鋼渣激發(fā)磷石膏基水泥組分優(yōu)化研究

張 羅

(武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北 武漢 430070)

磷石膏基水泥是以未經(jīng)鍛燒處理的磷石膏為主要原料,通過(guò)添加鋼鐵工業(yè)的高爐水淬礦渣和少量堿性激發(fā)劑而開(kāi)發(fā)出一種新型低能耗的水硬性膠凝材料。原料的組分是水泥性能的決定性因素,較大的比表面積能加快水泥的水化反應(yīng)速度,各種礦物的摻量決定了磷石膏基水泥的水化環(huán)境,決定了水泥的強(qiáng)度。因此,研究各種原料的比表面積和摻量對(duì)水泥性能的影響,優(yōu)化水泥原料組分具有重要的意義。

1 各原料比表面積對(duì)水泥性能的影響

1.1 礦渣比表面積對(duì)水泥性能的影響

本次研究以武漢鋼鐵有限公司粒化高爐礦渣粉為研究對(duì)象,其勃氏比表面積為399.5m2/Kg。礦渣粉中CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2平均含量分別為36.08%、8.18%、17.02%、2.14%、33.98%。各試樣按固定比例(磷石膏45%、礦渣35%、石灰石10%、鋼渣10%)配比,當(dāng)比表面積由399m2/kg提高655m2/kg,28d抗壓強(qiáng)度由30MPa提高到41MP,凝結(jié)時(shí)間逐漸縮短。

1.2 石灰石粉磨細(xì)度對(duì)水泥性能的影響

各試樣按固定比例(和上述相同,礦渣比表面積396m2/kg)配料。結(jié)果表明,隨著石灰石比表面積的增加,試樣的3d和7d強(qiáng)度小幅上升,28d強(qiáng)度變化不大,抗折強(qiáng)度隨水化齡期的發(fā)展規(guī)律發(fā)生變化。

1.3 磷石膏比表面積對(duì)水泥性能的影響

各試樣按固定比例(和上述相同)配料,混合后測(cè)定其膠砂強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、安定性和凝結(jié)時(shí)間。結(jié)果表明,隨著磷石膏比表面積的增加,試樣的3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度先增幅明顯,當(dāng)磷石膏的比表面積大于525m2/kg時(shí)試樣的強(qiáng)度提高不明顯,當(dāng)磷石膏比表面積為624m2/kg時(shí)各齡期強(qiáng)度達(dá)到峰值。

2 各原料摻量對(duì)水泥性能的影響

2.1 礦渣摻量對(duì)水泥性能的影響

磷石膏、鋼渣、石灰石、礦渣的比表面積分別為669m2/kg、532m2/kg、660m2/kg、399m2/kg,將其混合后測(cè)量水泥的性能。磷石膏、鋼渣配比摻量固定為45%、5%,礦渣從25%到40%逐漸增加,石灰石從25%到10%逐漸減少,標(biāo)準(zhǔn)稠度穩(wěn)定,安定性合格,初凝時(shí)間變長(zhǎng)而終凝時(shí)間穩(wěn)定。當(dāng)?shù)V渣由25%增至30%時(shí),各齡期的抗折強(qiáng)度均增幅明顯。

2.2 鋼渣摻量對(duì)水泥性能的影響

將磷石膏、礦渣配比摻量固定為45%、35%,當(dāng)鋼渣在5%-10%之間逐步增加時(shí),3d、7d抗折和抗壓強(qiáng)度均有不同程度增加,而28d變化較??；當(dāng)鋼渣大于10%時(shí),3d、7d、28d抗折和抗壓強(qiáng)度均下降明顯,摻量過(guò)小影響早期強(qiáng)度的發(fā)揮,過(guò)大則使后期強(qiáng)度下降明顯。

2.3 石灰石摻量對(duì)水泥性能的影響

將磷石膏基水泥中的鋼渣、礦渣摻量固定為5%、40%,石灰石在15%～40%范圍內(nèi)逐步增加,磷石膏則隨之減少,試樣的3d、7d、28d強(qiáng)度增幅較小,各齡期抗壓強(qiáng)度變化亦不明顯,石灰石摻量的變化對(duì)3d、7d、28d強(qiáng)度的影響不大,凝結(jié)時(shí)間呈明顯縮短,標(biāo)準(zhǔn)稠度變化不大,安定性合格。

2.4 磷石膏摻量對(duì)強(qiáng)度的影響

將礦渣、鋼渣、石灰石的比例固定為3.5∶1∶1,與不同比例的磷石膏混合。結(jié)果表明,隨著磷石膏摻量逐步增加,各齡期的抗壓、抗折強(qiáng)度均有下降,標(biāo)準(zhǔn)稠度增幅明顯。當(dāng)磷石膏摻量在25%～45%之間時(shí),3d、7d抗壓強(qiáng)度有小幅度的下降,28d抗壓強(qiáng)度基本不變。當(dāng)磷石膏摻量在35%～45%之間時(shí),7d、28d抗折強(qiáng)度基本不變；大于45%時(shí),試樣的抗折強(qiáng)度下降明顯。

3 鋼渣激發(fā)磷石膏基水泥組分優(yōu)化

3.1 各原料比表面積優(yōu)化

增加礦渣比表面積,可使試樣降低標(biāo)準(zhǔn)稠度、縮短凝結(jié)時(shí)間,各齡期強(qiáng)度增加明顯。增加石灰石比表面積,標(biāo)準(zhǔn)稠度提高,小幅增加3d、7d強(qiáng)度,基本不影響凝結(jié)時(shí)間和28d強(qiáng)度。提高磷石膏比表面積,可使試樣略微降低標(biāo)準(zhǔn)稠度,初凝時(shí)間無(wú)影響,終凝時(shí)間增加；當(dāng)磷石膏比表面積為640m2/kg時(shí),各齡期強(qiáng)度達(dá)到峰值；大于884m2/kg時(shí),強(qiáng)度卻下降。

3.2 各原料摻量?jī)?yōu)化

提高礦渣摻量,水泥的28d強(qiáng)度提高明顯,3d、7d強(qiáng)度不明顯。提高鋼渣摻量,試樣的3d、7d強(qiáng)度提高明顯,但當(dāng)鋼渣摻量大于10%時(shí)28d強(qiáng)度下降明顯。石灰石可促進(jìn)磷石膏基水泥縮短凝結(jié)時(shí)間、提高1d強(qiáng)度,但3d、7d、28d強(qiáng)度作用不大。當(dāng)磷石膏摻量在25%～45%范圍內(nèi)時(shí),3d、7d強(qiáng)度有所下降,28d強(qiáng)度基本不變。當(dāng)原料根據(jù)優(yōu)化比表面積粉磨后,按磷石膏、鋼渣、礦渣、石灰石摻量分別為45%、5%～10%、40%、10%進(jìn)行配料,可制備3d抗壓強(qiáng)度約5Mpa、7d抗壓強(qiáng)度20Mpa、28d強(qiáng)度超過(guò)40MPa的磷石膏基水泥。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼渣激發(fā)磷石膏基水泥組分優(yōu)化多限于試驗(yàn)階段,在實(shí)際工藝中需考慮生產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本,比如礦渣粉磨比表面積超過(guò)400m2/Kg后,粉磨電耗顯著增加,因此要優(yōu)先考慮其他優(yōu)化措施。