礦渣鋼渣發(fā)泡混凝土的制備及反應(yīng)機(jī)理

摘要：

為了實(shí)現(xiàn)高爐礦渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣的高附加值綜合利用，以水淬高爐礦渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料，加入少量的脫硫石膏、石灰和水泥熟料，通過鋁粉發(fā)氣制備發(fā)泡混凝土。測試了不同礦渣鋼渣摻量制備的發(fā)泡混凝土制品3、7、28 d的抗壓強(qiáng)度和容重，并用掃描電子顯微鏡和X 射線能譜儀分析了發(fā)泡混凝土制品養(yǎng)護(hù)過程中的水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，鋼渣摻量為30%、礦渣摻量為45%時(shí)，兩者的協(xié)調(diào)性比較強(qiáng)，制品的抗壓強(qiáng)度達(dá)到51 MP絕干容重為625 kg/m3；該凝膠體系中有鈣礬石和C-S-H凝膠協(xié)同生成，且轉(zhuǎn)爐鋼渣的水硬活性明顯低于水淬高爐礦渣。

關(guān)鍵詞：

礦渣 ；鋼渣 ；發(fā)泡混凝土 ；水硬活性； 鈣礬石

中圖分類號：

TU5283

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：16744764（2014）04009806

發(fā)泡混凝土是一類免蒸免燒的多孔墻體材料，既可以現(xiàn)場澆注硬化，也可以預(yù)制成砌塊板材，具有輕質(zhì)、隔熱、隔音等優(yōu)良性能[1]。但具有較低體積密度的同時(shí)具有較高強(qiáng)度的發(fā)泡混凝土一般采用高強(qiáng)度等級普通硅酸鹽水泥，經(jīng)泥漿打泡后常壓養(yǎng)護(hù)而成，有時(shí)甚至需要加入椒脂或纖維等進(jìn)行增強(qiáng)[23]。因此，與蒸壓加氣混凝土相比，目前制備方法所生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)發(fā)泡混凝土在制造成本和減排CO2等方面優(yōu)勢并不明顯。

轉(zhuǎn)爐鋼渣一般具有CaO和MgO含量高的特征，其堿度往往超過硅酸鹽水泥熟料。且其SiO2+Al2O3含量很低，一般低于15%，因此，其為形成C-S-H凝膠提供硅氧四面體的潛能比水泥熟料低很多。再加上鋼渣中常含有引起硬化后的混凝土膨脹的游離氧化鈣、游離氧化鎂、RO相等，使其在建材領(lǐng)域的應(yīng)用長期受到制約[45]。目前，中國每年轉(zhuǎn)爐鋼渣約1億t，而利用率不到30%，給鋼鐵企業(yè)造成巨大壓力[67]。高爐水淬礦渣中的SiO2+Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在50%左右，CaO+MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也在50%左右，其堿度系數(shù)接近于1。將礦渣微粉用于混凝土，其為形成C-S-H凝膠提供硅氧四面體的潛能是水泥熟料兩倍以上，是鋼渣的3倍以上。在常溫養(yǎng)護(hù)的混凝土中礦渣大部分不能參與水化反應(yīng)，而是以活性摻合料的火山灰活性反應(yīng)和微集料效應(yīng)的雙重作用對混凝土的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生貢獻(xiàn)[8]。

喬歡歡等[9]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)泡混凝土的性能不僅與孔隙率有關(guān)，還與基體材料中摻合料的種類有關(guān)。熊傳勝等[10]以鋼渣和粉煤灰為摻合料研制水泥基發(fā)泡混凝土，發(fā)現(xiàn)鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合取代水泥時(shí)可以得到良好的效果。鄭念念等[11]制備出摻有聚丙烯纖維的高性能大摻量粉煤灰發(fā)泡混凝土。本文擬采用比常規(guī)商品礦渣粉更細(xì)，通過粉磨和采用鋼渣、脫硫石膏多重激發(fā)礦渣活性，并在高于室溫的養(yǎng)護(hù)條件下（工業(yè)上可采用鋼渣冷卻的余熱）制備發(fā)泡混凝土。以期實(shí)現(xiàn)礦渣、鋼渣和脫硫石膏三者的活性互相激發(fā)，發(fā)生深度水化反應(yīng)，來制備發(fā)泡混凝土。使所制備的發(fā)泡混凝土具有使用極低的水泥熟料，而強(qiáng)度、體積密度和耐久性又能達(dá)到蒸壓加氣混凝土的水平，即為大量利用冶金固體廢棄物，減排CO2和降低成本方面有所突破，又為充分發(fā)揮鋼渣、礦渣和脫硫石膏的各自特征，提高利用潛能和效益提供新的思路。陳偉，等：礦渣鋼渣發(fā)泡混凝土的制備及反應(yīng)機(jī)理

1試驗(yàn)方法

11實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用原料主要有轉(zhuǎn)爐鋼渣、高爐礦渣、天然石膏、水泥熟料和石灰。

111高爐礦渣實(shí)驗(yàn)用的礦渣為北京首鋼股份有限公司的水淬高爐礦渣，使用之前將其粉磨至勃氏比表面積為530 cm2·g-1左右，主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，XRD分析結(jié)果見圖1：