龍鋼高爐水渣混凝土磚的研究

王 軍 張朝暉 巨建濤

摘要:以龍鋼高爐水渣為主要原料,配以石灰和石膏為堿性激發(fā)劑,水泥作為交結(jié)劑,通過配料、輪碾、壓力成型,自然養(yǎng)護(hù)制成的MU10等級(jí)的免蒸高爐水渣混凝土磚,有較高的強(qiáng)度和耐久性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:高爐水渣和堿性激發(fā)劑相結(jié)合作為膠凝材料可以部分或全部替代水泥,同時(shí)高爐水渣利用率達(dá)到85%以上,大大降低了生產(chǎn)成本,具有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞:高爐水渣;體積安定性 :堿性激發(fā)劑:抗壓強(qiáng)度

中圖分類號(hào):X756 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)20-0133-02

陜西龍門鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司年產(chǎn)鋼400萬噸,年產(chǎn)高爐水渣40萬噸左右,目前有歷年堆積廢鋼渣200萬噸。龍鋼從1985年開始冶金渣的綜合利用工作,龍鋼環(huán)保公司投資建成了利用高爐水渣生產(chǎn)免燒磚2000萬塊的生產(chǎn)線,取得了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)雙重效益。利用高爐水渣生產(chǎn)免燒磚,它是以高爐水渣為集料,以水泥、石灰為交結(jié)料,配以各種外加劑而制成的承重和非承重磚體,它是開發(fā)渣山綜合利用的一項(xiàng)新途徑,既能合理利用高爐水渣,又能為建筑業(yè)提供經(jīng)久耐用,價(jià)格低廉的材料。

1原料及其特性

①高爐水渣。本研究用的是龍鋼煉鐵廠的高爐水渣(以下簡(jiǎn)稱水渣),水渣經(jīng)磁選后通過3mm孔篩。水渣作建材用于生產(chǎn)水泥和混凝土,由于水渣具有潛在的水硬膠凝性能,在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下,可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料,可制成:礦渣硅酸鹽水泥、石膏礦渣水泥、石灰礦渣水泥、礦渣磚、礦渣混凝土等[1,2]。該水渣的化學(xué)成分和礦物組成見表1。

②生石灰。細(xì)度要求為0.080mm方孔篩,篩余量不大于25%。生石灰要保證有效CaO含量不低于70%,有效CaO含量越高,其對(duì)高爐水渣的技法效果就越好。MgO含量要盡量控制,盡量小于4%,因?yàn)镸gO會(huì)影響產(chǎn)品發(fā)生吸水反應(yīng),產(chǎn)生體積膨脹,使免燒磚炸裂,安定性不良,而且會(huì)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。同時(shí)還會(huì)使磚坯在養(yǎng)護(hù)曬干過程中,還沒有形成一定強(qiáng)度就已經(jīng)開裂,另外,石灰的含碳量、可溶性鹽類含量也會(huì)影響免燒磚的質(zhì)量,因此,選用優(yōu)質(zhì)石灰十分重要。實(shí)踐表明, 生石灰摻量一般應(yīng)控制在8 %～18 %。對(duì)生石灰的質(zhì)量要求見表2。

③石膏。石膏也是免燒磚的重要原料之一。他用量雖然不大,但卻對(duì)高爐水渣的活性激發(fā)有很大影響。石膏的加入可以加速石灰與SiO2、Al2O3的化學(xué)作用,促進(jìn)水化硅酸鈣、氯酸鈣的形成,并可加速膠凝物質(zhì)的結(jié)晶過程。在免燒磚反應(yīng)體系里,石膏起到的是促進(jìn)劑的作用。他可以和石灰產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),是激發(fā)作用更好的發(fā)揮。同時(shí)石膏又可以與Al2O3反應(yīng),形成鋁硫酸鈣膠凝物質(zhì),對(duì)免燒磚的強(qiáng)度提高產(chǎn)生直接作用。另外,在免燒磚的配合料中加入相當(dāng)于石灰用量的2%～3%的石膏,可以使石灰漿體的膨脹值控制在1%左右,有利于體系的安定性。同時(shí),石膏對(duì)石灰有緩凝作用,可影響其消化速度,發(fā)揮了凝固調(diào)節(jié)效應(yīng),從而可以提高免燒磚的早期強(qiáng)度,尤其對(duì)免燒磚的抗折強(qiáng)度影響很大。為降低制品成本,也可以大量利用工業(yè)化學(xué)石膏。

④水泥。應(yīng)優(yōu)先選用高堿度的普通硅酸鹽水泥,盡量避免選用低堿度硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥以及低堿度硅酸鹽水泥。因?yàn)樗嗟膲A性有利于激發(fā)高爐水渣的活性,水泥既是交結(jié)料又是活性激發(fā)劑,其堿度高些,激發(fā)效果會(huì)更好。

⑤成型水。生產(chǎn)中用水量與水渣的含水量有關(guān)?；旌狭系乃媳葘?duì)制品強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生直接影響,水料比過大,坯體不能壓實(shí), 會(huì)出現(xiàn)變形甚至倒塌, 成品的空隙率就大。水要預(yù)熱到60℃以上,使用熱水有利于提高拌合料的溫度,提高反應(yīng)速率,縮短免燒磚的固化時(shí)間,克服其初期強(qiáng)度低的弊病。水料比如果小,混合料松散,成型性差,易出現(xiàn)分層和缺棱掉角現(xiàn)象。

2水渣不穩(wěn)定性的機(jī)理[3,4]

影響水渣穩(wěn)定性的因素很多,主要是由于水渣中的氧化鈣和氧化鎂不能和二氧化硅等成分充分反應(yīng)而形成游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-Mgo)存在于渣中,在作建材或工程材料使用時(shí)遇水進(jìn)行下列反應(yīng):

f-CaO+H2O→Ca(OH)2體積膨脹98%

f-MgO+H2O→Mg(OH)2體積膨脹148%

水渣吸水后,f-CaO要消解為Ca(OH)2,體積將膨脹,MgO會(huì)變成氫氧化鎂,體積也要膨脹,只有f-CaO、MgO消解完或含量很少時(shí),才會(huì)穩(wěn)定。尤其f-Mgo常溫下完全消解的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)20年之久,由于上述原因?qū)е碌缆?、建材制品或建筑物的開裂而破壞。

水渣中含游離氧化鈣(f-CaO)、MgO、C3S、C2S等,這些組分在一定條件下都具有不穩(wěn)定性。堿度高的熔渣在緩冷時(shí),C3S會(huì)在l 250℃到1 100℃時(shí)緩慢分解為C2S和f-CaO;C2S在675℃時(shí)β—C2S要相變?yōu)閥—C2S,并且發(fā)生體積膨脹,膨脹率達(dá)10%。

3水渣混凝土磚的生產(chǎn)

3.1水渣混凝土磚的生產(chǎn)工藝流程(圖1)

3.2原料配比

在水渣混凝土磚生產(chǎn)線上使用了如表3所示的配比。實(shí)際生產(chǎn)時(shí),生產(chǎn)出強(qiáng)度等級(jí)不同(MU10～MU20)的轉(zhuǎn)產(chǎn)品。

3.3工藝參數(shù)

①要求水渣的粒度小于2 mm,其中5%～10%的水渣磨細(xì)至0.03 mm方孔篩篩余不大于15%。②石灰和石膏的細(xì)度要求為0.08 mm方孔篩,篩余不大于25%。③混合料的干混時(shí)間控制在2～3 min,濕混時(shí)間控制在1分鐘。④混合料的含水率冬季應(yīng)控制在10%～12%之間,夏季12%～14%。⑤成型壓力為19 MPa。⑥自然養(yǎng)護(hù)28天后出廠。

4水渣混凝土磚的特點(diǎn)及技術(shù)性能

抽取按表3配比生產(chǎn)的(240mm×115mm×53mm)標(biāo)準(zhǔn)磚,經(jīng)西安建筑科技大學(xué)材料學(xué)院實(shí)驗(yàn)室按《氣體磚試驗(yàn)方法》測(cè)試的結(jié)果分別見表4。

5結(jié) 語

①水渣在建材方面的應(yīng)用必須解決的問題是提高水渣的體積安定性,使水渣產(chǎn)品達(dá)到應(yīng)用領(lǐng)域的要求。水渣的穩(wěn)定性決定了水渣能否在建材行業(yè)得到有效利用,水渣處理工藝的確定取決于水渣的利用途徑,所以水渣處理工藝是水渣實(shí)現(xiàn)資源化利用的前提條件。②通過對(duì)龍鋼水渣混凝土磚的研究表明:水渣具有較高的活性,在外加劑石灰、石膏的的催化作用下,可以部分取代水泥作為凝膠材料,既降低了成本又提高了產(chǎn)品的廢渣利用率。

參考文獻(xiàn):

[1] 肖琪仲.鋼渣的膨脹破壞與抑制[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1996,24(6): 635-637.