武钢钢渣粉做水泥掺合料的研究与探讨

第４９卷第２期　２００６年６月　量钢拔　Ｖｌ０Ｉ　４９　ＮＯ　２　Ｊ　Ｕｔｌ　ｃ　２　００６　ＣＩＳＣ　ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ　武钢钢渣粉做水泥掺合料的研究与探讨　牵灿华　（武钢集团冶金渣有限责任公司）　摘要研究了武钢钢渣粉作为水泥掺合料用于普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和钢渣矿渣水泥的应　用情况，提出了最适宜掺量以及有关配方。研究了钢渣粉掺量对水泥安定性和水化热的影响，并探讨　了钢渣活性。为武钢磨细钢渣粉在水泥生产中的应用提供了技术依据。　关键词钢渣粉强度安定性水化热　１概况　２实验室试验　武钢的钢渣经过前期的预处理和粉磨，比表面　积达到４ｏ０～５００ｍ￣／ｋｇ，与水泥的细度相当。由手武　钢钢渣的化学成分和矿物组成也接近于水泥熟　料，因此可作为水泥的混合材料，制备较高强度的　水泥。采用水泥熟料、粒化高炉矿渣粉、磨细钢渣　粉，在钢渣粉掺量从１０％～４５％的大范围内，经过近　百组配比试验，得到了比较好的规律性结果。由此　阐明了武钢磨细钢渣粉在水泥中的行为和对水泥性　能的影响，提出了适合于高强度水泥的磨细钢渣的　性能和成分要求以及钢渣和矿渣之间的合理匹配。　通过本项研究，筛选出一批掺有适量钢渣的５２５　和　将各种原料分别预先磨细。然后按照ＧＢ１７５—　１９９９、ＧＢ１２９５８—１９９１、ＧＢ１３５９Ｏ一１９９２规定的比　例配合、混合，制成水泥。按照ＧＢ１７７－－１９８５、ＧＢ１３４６　２０ｏ１规定的方法测定掺有磨细钢渣粉的水泥强　—度、用压蒸法测定掺有磨细钢渣粉的水泥样品的安　定性。测定掺钢渣粉对水泥水化放热量的影响。　２．１原料　试验所用原料的性能夸数见表１。　表１原料参数表　４２５辔通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、钢渣矿渣水　泥的配方及其制备工艺条件。这一研究成果为武钢　磨细钢渣粉在水泥生产中的应用提供了技术依据。　从而对实现钢铁企业钢渣零排放、促进企业可持续　发展、保护环境、为建筑工程提供优质建材都有一　定意义。　表２掺钢渣粉的普通硅酸盐水泥配比和强度测定结果　Ｙ系列掺加硬石膏　注：编号中Ｗ系列掺加二水石膏，　２．２强度试验　２．２．１普通硅酸盐水泥　・１３・　维普资讯 http://www.cqvip.com

在水泥中掺人１５％以下的钢渣粉或矿渣粉，配　掺量固定时，钢渣粉数量增加使水泥强度逐步下降：　制成普通硅酸盐水泥，强度测定结果见表２。可以　矿渣粉为１５％时，掺加１０％、２０％、３０％钢渣粉的　看出，无论是单独掺加１０％钢渣粉和１５％钢渣粉、　水泥强度等级分别为５２．５Ｒ、４２．５Ｒ和４２．５；矿渣粉　还是复合掺加１０ｏｋ钢渣粉＋５％矿渣粉制成的普通硅　为３ｏ％ｎ￣，掺加１０％、２０％、３０％钢渣粉的水泥强　酸盐水泥，强度等级都达到５２．５Ｒ的标准，而且与未　度等级分别为５２．５、４２．５和４２．５。特别值得注意的是，　掺钢渣粉的纯硅酸盐水泥相比较强度都有所提高。　复合掺加１０％钢渣粉＋１５％矿渣粉制成的复合硅酸　２．２．２复合硅酸盐水泥　盐水泥强度等级仍然达到５２．５Ｒ的标准，与未掺钢渣　表３给出了熟料含量４５％一７０％、钢渣粉掺加量　粉的纯硅酸盐水泥相当。图ｌ作出了矿渣量一定时　１０％～３０％、复合掺加钢渣粉和矿渣粉的复合硅酸盐　水泥强度随钢渣数量的变化。　水泥的配比及强度测定结果。可以看出，当矿渣粉　表３掺钢渣粉的复合硅酸盐水泥配比和强度测定结果　注：编号中ｗ系列掺加二水石膏，Ｙ系列掺加硬石膏　８　重６　６０　４　辖　萋４０　魁　２　蓬２Ｉ－２０％ＩＩ　０　辖　０　０　３　７　２８　３　７　２８　龄期，ｄ　龄期，ｄ　图１　矿渣掺量为Ｉ５％时水泥强度随钢渣掺量的变化　２．２．３钢渣矿渣水泥　制成普通水泥，强度测定结果见表３。可以看出无论　表４给出了熟料含量３５％、钢渣粉和矿渣粉掺　是用二水石膏还是用硬石膏，水泥的强度等级都达　加量均为３０％的钢渣矿渣水泥的配比及强度测定结　到了４２５　。　果。在水泥中掺人１５％以下的钢渣粉或矿渣粉，配　表４掺钢渣粉的钢渣矿渣水泥配比和强度测定结果　注：编号中ｗ系列掺加二水石膏，　Ｙ系列掺加硬石膏　２．２．４单掺钢渣粉对水泥强度的影响规律　量为２０％～４５％的水泥的配比及强度测定结果。由于　表５给出了熟料含量５０％～７５％、钢渣粉掺加　尚没有相应的水泥标准，表中借用矿渣硅酸盐水泥　・１４・　维普资讯 http://www.cqvip.com

的标准进行评价。可以看出，钢渣粉数量增加使水　３５％、４５％ｎ－，ｙ的水泥强度等级分别为５２．５Ｒ、４２．５Ｒ　泥强度逐步下降：钢渣粉在２０％～３５％范围内，水泥　和３２．５Ｒ。而矿渣粉掺加量为３０％和４５％的矿渣硅　强度等级为４２．５Ｒ；钢渣粉在４０％和４５％１ｔ－，Ｊ＂，水泥　酸盐水泥的强度等级均为４２．５Ｒ。图２和图３给出了　强度等级为３２．５Ｒ。采用硬石膏时，钢渣粉在２０％、　水泥强度随钢渣粉掺加量的变化规律。　表５单掺钢渣粉或矿渣粉的水泥配比和强度测定结果　注：编号中ｗ系列掺加二水石膏，Ｙ系列掺加硬石膏　８　芝６　‘Ｉ。。．。．－　。。，。。。－。。。。。３’。ａ。。。’’Ｉ　４　娶２　ｌ＋７±型Ｉｄ　Ｉ　蠢４６ＩＦ　【＋＝＝　　ｌ　２　　０　２０　２５　３０　３５　４０　４５　０　钢渣粉掺量／％　钢渣粉掺量／％　图２水泥抗折强度随钢渣掺加数量的变化　哑　出　辖　圜７Ｉ　．＋Ｉ－＆．－２ｄ８ｄ　ｌ　想赵　Ｆ　Ｉ—・—Ｍｌ！＝倒　　幽　钢渣粉掺量，％　图３水泥抗压强度随钢渣掺加量的变化　２．３掺加钢渣粉的水泥安定性试验　粉，其中掺４５％钢渣粉的水泥中分别采用二水石膏　由于钢渣粉中存在一些可能造成安定性不良的　和硬石膏，配制成水泥。三个压蒸试验用的水泥编　成分，比如游离ＣａＯ、Ｍｇｏ、ＦｅＯ、金属铁等，必须　号分别是表６中ｗ７、Ｗ１０和Ｙ２２。压蒸试验由国家　对钢渣粉进行安定性试验。本项研究采用压蒸法进　水泥质量监督检验中心按照国家标准ＧＢ／，Ｉ７５ｏ＿＿９２　行试验，这一方法是目前可以采用的条件最苛刻的　进行。测定结果见表６。试验数据表明，三个水泥的　方法。在水泥中单独掺加３０％和４５％武钢磨细钢渣　压蒸安定性都是合格的。　・ｌ５・　维普资讯 http://www.cqvip.com

注：编号中ｗ系列掺加二水石膏，Ｙ系列掺加硬石膏　２．４掺加钢渣粉的水泥水化热试验　掺人混合材料后水泥的水化热通常应该有所降　低，对于大体积混凝土而言，胶凝材料的水化热是　钢渣粉的５　样品，即复合掺钢渣粉和矿渣粉的水化　热与单掺矿渣粉相近；第三组为水化热最低的三个　样品：掺４０％磨细钢渣粉的３　羊品、掺４０％粉煤灰　造成混凝土绝热温度升温的主要原因。因此，最大　幅度地降低胶凝材料的水化热对于混凝土的耐久性　是十分重要的。　表７列出了混合物的配合比例以及ｌｄ、３ｄ、７ｄ　的水化热，其中混合材料总量均为４０％。由测试结　果得知，六个样品按照水化热数值大小可以分为三　组：第一组是水化热最高的未掺混合材料的纯中热　水泥；第二组是水化热次之的两个样品：掺４０％磨　绌矿渣粉的２　样品、掺２０％磨细矿渣粉和２０％磨细　的样品、掺２０％磨细钢渣粉和２０％粉煤灰的６　样　品。即单掺钢渣粉或复合掺人钢渣粉和粉煤灰的水　化热与单掺粉煤灰相近。这三个样品ｌ２ｈ的水化热仅　为纯中热水泥的一半左右，ｌｄ仅为其２／３左右，７ｄ　水化热为其３／４左右。可见掺钢渣粉可以显著降低　水化放热量，因而可以大大降低混凝土的绝热升温。　这对于大体积混凝土和夏季施工来说是十分有利　的。　表７水化热试验的样品配比和测定结果　３钢渣做水泥掺合料的机理探讨　３．１反应机理　１０％～２０％，还有少量的ＲＯ、ｆ－ＣａＯ等，占２５％左　右。因此碱度较高时，钢渣中含有较多的Ｃ３Ｓ和Ｃ　Ｓ，　具有一定的水硬活性。由于硅酸盐水泥熟料的生成　温度为１４６０￣Ｃ以上，但钢渣的生成温度在１５６０℃以　上，其矿物结晶致密，品粒较大，因此，钢渣为过　转炉渣的化学成分、岩相结构、水化过程、水　化产物、水化性能都与水泥熟料相似。主要含有ＳｉＯ　、　Ａ１　２０３，、Ｆｅ２０３、ＦｅＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｐ２０　ＳＯ３、　Ｆｅ等。随着炼钢过程中ＣａＯ的不断加入，　钢渣碱度Ａ＝Ｗ（ＣａＯ）／［Ｗ（ＳｉＯ￣）＋Ｗ（Ｐ　Ｏｓ）】不断提高，矿　物组成逐渐变化，主要的化学反应有：　２（ＣａＯ・ＲＯ・ＳｉＯ２１＋ＣａＯ＝３ＣａＯ・ＲＯ・２ＳｉＯ２＋ＲＯ　３ＣａＯ・ＲＯ’２ＳｉＯ２＋ＣａＯ＝２（２ＣａＯ’ＳｉＯ￣）＋ＲＯ　２ＣａＯ・ＳｉＯ２＋ＣａＯ＝３ＣａＯ・ＳｉＯ２　烧的低质硅酸盐熟料，水化速度缓慢。　３．２钢渣活性的激化　３．２．１化学激化　通过加入晶核并提高液相碱度的方法来加速其　水化硬化过程。钢渣作水泥基材料掺合料，一般加　入石膏或其他碱性激发剂。掂研究，利用烧石膏作　为激发剂，提高钢渣水泥早期强度明显。水化２８ｄ　时，钢渣水泥中有害粗大孔数量减少，使微细孔分　布更趋合理，孔结构性能改善，使其抗渗性、抗侵　蚀性提高。　３．２．２机械激发　式中ＲＯ为ＭｇＯ、ＦｅＯ和ＭｎＯ的固溶体。当碱　度在２～３时矿物是以ＣｚＳ为主的多种组合的固溶体，　加上Ｃ，ＭＳ　共占６０％～７Ｏ％（质量分数，下同），有少　量Ｃ３Ｓ（占５％），还有２０％～３０％的ＲＯ、ＣａＯ等。当　碱度大于３时，是以Ｃ３Ｓ为主（５５％左右），Ｃ　Ｓ占　・ｌ６・　维普资讯 http://www.cqvip.com

利用机械方法提高钢渣的细度，增大钢渣中矿　３５％钢渣粉的水泥可以达到４２．５Ｒ的强度等级要求。　物与水的接触面积，提高矿物与水的作用力，使其　钢渣结构结晶度下降而减少晶体的结合键，从而使　水分子容易进人矿物内部，加速水化反应。当钢渣　４．２掺加武钢磨细钢渣粉的水泥安定性良好。压蒸膨　比表面积达到４００ｍ　，ｋｇ时，具有非常高的活性，可　作为一种高活性掺合料来使用。武钢磨细钢渣粉的　比表面积为（４５０　４－５０）ｍ２／ｋｇ。对钢渣作水泥掺合料进　行研究得出：掺较细钢渣的水泥抗压强度较大，因　而较大的比表面积增加了水化速度。在混凝土中掺　加磨细钢渣粉具有良好的后期安定性。磨细钢渣粉　由于粉磨到了一定细度，游离的ＣａＯ和ＭｇＯ被活化，　在水泥水化早期就参与反应，不会造成混凝土的破　坏。通过机械粉磨，并在一定激发剂作用下，能充　分发挥钢渣的活性。　４结论　胀试验表明，即使掺人４５％的武钢磨细钢渣粉，水　泥的安定性均合格。　４．３掺人武钢磨细钢渣粉可以大大降低胶凝材料的　水化热。无论是单独掺加钢渣粉，还是与粉煤灰复　合掺人，其降低水化热的效果都是与单掺粉煤灰相　近，优于掺矿渣粉。这有利于降低混凝土的绝热升　温，适宜制备大体积的混凝土。复合掺钢渣粉和矿　渣粉时对水化热的降低效果与单掺矿渣粉时相近。　参考文献　［１】王涛，电炉钢渣应用技术研究［Ｊ］．冶金环境保护，１９９９，　（５）：５８－６７。　【２】李勇，孙树杉．提高钢渣水泥的强度和改善其性能的研究　４．１掺人武钢磨细钢渣粉可以制备高强度的普通硅　酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和钢渣矿渣水泥。与纯　硅酸盐水泥相比，掺１０％与１５％钢渣粉制成的普通　硅酸盐强度不降低，有时还略有提高，水泥强度等　级达到５２．５Ｒ。固定矿渣粉掺量１５％或３０％，钢渣粉　掺量为１０％～３０％时，复合硅酸盐水泥强度等级可以　分别达到５２．５Ｒ、４２．５Ｒ和４２．５。同时掺加３０％钢渣　粉和３０％矿渣粉的钢渣矿渣水泥强度标号高于　４２５。，［Ｊ］．冶金工业部建筑研究总院院刊，１９９８，（４）：５４～６１。　［３】李军华，钢渣微粉在水泥及混凝土中的作用［Ｊ］山东建材，　２００２，（４）：２１－２２。　［４］孙家瑛，磨细钢渣对混凝土力学性能及安定性能影响研究　［Ｊ】．粉煤灰，２００３，（５）：７－９。　［５陈益民等，磨细钢渣粉作水泥高活性混合材料的研究　５］【Ｊ］．水泥，２００１，（５）：１－４。　［６］朱桂林等，钢渣粉作混凝土掺合料的研究［Ｊ］，废钢铁，　２０ｏ２，（４）：２９－３２。　相当于ＩＳＯ标准的４２．５强度等级。单独掺加　攀钢开发出３００ｒａｍ×２００ｒａｍ　Ｈ型钢　攀钢第一支３　０　０　ｉｎｌｎ×２　０　０　ｉｎｌｎＨ型钢在攀　钢轨梁厂万能生产线诞生。经实物检测，各项指标　均符合要求，随时可投人批量生产，据介绍，这是　攀钢在近期开发成功的第二种Ｈ型钢产品，表明该　公司在利用万能生产线开发型钢方面取得重大进　展。　于拼搏、勇于创新的精神，在积极学习先进经验的　基础上，大胆运用自主知识产权进行孔型设计、工　艺优化。并借鉴连铸大方坯生产３　４　０　ｍｍ×２　５　０　ｍｍ大规格Ｈ型钢的经验，使自主研发的３　０　０×２　０　０ｍｍ的Ｈ型钢快速开发成功，并快速投人批量生　产。　笔者从攀钢轨梁厂生产部门获悉，今年１至５　月份，该厂已生产２　５　０　ｉｎｌｎ×２　５　０　ｉｎｌｎ、３４０ｍｍ×　２　５　０　ｍｍ两个品种的Ｈ型钢８　０　０　０多吨，在边生　攀钢市场信息显示，今年以来，Ｈ型钢市场日　趋火热。目前，Ｈ型钢产品在国内外市场供不应求。　面对Ｈ型钢良好的市场机遇，攀钢在抓好重轨、３１０　乙字钢、方圆钢等产品生产的同时，加快了Ｈ型钢　开发步伐。由于Ｈ型钢对攀钢来说是一个新型品种，　该公司缺少自主研发经验，在开发中遇到了许多意　想不到的技术难题。为确保３　０　０　ｍｍ×２　０　０　ｍｍ　Ｈ型钢这一新产品的开发成功，为开发更多的Ｈ型　产品积累经验，攀钢轨梁厂的科技人员积极发扬敢　产边销售中，已有７　０　０　０多吨的Ｈ型钢在市场热　销，Ｈ型钢正日渐成为攀钢制胜市场的又一“利器”。　目前，该公司正根据目前Ｈ型钢产品的市场上需求　情况，加快Ｈ型钢其它品种的研究、开发、力争让　更多的Ｈ型钢产品投放市场。　・１７・