刘奎

(长沙市公路桥梁建设有限责任公司,湖南长沙 410011)



钢渣粉回收利用及对水泥强度的影响分析

刘奎

(长沙市公路桥梁建设有限责任公司,湖南长沙 410011)

摘要:钢渣的成分、性质与水泥熟料相似,它能以各种形式掺入水泥中用作水泥的生产原料,可节约资源和解决钢渣堆积回收问题,但其易磨性、安定性和活性激发影响了钢渣在水泥行业中的应用。文中通过试验,分析钢渣不同比表面积和不同掺入量对水泥强度的影响,找出适当的比表面积和掺入量,从而确定水泥生产中钢渣配比方案。

关键词:公路;钢渣;比表面积;掺入量;配比方案

随着人们环保意识的增强,废弃钢渣的综合利用受到广泛关注,并得到不同程度的开发和利用。钢渣是继矿渣、粉煤灰之后具有较大产量和利用价值的可回收资源,其回收利用需在分类处理、分级加工的基础上进行,以降低成本或改善其性能。

1 钢渣在水泥行业中的回收利用

研究钢渣在水泥中的高效利用,有助于提高钢渣的使用率和附加值,且能降低水泥成本,促进水泥行业的“绿色”发展。

(1)目前钢渣掺量为20%～50%的钢渣水泥可分为钢渣沸石熟料、无熟料钢渣矿渣水泥、矿渣硅酸盐水泥、少熟料钢渣矿渣水泥和钢渣硅酸盐水泥5类。钢渣水泥具有耐磨、耐腐蚀性高,水热化低,抗冻和后期强度高等一系列优点。

(2)在矿渣微粉被普遍应用之后,近年来钢渣微粉的开发利用成为了热门话题,无论是单纯的钢渣生产微粉,还是与其他矿渣的复合微粉都能对水泥生产中易磨性差异问题产生良好的消除作用。

(3)经稳定化处理的钢渣能用作道路的垫层及基层,其强度、抗弯沉性、抗渗性都比天然石材好,但将钢渣用作道路材料其附加值相对较低,无论是建筑企业还是钢铁企业对这方面都不是很重视。

(4)通过稳定化处理的钢渣,可用作地面砖、免烧砖及砼预制件等建筑材料,其产量较大,高达60%,与黏土砖或粉煤灰砖相比其强度和耐久性都有优势,可节约水泥及黏土。

2 影响钢渣在水泥行业中应用的因素

钢渣的物理、化学性质决定了其用于水泥行业时存在一定的缺陷,主要表现在:

(1)易磨性差。目前,大多认为钢渣是一种难以被粉末的物料,这是生产中一个不可忽视的问题。主要是因为钢渣粉中含有高达97%的几乎不能磨细的金属铁。除硬度大外,韧性也是其易磨性差的原因之一。但随着磁选技术的进步,剔除钢渣中的铁后其易磨性明显上升。

(2)安定性差。在钢渣应用于水泥、砼行业时,其体积安定性是不能忽视的一个重要因素。钢渣的安定性不良是由其中氧化钙、氧化镁、氧化铁等造成的,尤其是容易发生体积膨胀的氧化钙、氧化镁水化反应,这是影响钢渣安定性的最主要原因。

(3)活性激发低。硅酸盐、铝酸盐等矿物使钢渣具有胶凝性,这些矿物晶体完好、晶粒大,氧化铁、氧化镁也掺杂其中,在高温、冷却时产生大量介稳态的玻璃体,钢渣活性降低,使得钢渣作为混凝材料应用于水泥砼中受到限制。因此,需要激发钢渣的活性。钢渣活性激发方式包括化学激活法、机械激发法和热力激发法。

3 钢渣比表面积和掺量对水泥强度的影响

3.1 试验原料

试验原料包括比表面积分别为430、450、470、500 m2/kg的钢渣(其化学成分见表1),石膏,水泥熟料(其化学成分见表2),ISO标准砂,自来水。

3.2 试验方案

制作不同钢渣比表面积和掺量的水泥试件,放入水环境中进行适当养护,测定其抗折强度和抗压强度,分析钢渣掺量和比表面积对水泥砼强度的影响。物料配比见表3。

表1 钢渣的化学成分

表2 熟料和石膏的化学成分

表3 不同钢渣比表面积掺入量下的物料配比

3.3 强度测定

按《钢渣硅酸盐水泥》的要求,分别测试试件3、28 d抗折强度和抗压强度。

(1)抗折强度。分别对每个组不同龄期的5条试块进行抗折强度测定。测定前擦去试件表面的水分和砂粒,清除夹具上圆柱表面粘着的杂物。试件放入抗折夹具内,使试件侧面与夹具接触。加荷速度为(50±10)N/s。以5个试件为一组,以其算术平均值作为抗折强度试验结果(精确至0.1 MPa)。若5个强度值中有超出或低于平均值10%的,则将其删除后取平均值作为抗折强度试验结果。

(2)抗压强度。抗折强度测定后立即测试抗压强度。测定前清除试件受压面与加压板间的砂粒或杂物,用抗压夹具(试件受压面积为40 mm×40 mm)测定试件抗压强度,受压面是试件的侧面。加荷速率为(2 400±200)N/s,均匀加荷直至破坏。以10个棱柱体为一组,取其平均值作为抗压强度试验结果(精确至0.1 MPa)。如果10个测定值中有1个超过或低于5个平均值的10%,则将其删除,以剩下9个的平均值作为试验结果。如果9个测定值中还有超出或低于其平均数10%的,则该组结果作废。

3.4 试验数据处理及分析

3.4.1 3 d强度

对试件3 d强度进行检测,得到不同钢渣比表面积和掺量时水泥的3 d强度,经统计后计算出均值,剔除不合格数据,得到图1、图2和表4。

图1 钢渣掺量和比表面积对水泥3 d抗折强度的影响

图2 钢渣掺量和比表面积对水泥3 d抗压强度的影响

表4 钢渣水泥3 d强度均值

由图1可以看出:随着钢渣掺量的增加,水泥的3 d抗折强度减小;钢渣比表面积增大时强度也增大。当比表面积为500 m2/kg,掺量由20%增加至30%时,抗折强度下降速度快;由30%增加至50% 时,抗折强度下降速度有所减缓。比表面积为470 m2/kg、掺量为20%～30%时,抗折强度变化不大;掺量为30%～50%时变化大,基本上呈直线。比表面积为450 m2/kg、掺量由30%增加至40%时,抗折强度下降幅度大,其余掺量时变化较小。比表面积为430 m2/kg时,抗折强度的数值变化比较平稳,基本上呈直线。

由图2可知:随着钢渣掺量的增加,水泥的3 d抗压强度减小;随着比表面积的增大,抗压强度增大。比表面积为500 m2/kg、掺量为30%～40%时,抗压强度下降速度快,在其他掺量时抗压强度下降速度有所减缓;比表面积为470 m2/kg、掺量为30% ～40%时,抗压强度下降速度快,在其他掺量时抗压强度下降速度有所减缓;比表面积为450 m2/kg、掺量为20%～30%时,抗压强度变化不大,其他掺量时变化较大,基本上呈直线;比表面积为430 m2/kg 时,抗压强度变化在掺量30%～40%时最平缓,其他掺量时变化快,尤其是在掺量为20%～30%时。

根据表4,对照现有相关标准,不同钢渣掺量和比表面积的钢渣水泥的强度达标情况见表5、表6。

表5 钢渣水泥3 d抗折强度达标情况

表6 钢渣水泥3 d抗压强度达标情况

3.4.2 28 d强度

对试件28 d强度进行检测,得到不同钢渣比表面积和掺量时水泥的28 d强度值,经统计后计算出均值,剔除不合格数据,得到图3、图4和表7。

图3 钢渣掺量和比表面积对水泥28 d抗折强度的影响

图4 钢渣掺量和比表面积对水泥28 d抗压强度的影响

表7 钢渣水泥28 d强度均值

由图3可知:随着钢渣掺量的增加,水泥的28 d抗折强度减小;随着比表面积的增加,抗折强度增大。比表面积为500 m2/kg时,抗折强度变化较均匀,基本上呈直线;比表面积为470 m2/kg时,抗折强度在掺量为20%～40%时变化不大,但在40%～50%时变化较大;比表面积为450 m2/kg、掺量为20%～30%时变化较小,30%～50%时变化较大;比表面积为430 m2/kg,抗折强度变化在掺量为30% ～40%时最平缓,其他掺量时变化稍大,总体来说变化较为平缓。

由图4可知:随着钢渣掺量的增加,水泥的28 d抗压强度减小;随着比表面积的增大,抗压强度增大。比表面积为500 m2/kg、掺量为20%～30%时抗折强度变化不大,30%～50%时变化加大且为一条直线;比表面积为470 m2/kg时,抗压强度在掺量为20%～30%时变化不大,30%～50%时减小速度加快;比表面积为450 m2/kg、掺量为30%～40%时抗压强度变化不大,其他掺量时变化大;比表面积为430 m2/kg时,变化大小接近,呈一条直线。

根据表7,对照现有相关标准,不同钢渣掺量和比表面积的钢渣水泥的强度达标情况见表8、表9。

表8 钢渣水泥28 d抗折强度达标情况

表9 钢渣水泥28 d抗压强度达标情况

根据表5、表6、表8、表9得出钢渣水泥强度达标情况(见表10)。

表10 钢渣水泥强度达标情况

4 结论

试验证明钢渣是一种很好的混合材料,加入适量的钢渣能改变水泥的强度,其各项性能均满足标准要求。其中:钢渣比表面积450 m2/kg、掺量为20%时水泥能达标;钢渣比表面积470 m2/kg,掺量为20%和30%时水泥能达标;钢渣比表面积500 m2/kg、掺量为20%、30%、40%和50%时水泥能达标。据此确定以比表面积450 m2/kg、掺量20%的配比方案投入水泥生产。

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收稿日期:2015-12-07

中图分类号:U416.216

文献标志码:A

文章编号:1671-2668(2016)02-0105-04