水泥穩(wěn)定鋼渣基層體積膨脹性能研究

任永勝,梁 鐸,茍譞文,陳美祝,慕維東

(1.內(nèi)蒙古高等級公路建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司,呼和浩特010050；2.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室,武漢430070)

鋼渣是煉鋼過程中排出的熔渣,是冶煉行業(yè)的主要固體副產(chǎn)物[1]。大量研究表明,鋼渣具有優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì):鋼渣的比重高于天然集料,鋼渣堅硬耐磨,表面呈多孔結(jié)構(gòu),紋理豐富,棱角性好。經(jīng)過處理后制成的不同粒徑粒狀渣,有作為優(yōu)質(zhì)集料的潛質(zhì)[2,3]。鋼渣資源化利用的主要途徑是作為集料應(yīng)用于道路材料中[4]。

鋼渣具有體積膨脹性。鋼渣中存在一定的游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-Mg O),這些成分遇水反應(yīng)形成Ca(OH)2和Mg(OH)2,產(chǎn)生體積膨脹。這是引起鋼渣膠凝材料體積安定性不良的主要原因,也是阻礙鋼渣大規(guī)模應(yīng)用的主要因素[5]。因此,鋼渣體積穩(wěn)定性的檢驗十分重要。目前鋼渣體積穩(wěn)定性的評價主要是鋼渣集料的浸水膨脹率檢測以及鋼渣f-CaO 含量的測定。

研究先對熱潑和熱悶鋼渣集料的f-CaO 含量以及浸水膨脹率進行分析,后對兩種鋼渣制備的水泥穩(wěn)定鋼渣基層材料的浸水膨脹率進行檢測,研究其膨脹性能,為鋼渣應(yīng)用于基層材料提供一定的參考。

1 試 驗

1.1 原材料

1)鋼渣:所使用鋼渣集料為內(nèi)蒙包鋼公司生產(chǎn)的熱悶鋼渣和廣西盛翔公司生產(chǎn)的熱潑鋼渣。兩種鋼渣的礦物組成如表1所示。

2)水泥:水泥采用P.C 32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26%,初凝時間為271 min,終凝時間為382 min,其3 d、28 d砂漿強度分別為16.5 MPa、42.1 MPa。

表1 包鋼熱潑鋼渣的礦物組成

1.2 方法

1)浸水膨脹率實驗:按照《鋼渣穩(wěn)定性試驗方法》GB/T 24175—2009中規(guī)定的鋼渣穩(wěn)定性實驗方法對兩種鋼渣集料的浸水膨脹率進行實驗,所用鋼渣集料的級配合成結(jié)果如表2所示。

表2 鋼渣集料的級配合成結(jié)果

2)游離氧化鈣含量的測定:按照《鋼渣中游離氧化鈣測定方法》YB/T 4328—2012進行兩種鋼渣水浴前后的f-CaO 含量測定。水浴的條件與鋼渣集料浸水膨脹率實驗水浴條件相同。

3)水泥穩(wěn)定鋼渣基層浸水膨脹率實驗:水泥摻量為4.5%,水含量和鋼渣與實驗2)中含水率一致。將鋼渣集料、水泥、水?dāng)嚢杈鶆蚝筇钊虢蛎浡试嚹Ｖ?控制密度,靜壓壓實,最后進行10 d浸水膨脹率實驗。水浴條件與實驗1)一致。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱潑、熱悶鋼渣集料的浸水膨脹率

熱潑、熱悶兩種鋼渣集料的浸水膨脹率實驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以得到,熱潑鋼渣集料的浸水膨脹率遠(yuǎn)高于熱悶鋼渣,熱潑鋼渣10 d累計膨脹率達(dá)到了4%,處于較高水平,而熱悶鋼渣的10 d累計膨脹率維持在1%以內(nèi),膨脹率較低。兩種鋼渣的累計膨脹率隨著水浴齡期的增長逐漸升高,且前5 d升高幅度較快,后5 d升高幅度逐漸緩慢,8～10 d時趨于穩(wěn)定。這表明10 d水浴時間內(nèi)兩種鋼渣中f-CaO 反應(yīng)基本結(jié)束。熱悶鋼渣的體積穩(wěn)定性能較好。

2.2 水浴前后熱潑、熱悶鋼渣集料的f-CaO 含量分析

水浴前后熱潑、熱悶鋼渣集料f-CaO 含量測定結(jié)果如表3所示。

表3 熱潑、熱悶鋼渣集料浸水前后游離氧化鈣含量表

由表3可以得到,水浴前熱潑鋼渣的f-CaO 含量為3.52%,明顯高于熱悶鋼渣。水浴處理后,兩種鋼渣的f-CaO 含量均降低,熱潑鋼渣的f-Ca O 減少率達(dá)到50.8%,而熱悶鋼渣的f-CaO 減少率較低,只有20.3%。這主要由鋼渣處理工藝不同決定。熱悶鋼渣是鋼渣在高溫密閉罐中經(jīng)多次周期性噴水降溫,罐內(nèi)鋼渣因急速冷卻產(chǎn)生體積形變和應(yīng)力作用而破碎開裂得到,其f-CaO 消解得較為均勻和徹底,整體f-CaO 含量較低,剩余的f-CaO 反應(yīng)活性較低,水浴后f-CaO 減少率也較低[6]。

2.3 水泥穩(wěn)定鋼渣基層膨脹性能研究

熱潑、熱悶兩種水泥穩(wěn)定鋼渣基層材料的浸水膨脹率實驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以得到,熱悶鋼渣基層材料的10 d浸水膨脹率只有0.68%,體積穩(wěn)定性能良好,熱悶鋼渣基層材料的10 d浸水膨脹率為2.65%。兩種鋼渣基層材料的浸水膨脹率相比于純鋼渣集料有所降低。熱潑鋼渣基層材料10 d累計膨脹率相比于熱潑鋼渣集料降低了34.2%,熱悶鋼渣則下降了11.4%。這是由于摻入水泥穩(wěn)定后,水泥水化與鋼渣集料粘結(jié),增加了集料體系整體的黏結(jié)性,形成了具有一定強度的體系,限制了鋼渣集料的自由膨脹,因此制備成水泥穩(wěn)定基層材料后,其浸水膨脹率有所下降。

3 結(jié) 論

a.水浴前熱悶鋼渣集料的f-CaO 含量僅有1.28%,10d浸水膨脹率為在1%以下,遠(yuǎn)低于熱潑鋼渣,熱悶鋼渣集料體積穩(wěn)定性較好。

b.熱悶鋼渣基層材料的10 d浸水膨脹率只有0.68%,體積膨脹率低,熱悶鋼渣更適用于做基層材料的集料。