钢渣粉在水泥混凝土中的应用研究.doc

钢渣微粉在水泥混凝土中的应用研究摘要：钢渣粉作为混凝土的活性掺合料可以改善混凝土的工作性能本文综述了 钢渣微粉的组成及其特性，揭示了其水硬活性和活化措施，包括机械活化、化学 活化、热力学活化及相分离活化等，并分析了钢渣微粉对混凝土的性能影响关键词：钢渣粉 活化 混凝土The research in the application of the steel slag powderin the concreteAbstract： The workability of the concrete can be improved by the application of the steel slag powder used as reactive additive. The component and properties were introduced and the mechanism of the concrete hydration with steel slag powder was revealed. The methods, which can activate the steel slag powder, including mechanical activation, chemical, thermodynamics and phrase disengagement methods was introduced and the effect of the steel slag powder on the properties of the concrete was analyzed.Keyword： steel slag powder activation concrete前言我国钢铁产业每年排放大量的固体废渣，其中钢渣的排放量达到近亿t。

大 量钢渣的存放不仅占用土地，还会污染周围的环境对于水泥混凝土行业，我国 的水泥产量居世界之首J%随着城市建设的不断发展，现代工程建筑对混凝土 性能和质量的要求不断提高，化学外加剂在混凝土工程中得到普遍应用后，活性 矿物掺合料日益引起混凝土工程界的广发关注其中，硅灰，粉煤灰等矿物掺合料在混凝土中的应用，可大幅度的提高混凝土的性能但普遍使用的硅灰、粉煤 灰等已出现了货源短缺及价格上涨等现象，较大程度限制了混凝土产业发展⑶将钢渣粉作为混凝土的活性矿物掺合料，由于钢渣微粉的比表面积大，活性 好,可与熟料粉混合配制水泥，同时可以作为外加剂替代水泥直接掺入混凝土中， 生产性能优越的高性能混凝土，降低水泥和混凝土的成本，为制备绿色高性能混 凝土提供了一条有效地途径，实现钢渣资源化合高价值化的综合利用充分利用 钢渣是实施循环经济，降低成本、节约资源、实现国家宏观资源调配以及经济可 持续发展的有效途径⑷1、钢渣粉的化学成分及特性1.1钢渣粉的化学成分表1 钢渣的化学成分绢八 CaO SiO2 AI2O3 FeO Fe2O3 MgO MnO分p205J 40%~50 12%~18 2%<% 7%.10% 5%~20% 4%~10% 1%~25量 ％ % %1 %~4%钢渣粉的化学成分以CaO和SiO2为主，其余为A12O3. MgO、FeO和Fe2O3 等组分。

另外，还有少量的S、P和游离CaO、MgO等，这些二价离子的游离金 属氧化物以RO相表示，常以固溶体形式出现以化学成分而言，钢渣粉和水泥 熟料有些相似，只是氧化物含量差别较大⑸1.2钢渣粉的特性将钢渣经机械磨细后，可以改变原先的晶体结构，增加颗粒表面的活化能， 可以充当水泥或水泥混凝土的活性材料另外，钢渣粉具有较好的流动性、耐久 性、体积稳定性和抗碱骨料反应，混凝土中掺加钢渣粉后可提高混凝土的和易性, 消除碱骨料反应⑹2、钢渣微粉的水硬活性及活化措施钢渣的胶凝活性来源于其含有的硅酸盐、铝酸盐及铁铝酸盐矿物，其中所含 的硅酸二钙C2S＞硅酸三钙C3S对强度的贡献最大钢渣中的主要矿物相R0相 没有胶凝性，而且吸收氧化钙，使钢渣中的硅酸三钙减少虽然钢渣的化学成分与水泥熟料相似，但它的生成温度比硅酸盐熟料高了很多，其矿物结晶致密、晶 粒较大，水化速度缓慢，只是一种具有潜在活性的胶结材料；且钢渣中含有大量 的CaO、MgO成分，控制不当极易造成安定性不良的后果⑺另外，钢渣粉中 虽然含有少量C3S> C2S和铁铝酸盐，使其具有胶凝性，但其含量比水泥熟料少, 且矿物晶体发育较大较完整，造成了其活性较低。

因此将钢渣用于水泥和混凝土 中必须对其活性进行激发2.1机械方法钢渣粉磨得越细，活性越高如果把钢渣磨成微粉，使其比表面积达到 300〜400m3/kg时，就具有非常高的活性，可作为一种高活性混合材料来使用⑻钢渣微粉的“微细化程度”对其在混凝土中的水化性能以及微集料性能起相 当作用钢渣粉磨得越细，活性越高磨细的钢渣粉与水泥有很好的适应性，20% 以内取代水泥可提高硬化混凝土的强度、可泵性及综合耐久性能利用机械方法提高钢渣的细度可以激发其潜在活性磨细步骤增大了钢渣中 矿物与水的接触面积，提高了矿物与水的作用力，使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入矿物内部，加速水化反应⑼2.2热力学方法钢渣微粉的热力学方法主要以蒸汽、焙烧、水热作为热力激发手段高温高 湿的水蒸气使钢渣板块产生热应力，同时钢渣中的RO相CaO包裹体和f-CaO 消解产生膨胀应力，使渣块迅速地裂解成碎块，最终成为钢渣微细粉，从而提高 其活性其中，最典型的一种具体操作方法是闷渣法，也即在红热钢渣上均 匀适量洒水，促使其粉化2.3化学方法化学激发方法主要有碱性和酸性两类其主要机理是通过改变矿物形成过程 来激发钢渣的活性。

碱性激发剂有石膏、熟料、石灰和碱金属的硅酸盐、碳酸盐、 硫酸盐和氢氧化物等在这些物质的作用下，钢渣玻璃态结构迅速解离，硅氧及 铝氧高子团溶出，产生大量的沸石类水化产物，使结构不断致密，强度显著提高 酸性激发剂包括硝酸、硫酸、甲酸等采用酸性激发剂能激发钢渣的早期活性， 这主要是由于在早期水化体系是一个碱性动态平衡体系，加入适量的酸性物质，有利于平衡向碱性物质溶出的方向移动，促进水化产物的生成m】2.4相分离活化对于相分离活化是指通过特定的分选工艺实现钢渣中活性矿物与非活性矿 物的相分离，提高钢渣的水化活性对于钢渣中的非活性矿物，常规提高钢渣活 性的方法如激发剂、热活化及物理活化都不能显著提高其活性，因而，从材料自 身特性着手，采取某种工艺实现钢渣中活性组分与非活性组分的相分离，同样也 能达到提高钢渣活性的目的具体方法主要有粉磨、风选及磁选等3、钢渣微粉对混凝土性能的影响3.1工作性能影响钢渣粉的掺入有利于提高新拌混凝土的工作性能由于钢渣粉的比表面积小 的特点，可以改变水化基体的孔道大小与分布，在水泥浆体之间形成光滑的移动 表面，对浆体的流动性起到积极作用，导致了掺加钢渣粉的水泥混凝土与未掺钢 渣粉的混凝土相比，掺钢渣粉能改善混凝土的和易性，坍落度增大。

另外，钢渣 粉比表面积越大，混凝土初始坍落度越小，这是由于比表面积增大后，钢渣微粉 本身所需水量增大的缘故「⑶但掺加钢渣粉使混凝土的凝结时间延长，-•般延 长时间0.5〜lh"4］3.2力学性能影响钢渣微粉具有一定的活性，掺入混凝土能影响混凝土的力学性能当钢渣微 粉替代部分水泥掺入混凝土中时，钢渣混凝土早期平均强度较普通混凝土有所降 低，但后期混凝土的强度有所上升这是由于钢渣粉的活性较水泥活性较低，其 水硬性在后期能得到有效发挥随着钢渣微粉掺加用量增大，其强度下降程度越 大g⑹c通过与粉煤灰或磨细矿渣混掺可以较好的起到相互激发、相互活化的 作用，发挥较好的复合效应，从而改善混凝土的力学性能随着钢渣微粉比表面积增大，无论是早期强度还是后期强度均有所提高这 是由于微细颗粒的比表面积大，反应活性点明显增加，大大提高了其水化反应活 性；同时，这些微细颗粒易于填充较小的空隙，可提高混凝土的结构致密度，从 而提高其强度"引3.3干燥收缩加入钢渣粉可以有效改善混凝土的收缩性能，这跟钢渣中含有的一定量的 CaO、MgO有关这些物质在粉磨过程中得到了活化，可以在水泥水化过程中 发生化学反应产生微量的膨胀，对混凝土收缩起到一定的补偿作用〔也。

另外，掺加钢渣微粉能有效提高混凝土的耐磨性、抗渗性和抗冻性能，使混 凝土的脆性降低，抗折强度增大口14、总结钢渣微粉具有跟水泥类似的组成，具有潜在利用价值将钢渣微粉活化处理 后，可作为一种活性材料掺入水泥，制备高性能混凝土在实现了钢渣高附加值 资源化利用的同时，实现了以废弃资源替代高能耗、高污染资源的目的，为炼钢 产生的大量钢渣的处置节约了大量的堆存场地，减少了对环境的污染，其社会、 经济效益显著参考文献HJ孙家瑛.钢渣细度对水泥混凝土物理力学性能影响.粉煤灰综合利用，2004, 5： 3~5.［2］ 李云峰，王玲，林晖.掺钢渣粉混凝土工作性和力学性能研究.混凝土，2008, 9： 38-40.［3］ 胡曙光，彭艳周，陈凯，丁庆军.掺钢渣活性粉木混凝土的制备及其变形性 能.武汉理工大学学报，2009, 31 (1)： 26〜33.14J唐祖全，钱觉时，王智，李长太，李健.钢渣混凝土的导电性研究，混凝土 2006, 6： 12~14.［5］邹启贤，喻世涛.钢渣微粉对高强混凝土性能的影响.混凝土与水泥制品，2009, 4： 12〜1516］孙宝云.用于水泥和混凝土中的钢渣粉.四川建材，2005, 3： 34〜36.17J陈志新，谢开嫣.钢渣粉作为混凝土活性掺合料的试验研究及应用.工程质 量，2008, 5： 44〜47［8］李军华.钢渣微粉在水泥及混凝土中的应用.山东建材,2002, 23 (2)： 21〜2219J孙家瑛，王志新.钢渣微粉对混凝土路用性能的影响.建筑材料学报，2006,(4) ： 477〜480[10] 刘天成，杨华明.超细钢渣及高性能混凝土掺合料的最新进展.金属矿山， 2006, 9： 8〜13[11] 王博，戴连鹏.磨细钢渣高性能混凝土的实软研究.沈阳建筑工程学院学 报，2003,19 (2)： 148-149.112J唐卫军等.钢渣一矿渣复合微粉的活性试验研究.混凝土,2007( 12)：65〜68.[13] 吴伟伟，杨钱荣.钢渣水硬活性及在水泥混凝土中的应用研究进展.粉煤灰 综合利用,2009, 6： 51〜54[14] 孙世国，崔恒忠，林国棋，冷晖.钢渣混凝土与普通混凝土的强度对比研究. 粉煤灰综合利用,2005, 3： 32〜34.H5J 丁庆军，李春，姜从盛，王发洲，胡曙光.利用钢渣制备高耐磨水泥混凝土 的研究.混凝土，2000, 9： 36-39[16]陶珍东，郑少红，张秀芝，吴波等.利用钢渣微粉制备高撮度混凝土的试验 研究.水泥工程,2003, 6： 10〜12.117J袁玲，汪正兰.钢渣矿渣复合掺合料对水泥浆体性能的影响.安徽建筑工业 学院学报,2004,12(3)： 43-46.[18] 孙家瑛.磨细钢渣对混凝土力学性能及安定性影响研究.粉煤灰，2003, 5： 7~9・[19] 王玲，李云峰，林晖.掺钢渣粉水泥胶砂早期收缩性能研究.混凝土与水泥 制品，2008, 3： 16〜18120J陈德玉.磨细钢渣掺量对水泥和混凝土性能的影响.有色金属,2008,60(4)：131-135.。