣微粉摻配比例的提高，鋼渣微粉-水泥復合膠結(jié)材料的標準稠度用水量不斷減??；其中，當鋼渣微粉摻配比例達到50%時，鋼渣微粉-水泥復合膠結(jié)材料的標準稠度僅為0.264。分析主要原因在于，鋼渣微粉中含有較多微顆粒，隨著鋼渣微粉摻配比例的不斷增大，微顆粒占比不斷增多，而微顆粒在遇水反應時，顆粒發(fā)生團聚，導致未水化的微顆粒被包裹在團聚大顆粒內(nèi)部，進而迫使鋼渣微粉水化進程受阻，從而標準稠度用水量逐漸降低［15］。

圖2 鋼渣微粉對復合膠凝材料標準稠度用水量的影響曲線

3.3 凝結(jié)時間

文章按照按《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》（GB/T 1346）開展凝結(jié)時間測試，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 鋼渣微粉對復合膠凝材料凝結(jié)時間的影響曲線

圖3 為鋼渣微粉對復合膠凝材料初凝、終凝時間的影響曲線。分析圖3可以看出，隨著鋼渣微粉摻配比例的提高，復合膠凝材料的初凝、終凝時間均呈現(xiàn)不斷增大的趨勢。分析主要原因在于：鋼渣微粉比表面積較大，含有較多微顆粒，遇水反應時，顆粒之間發(fā)生團聚效應，導致未水化的微顆粒被包裹在團聚大顆粒內(nèi)部，進而迫使鋼渣微粉水化能力減弱，水化產(chǎn)物形成受阻，凝結(jié)時間延長［15］；隨著鋼渣微粉摻配比例的不斷增大，微顆粒含量不斷增多，復合膠凝材料凝結(jié)時間逐漸延長，但是鋼渣微粉摻入水泥之后凝結(jié)時間仍然符合規(guī)范標準。

3.4 安定性

鋼渣微粉應用于水泥膠凝體系過程中面臨的關(guān)鍵問題在于安定性方面，而影響鋼渣微粉安定性的關(guān)鍵因素在于鋼渣中含有一定量的游離氧化鈣和氧化鎂，二者在發(fā)生水化反應后產(chǎn)生體積膨脹，從而影響鋼渣微粉的體積安定性［16］。文章按照GB/T1346體積安定性的試餅法檢驗不同鋼渣微粉摻量的鋼渣-水泥復合膠凝材料的安定性［17］。鋼渣微粉摻量對水泥安定性的影響見表3。

表3 鋼渣微粉摻量對水泥安定性的影響

分析表3 可以看出，當摻量低于50%時，安定性檢測結(jié)果為合格，超過50%后，安定性檢測結(jié)果為不合格。因此，鋼渣微粉摻量要嚴格控制，不得高于40%。

3.5 砂漿性能

為了研究鋼渣微粉摻配比例對水泥膠砂流動度與強度的影響規(guī)律，文章按照膠砂比為1∶3，水膠比為0.5拌制膠砂樣品，并對膠砂的流動度與3d、7d、28d的抗壓強度、抗折強度進行測試，測試結(jié)果分別如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 鋼渣微粉對水泥膠砂流動度的影響曲線

圖5 鋼渣微粉對水泥膠砂抗壓強度的影響

圖6 鋼渣微粉對水泥膠砂抗折壓強度的影響

分析圖4 可以看出，隨著鋼渣微粉摻配比例的增加，水泥膠砂的流動度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，當鋼渣微粉摻配比例為30%時出現(xiàn)峰值，之后出現(xiàn)顯著下降；當摻配比例為50%時，膠砂流動度僅為180mm，表明鋼渣微粉摻配比例不宜過高，對于流動度指標而言，30%為最佳摻量。

分析圖5、圖6可以發(fā)現(xiàn)，隨著鋼渣微粉摻配比例的增加，水泥膠砂的3d 與7d 的抗壓強度與抗折強度逐漸降低，降低趨勢逐漸趨緩，而28d 的抗壓強度與抗折強度均呈現(xiàn)先升高后降低的變化規(guī)律，且在鋼渣微粉摻配比例為20%時出現(xiàn)峰值，兩項強度指標甚至超過純水泥膠砂，表明鋼渣微粉的水化進程在水化初期進展較慢，對膠砂早期強度貢獻不足，隨著齡期的增長，水化進程不斷提速，水化產(chǎn)物不斷增多，對膠砂后期強度貢獻較大。

4 結(jié)語

鋼渣微粉的主要成分為SiO2、CaO 和Fe2O3，也有含一定含量的MgO；水化熱結(jié)果顯示鋼渣微粉的水化程度較低，活性成分較水泥少；鋼渣微粉的摻入降低了標準稠度用水量，延長了水泥凝結(jié)時間；在鋼渣粉摻量小于40%時，依據(jù)試餅法進行檢測的鋼渣粉-水泥復合材料的安定性結(jié)果合格；鋼渣微粉摻量為30%時，水泥膠砂流動度出現(xiàn)峰值，鋼渣微粉水化進程隨著齡期增長而不斷提速，對水泥膠砂的強度貢獻主要集中在后期。