激发剂对钢渣复合胶凝材料再利用

2014-08-22李翔

资源节约与环保 2014年3期

关键词：废渣碱度钢渣

李翔

（中南大学冶金与环境学院湖南长沙 410083）

激发剂对钢渣复合胶凝材料再利用

李翔

（中南大学冶金与环境学院湖南长沙 410083）

炼钢过程中产生的废渣则为钢渣，主要原料为钢渣，可作为循环再利用材料，将少量激发剂掺入，分析激发剂对钢渣胶凝材料性能所产生的影响。钢渣中掺入激发剂后，其活性显著提高，将早期钢渣胶凝材料性能极大改变。在激发剂的作用下，可增加119.8%的钢渣胶凝材料3d抗压强度。对于钢渣胶凝材料而言，激发剂对浆体水化产物种类没有明显影响。

钢渣胶凝材料；水化产物；激发剂；再利用

炼钢过程中产生的废渣则为钢渣，钢渣为潜在水化活性胶凝材料，其化学成分相似于水泥熟料，实现工业废渣建筑材料高值化与资源化关键的途径之一就在于钢渣做混合材生产钢渣胶凝材料上，但是，早期的钢渣胶凝材料强度较低，这是由于其水化活性弱的缘故，所以，对钢渣胶凝材料性能进行改造以及将胶凝材料中钢渣的掺量提高等技术不断得到应用，其中研究重点就在于怎样提升早期强度、及钢渣活性的有效激发。为控制环境污染、对钢渣进行充分利用，文章中的材料使用钢渣，创新高钢渣掺量的钢渣胶凝材料，以研究激发剂对钢渣胶凝材料水化产物微观结构以及对钢渣胶凝材料性能产生的影响。

1 原料与方法

采用成分为工业废渣硫酸盐激发剂、钠盐工业废渣的钠型激发剂、以及碱性复合激发剂。试验主要原料则为钢铁厂磁选除铁转炉钢渣、水淬高炉矿渣、以及水泥厂二水石膏、熟料。水量以同等标准稠度为水泥净浆试样成型原则，采用X射线衍射仪对水化产物进行分析，采用扫描电镜观察水泥石微观结构和形貌。

2 钢渣胶凝材料性能受激发剂影响

复合激发剂，以显著激发效果、降低激发剂用量。从不同程度上，两种激发剂均提高了早期钢渣胶凝材料的强度，并缩短了钢渣胶凝材料的终凝及初凝时间。激发剂加速了早期钢渣胶凝材料水化反应速度，将钢渣水化活性有效提高，这样，早期钢渣胶凝材料的强度获得提升，因此，复合掺加激发剂，起到改善激发效果、减少激发剂用量的作用。

3 钢渣胶凝材料强度受钢渣掺量影响

为了对最佳钢渣掺量进行分析，钢渣掺量在20%至50%，复合激发剂掺量在3%，石膏掺量为5%，固定熟料掺量在20%的范围内变化，并随之变动矿渣掺量，当增加钢渣掺量后，也降低了钢渣胶凝材料的抗压强度。其抗压强度在钢渣掺量小于40%时变得异常缓慢，表明熟料、矿渣与钢渣之间相互作用明显。掺入的钢渣并没有将钢渣胶凝材料的强度大幅降低，因钢渣具有较高的活性，但如果掺入钢渣量大于40%，则会大幅降低钢渣胶凝材料抗压强度。当掺入熟料量适合的条件下，激发出钢渣活性，大量的硅氧离子和离子团被钢渣水化释放出来，水化硅酸钙的生产就是硅氧离子和离子团参与水化反应后的结果。剩余了大量，由于钢渣碱度偏高所致，而钙在矿渣中的含量极其有限，当钢渣水化释放出的被矿渣水吸收之后，生产大量水化产物，从而使钢渣胶凝材料的强度得以保证。伴随不断增加的钢渣掺入量，减少了矿渣掺量，与此同时，逐渐降低了钢渣胶凝材料的抗压强度。这时继续增加钢渣掺量，更多的被钢渣水大量水化释放出来，少量的矿渣则对其难以吸收，从而抑制钢渣水化，很大程度上降低了钢渣胶凝材料抗压强度。

4 钢渣胶凝材料强度受熟料掺量的影响

为对钢渣胶凝材料强度受熟料掺量的影响进行分析，熟料掺量控制在15%至45%内，复合激发剂掺量则控制在3%，石膏掺量是5%，固定钢渣掺量控制在30%内变化，随之变动矿渣掺量。钢渣胶凝材料强度受熟料掺量影响参见图中(a)、(b)所示。

图钢渣胶凝材料强度受熟料掺量影响曲线图

在图(a)中，不断增加的熟料掺量显著提高了早期钢渣胶凝材料抗压强度。但是，熟料掺量大于20时，从一定程度上降低了早期钢渣胶凝材料抗压强度，这是因为当熟料掺量较高时，矿渣难于迅速吸收水化初期溶液中的，对钢渣的水化进行抑制，所以降低了钢渣胶凝材料其抗压强度；而熟料掺量较低时，水化液相碱度通过熟料矿物水化释放出的，而逐渐上升，对解离钢渣中玻璃体起到加速的作用，形成水化硅酸钙等水化产物，将早期钢渣胶凝材料抗压强度大幅提升。总而言之，在钢渣水泥中，熟料主要的作用是晶核、并对液相碱度进行调整。不断增加的熟料掺量显著提高了后期钢渣胶凝材料抗压强度。熟料掺量大于20时，持续增加了后期钢渣胶凝材料抗压强度，表示此时熟料掺量正适合，充分激发出活性矿物，在图(b)中，，20%左右的熟料掺量条件下，具有着较高的早期与后期钢渣胶凝材料抗折强度。通过上述分析，得出适宜的熟料掺量时，熟料水化将钢渣的活性充分激发出来，并给钢渣水化提供了适合的碱度，钢渣胶凝材料最佳性能才得以呈现。以20%至25%的熟料掺量为标准来考虑早期和后期水泥强度最为适宜。