钢渣微粉水化性能研究

2020-06-08李鸿轲付二全任彦飞陈美祝慕维东尹宝沣

建材世界 2020年2期

李鸿轲,付二全,任彦飞,陈美祝,慕维东,尹宝沣

(1.内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司,呼和浩特010050；2.武汉理工大学,武汉430070)

我国粗钢年产量接近10亿t,钢渣是炼钢的副产品,我国每年会产生超过1亿吨的钢渣,但利用率却不到30%,剩余大量钢渣堆积不仅造成土地资源浪费,也是环境污染的源头之一[1,2]。因此,钢渣处理和资源化利用任务相当艰巨,如何规模化有效利用产量巨大的废弃钢渣,是我国降低环境污染、实现绿色发展亟待解决的问题[3]。钢渣与水泥熟料有相似的矿物组成和化学成分,是一种具有潜在活性的胶凝材料[4,5]。不少研究人员在钢渣作为水泥或者矿粉的替代物应用于水泥混凝土方面做了大量研究,均表明钢渣微粉掺入水泥中是可行的[6-11]。

该文对钢渣微粉掺入水泥中组成复合胶凝材料进行了砂浆实验与水化热实验,对钢渣微粉潜在胶凝性的发展进行了探究,对进一步开发钢渣胶凝活性及其推广应用具有指导意义。

1 实验

1.1 原材料

钢渣:内蒙包头钢铁集团有限责任公司生产的热闷钢渣,钢渣的化学组成见表1。将粒径为10～20 mm的钢渣投入水泥熟料球磨机中,粉磨30 min,得到的粉末通过9 mm 的方孔筛,即为试验所用的钢渣微粉,其比表面积为467.8 m2/g。水泥:安徽海螺水泥公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥。标准砂:厦门艾思欧标准砂有限公司生产的ISO 标准砂。

表1 包钢钢渣化学组成 w/%

1.2 方法

砂浆成型和流动度测试参照规范《JGJ70—2009建筑砂浆基本性能试验方法》执行。砂浆抗折抗压强度测试参照规范《JGJ70—2009建筑砂浆基本性能试验方法》执行。使用法国SETARAM 公司生产的C80微量热仪,测试钢渣微粉和水泥的3 d水化热。

钢渣微粉掺入水泥中的掺量分别为0,10%,20%,30%,40%,50%(钢渣粉掺入水泥的掺量一般是30%,左右各偏移2个10%取点,0作对照)。砂浆实验的水胶比为0.5,实验编号与胶凝体系的组成如表2所示。

表2 试验编号与胶凝体系组成

2 结果与讨论

2.1 砂浆流动度

钢渣微粉掺量对砂浆流动度的影响见图1。可以看出,钢渣微粉的掺入不会降低水泥砂浆的流动性,相反,随着钢渣微粉掺量的增加,水泥砂浆的流动度有增大趋势,二者正相关。

2.2 砂浆抗折强度与抗压强度

钢渣微粉掺量对砂浆抗折强度、抗压强度的影响见图2、图3。可以看出,无论什么龄期,随着钢渣微粉的掺入,水泥砂浆的抗折强度与抗压强度都随着掺量的增加而降低。

为了研究钢渣微粉对水泥-钢渣微粉复合胶凝体系的胶凝性能的影响,将纯水泥砂浆的抗压强度作为标准参考值,设为100%,分析其他试样抗压强度与纯水泥砂浆抗压强度的比值。

水化龄期对抗压强度比的影响见图4。可以看出,钢渣微粉掺入到水泥中,砂浆抗压强度比随着水化时间的增加逐渐增大,这说明无论掺量多少,随着水化的进行,钢渣微粉的潜在胶凝性被激发,钢渣微粉的潜在胶凝性在水化后期要优于水泥。掺入30%钢渣微粉时,其砂浆28 d抗压强度仅为纯水泥砂浆28 d抗压强度的74.8%,达到二级钢渣粉的活性标准。

2.3 砂浆的折压比

砂浆的折压比定义为各个龄期,砂浆的抗折强度与抗压强度的比值,反映了砂浆的韧性。

钢渣微粉掺量对砂浆折压比的影响见图5。随着钢渣微粉的掺入,砂浆的折压比呈增大趋势。这说明,无论在什么水化龄期,钢渣微粉的掺入会提高水泥砂浆的韧性,且掺量越高,韧性提高就越多。

2.4 水化热

水泥和钢渣微粉3 d水化热曲线见图6,作曲线积分处理,得到水泥的3 d水化放热量为220.309 J/g,钢渣微粉的3 d水化放热量为29.182 J/g,仅为水泥3 d水化放热量的1/9。钢渣微粉作为胶凝材料掺入水泥中,可以降低水泥水化热,缓解水泥水化热过高带来的混凝土温度收缩问题,从而可以应用于大体积混凝土。