鋼渣粉回收利用及對水泥強度的影響分析

劉奎

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司,湖南長沙 410011)

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鋼渣粉回收利用及對水泥強度的影響分析

劉奎

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司,湖南長沙 410011)

摘要:鋼渣的成分、性質(zhì)與水泥熟料相似,它能以各種形式摻入水泥中用作水泥的生產(chǎn)原料,可節(jié)約資源和解決鋼渣堆積回收問題,但其易磨性、安定性和活性激發(fā)影響了鋼渣在水泥行業(yè)中的應(yīng)用。文中通過試驗,分析鋼渣不同比表面積和不同摻入量對水泥強度的影響,找出適當(dāng)?shù)谋缺砻娣e和摻入量,從而確定水泥生產(chǎn)中鋼渣配比方案。

關(guān)鍵詞:公路;鋼渣;比表面積;摻入量;配比方案

隨著人們環(huán)保意識的增強,廢棄鋼渣的綜合利用受到廣泛關(guān)注,并得到不同程度的開發(fā)和利用。鋼渣是繼礦渣、粉煤灰之后具有較大產(chǎn)量和利用價值的可回收資源,其回收利用需在分類處理、分級加工的基礎(chǔ)上進行,以降低成本或改善其性能。

1 鋼渣在水泥行業(yè)中的回收利用

研究鋼渣在水泥中的高效利用,有助于提高鋼渣的使用率和附加值,且能降低水泥成本,促進水泥行業(yè)的“綠色”發(fā)展。

(1)目前鋼渣摻量為20%～50%的鋼渣水泥可分為鋼渣沸石熟料、無熟料鋼渣礦渣水泥、礦渣硅酸鹽水泥、少熟料鋼渣礦渣水泥和鋼渣硅酸鹽水泥5類。鋼渣水泥具有耐磨、耐腐蝕性高,水熱化低,抗凍和后期強度高等一系列優(yōu)點。

(2)在礦渣微粉被普遍應(yīng)用之后,近年來鋼渣微粉的開發(fā)利用成為了熱門話題,無論是單純的鋼渣生產(chǎn)微粉,還是與其他礦渣的復(fù)合微粉都能對水泥生產(chǎn)中易磨性差異問題產(chǎn)生良好的消除作用。

(3)經(jīng)穩(wěn)定化處理的鋼渣能用作道路的墊層及基層,其強度、抗彎沉性、抗?jié)B性都比天然石材好,但將鋼渣用作道路材料其附加值相對較低,無論是建筑企業(yè)還是鋼鐵企業(yè)對這方面都不是很重視。

(4)通過穩(wěn)定化處理的鋼渣,可用作地面磚、免燒磚及砼預(yù)制件等建筑材料,其產(chǎn)量較大,高達60%,與黏土磚或粉煤灰磚相比其強度和耐久性都有優(yōu)勢,可節(jié)約水泥及黏土。

2 影響鋼渣在水泥行業(yè)中應(yīng)用的因素

鋼渣的物理、化學(xué)性質(zhì)決定了其用于水泥行業(yè)時存在一定的缺陷,主要表現(xiàn)在:

(1)易磨性差。目前,大多認為鋼渣是一種難以被粉末的物料,這是生產(chǎn)中一個不可忽視的問題。主要是因為鋼渣粉中含有高達97%的幾乎不能磨細的金屬鐵。除硬度大外,韌性也是其易磨性差的原因之一。但隨著磁選技術(shù)的進步,剔除鋼渣中的鐵后其易磨性明顯上升。

(2)安定性差。在鋼渣應(yīng)用于水泥、砼行業(yè)時,其體積安定性是不能忽視的一個重要因素。鋼渣的安定性不良是由其中氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵等造成的,尤其是容易發(fā)生體積膨脹的氧化鈣、氧化鎂水化反應(yīng),這是影響鋼渣安定性的最主要原因。

(3)活性激發(fā)低。硅酸鹽、鋁酸鹽等礦物使鋼渣具有膠凝性,這些礦物晶體完好、晶粒大,氧化鐵、氧化鎂也摻雜其中,在高溫、冷卻時產(chǎn)生大量介穩(wěn)態(tài)的玻璃體,鋼渣活性降低,使得鋼渣作為混凝材料應(yīng)用于水泥砼中受到限制。因此,需要激發(fā)鋼渣的活性。鋼渣活性激發(fā)方式包括化學(xué)激活法、機械激發(fā)法和熱力激發(fā)法。

3 鋼渣比表面積和摻量對水泥強度的影響

3.1 試驗原料

試驗原料包括比表面積分別為430、450、470、500 m2/kg的鋼渣(其化學(xué)成分見表1),石膏,水泥熟料(其化學(xué)成分見表2),ISO標準砂,自來水。

3.2 試驗方案

制作不同鋼渣比表面積和摻量的水泥試件,放入水環(huán)境中進行適當(dāng)養(yǎng)護,測定其抗折強度和抗壓強度,分析鋼渣摻量和比表面積對水泥砼強度的影響。物料配比見表3。

表1 鋼渣的化學(xué)成分

表2 熟料和石膏的化學(xué)成分

表3 不同鋼渣比表面積摻入量下的物料配比

3.3 強度測定

按《鋼渣硅酸鹽水泥》的要求,分別測試試件3、28 d抗折強度和抗壓強度。

(1)抗折強度。分別對每個組不同齡期的5條試塊進行抗折強度測定。測定前擦去試件表面的水分和砂粒,清除夾具上圓柱表面粘著的雜物。試件放入抗折夾具內(nèi),使試件側(cè)面與夾具接觸。加荷速度為(50±10)N/s。以5個試件為一組,以其算術(shù)平均值作為抗折強度試驗結(jié)果(精確至0.1 MPa)。若5個強度值中有超出或低于平均值10%的,則將其刪除后取平均值作為抗折強度試驗結(jié)果。

(2)抗壓強度?？拐蹚姸葴y定后立即測試抗壓強度。測定前清除試件受壓面與加壓板間的砂?；螂s物,用抗壓夾具(試件受壓面積為40 mm×40 mm)測定試件抗壓強度,受壓面是試件的側(cè)面。加荷速率為(2 400±200)N/s,均勻加荷直至破壞。以10個棱柱體為一組,取其平均值作為抗壓強度試驗結(jié)果(精確至0.1 MPa)。如果10個測定值中有1個超過或低于5個平均值的10%,則將其刪除,以剩下9個的平均值作為試驗結(jié)果。如果9個測定值中還有超出或低于其平均數(shù)10%的,則該組結(jié)果作廢。

3.4 試驗數(shù)據(jù)處理及分析

3.4.1 3 d強度

對試件3 d強度進行檢測,得到不同鋼渣比表面積和摻量時水泥的3 d強度,經(jīng)統(tǒng)計后計算出均值,剔除不合格數(shù)據(jù),得到圖1、圖2和表4。

圖1 鋼渣摻量和比表面積對水泥3 d抗折強度的影響

圖2 鋼渣摻量和比表面積對水泥3 d抗壓強度的影響

表4 鋼渣水泥3 d強度均值

由圖1可以看出:隨著鋼渣摻量的增加,水泥的3 d抗折強度減小;鋼渣比表面積增大時強度也增大。當(dāng)比表面積為500 m2/kg,摻量由20%增加至30%時,抗折強度下降速度快;由30%增加至50% 時,抗折強度下降速度有所減緩。比表面積為470 m2/kg、摻量為20%～30%時,抗折強度變化不大;摻量為30%～50%時變化大,基本上呈直線。比表面積為450 m2/kg、摻量由30%增加至40%時,抗折強度下降幅度大,其余摻量時變化較小。比表面積為430 m2/kg時,抗折強度的數(shù)值變化比較平穩(wěn),基本上呈直線。

由圖2可知:隨著鋼渣摻量的增加,水泥的3 d抗壓強度減小;隨著比表面積的增大,抗壓強度增大。比表面積為500 m2/kg、摻量為30%～40%時,抗壓強度下降速度快,在其他摻量時抗壓強度下降速度有所減緩;比表面積為470 m2/kg、摻量為30% ～40%時,抗壓強度下降速度快,在其他摻量時抗壓強度下降速度有所減緩;比表面積為450 m2/kg、摻量為20%～30%時,抗壓強度變化不大,其他摻量時變化較大,基本上呈直線;比表面積為430 m2/kg 時,抗壓強度變化在摻量30%～40%時最平緩,其他摻量時變化快,尤其是在摻量為20%～30%時。

根據(jù)表4,對照現(xiàn)有相關(guān)標準,不同鋼渣摻量和比表面積的鋼渣水泥的強度達標情況見表5、表6。

表5 鋼渣水泥3 d抗折強度達標情況

表6 鋼渣水泥3 d抗壓強度達標情況

3.4.2 28 d強度

對試件28 d強度進行檢測,得到不同鋼渣比表面積和摻量時水泥的28 d強度值,經(jīng)統(tǒng)計后計算出均值,剔除不合格數(shù)據(jù),得到圖3、圖4和表7。

圖3 鋼渣摻量和比表面積對水泥28 d抗折強度的影響

圖4 鋼渣摻量和比表面積對水泥28 d抗壓強度的影響

表7 鋼渣水泥28 d強度均值

由圖3可知:隨著鋼渣摻量的增加,水泥的28 d抗折強度減小;隨著比表面積的增加,抗折強度增大。比表面積為500 m2/kg時,抗折強度變化較均勻,基本上呈直線;比表面積為470 m2/kg時,抗折強度在摻量為20%～40%時變化不大,但在40%～50%時變化較大;比表面積為450 m2/kg、摻量為20%～30%時變化較小,30%～50%時變化較大;比表面積為430 m2/kg,抗折強度變化在摻量為30% ～40%時最平緩,其他摻量時變化稍大,總體來說變化較為平緩。

由圖4可知:隨著鋼渣摻量的增加,水泥的28 d抗壓強度減小;隨著比表面積的增大,抗壓強度增大。比表面積為500 m2/kg、摻量為20%～30%時抗折強度變化不大,30%～50%時變化加大且為一條直線;比表面積為470 m2/kg時,抗壓強度在摻量為20%～30%時變化不大,30%～50%時減小速度加快;比表面積為450 m2/kg、摻量為30%～40%時抗壓強度變化不大,其他摻量時變化大;比表面積為430 m2/kg時,變化大小接近,呈一條直線。

根據(jù)表7,對照現(xiàn)有相關(guān)標準,不同鋼渣摻量和比表面積的鋼渣水泥的強度達標情況見表8、表9。

表8 鋼渣水泥28 d抗折強度達標情況

表9 鋼渣水泥28 d抗壓強度達標情況

根據(jù)表5、表6、表8、表9得出鋼渣水泥強度達標情況(見表10)。

表10 鋼渣水泥強度達標情況

4 結(jié)論

試驗證明鋼渣是一種很好的混合材料,加入適量的鋼渣能改變水泥的強度,其各項性能均滿足標準要求。其中:鋼渣比表面積450 m2/kg、摻量為20%時水泥能達標;鋼渣比表面積470 m2/kg,摻量為20%和30%時水泥能達標;鋼渣比表面積500 m2/kg、摻量為20%、30%、40%和50%時水泥能達標。據(jù)此確定以比表面積450 m2/kg、摻量20%的配比方案投入水泥生產(chǎn)。

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收稿日期:2015-12-07

中圖分類號:U416.216

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0105-04