处理方式对水泥混凝土用钢渣砂体积安定性的影响.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 1期 (总 第 2 6 5 期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HEORET I CAL I ES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 1 0 0 7 处理方式对水泥混凝土用钢渣砂体积安定性的影响 伦云霞 ,刘绍舜 ,周明凯 。 ( 1 武汉工业学院 土木系, 湖北 武汉 4 3 0 0 2 3 ;2 中国葛洲坝集团 桂兴高速公路项目部,广西 桂林 5 4 1
2、 0 0 0 3 武汉理工大学 材料科学与工程学院,湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要: 针对当前天然砂资源日益匮乏的现状 , 采用炼钢厂的副产品钢渣作细集料替代天然砂, 但钢渣砂的体积安定性一直是制约 其应用的关键问题。 借助 x 一 射线衍射法、 甘油一 乙醇法和砂浆棒测长法等测试方法, 研究了钢厂内预处理方式( 热泼法、 自 然冷却法) 和实 验室后期处理方式( 自然陈放、 8 h 蒸汽处理和 3 h 压蒸处理法 ) 对钢渣砂的膨胀组分含量和砂浆棒膨胀率的影响规律。 结果表明: 热泼和 自然冷却两种预处理钢渣砂的矿物组成相同, 各组分的含量不同; 经相同时间陈放后, 热泼渣安定
3、性的改善程度大于自 然渣的; 蒸汽和压 蒸处理工艺, 通过加速钢渣砂中膨胀组分的水化 , 达到改善其安定性的目的。 因此, 预处理工艺影响钢渣砂的安定性, 提高钢渣砂的安定性 需从源头上选择合理的预处理工艺 ; 与蒸汽处理工艺相比, 压蒸处理能在短时间内显著改善钢渣砂的安定性。 关键词 : 钢渣砂 ;安定性 ;预处理 ;后期处理 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 1 - 0 0 2 1 0 3 Effec t of t r e a t me nt me t hods on v ol um e s
4、t abi l i t y o f s t ee l sl a g s an d f or c e m e nt an d c onc r e t e LUN Yu n - x i a LI U S ha o - s h u n z , ZHOUMi n g - ka i ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , Wu h a nP o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y , Wu h a n4 3 0 0 2 3 , C h i n a ; 2 Ma na g e me n t De pa
5、r t me n t o f Gu i x i n g Ex p r e s s wa y, Ch i n a Ge z h o u b a Gr o u p Co , L t d , Gu i l i n 5 41 0 0 0, Ch i na 3 S c h o o l o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n dE n g ine e r i n g , Wu h a nUn i v e r s i t yo f T e c hno l o g y , Wu h a n4 3 0 0 7 0 , C h i n a ) Abs t r ac t : Us
6、ing s t e e l s l a g, a b y p r o d u c t o f s t e e l pl ant , a s fi n e a g g r e g a t e a i ms a t t h e s i t ua t i o n o ft h e i mb a l an c e b e t we e n s u pp l y and d e mand o f na t u r a l s a n d, b u t u n s o u n d ne s s h i n d e r s i t s e x t e ns i v e u s e I t wa s i n
7、v e s t i g a t e d t hat t h e t r e a t me n t me t h o d s i n c l u d i ng n a t u r a l c o o l i n g, l a y e r po u r i n g, s t e a m an d a u t o c l a ve a ffe c t e d the c o n t e n t o f e x p a n s i v e c o mp o ne n t a n d l i n e a r e x p ans i o n r a t e o f mo r t a r ba r wi t
8、 h XRD, g l y c e r o l e thyl e n e g l y c o l me t h od a n d l e n g t h me a s u r i n g T h e r e s u l t s i n d i c a t e d tha t the mi n e r a l c o mpo n e n t s o f tw o p r e t r e a t me n t p r o c e s s d i d n o t s h o w d i s t i n c t d i ffe r e n c e T he s o un d ne s s i mp r
9、 o v i n g e ffc e t o f l a y e r p o u r i n g p r o c e s s wa s b e t t e r tha n n a t u r a l c o o l i n g a fte r o n e y e ar a g i n g S t e a m and a u t o c l a v e i mp o v e d the v o l u me s t a b i l i ty b e a c c e l e r a t i n g the h y d r a t i o n o f e x p a n s i v e c o mp
10、 o n e n t s It c o u l d b e c o n c l u d e d t h a t r a t i o n a l p r e t r e a t me n t r a d i c a l l y a d v a c e d t h e v o l u me s t a - b i l i ty o f s t e e l s l a g and a u t o c l a v e t r e a t me n t d i s t i n c t l y e n h a n c e d the S O und I 1 e s s o f s t e e l s l
11、a g s and in a s h o rt e r t i me c o mp a r e d w i t h s tea m t r e a t me n t Ke y wor ds : s t e e l s l a g s a n d; s o un dn e s s ; pr e t r e a tm e n t ; p o s t t r e a tm e n t 0 引言 随着中国经济的持续快速增长, 基础建设规模不断扩大, 混凝土用量逐年增大, 重要组成部分一砂的消耗量也以惊人 的速度增长。 目前 , 我国大多数地区用的是天然砂 , 据估计 1 , 目 前全 国混凝土总的用量
12、约为 2 O亿 , 仅混凝土中砂的用量将 达 1 5亿 t , 这造成了天然砂储量越来越少 , 有些地区由于 自然 条件的限制 , 基本没有天然砂资源。 由于混凝土用砂供需矛盾日 益突出, 天然砂价格飞涨 , 在经济利益驱使下, 我国很多地区出 现了乱采 、 乱挖天然砂的现象, 严重影响航运甚至造成河道改 道, 为此国务院和各地政府相继采取了一系列控制措施和出台 了禁采或限采天然砂的规定。 这些措施的出台虽然保证了河道 的通航安全性 , 但却加重了建筑用砂 日益突出的供需矛盾 , 寻 找天然砂的替代品迫在眉睫。 使用工业固体废弃物作混凝土集 料是解决天然砂短缺的一重要研究方向。 收稿 日期 :
13、2 0 1 1 - 0 5 - 0 3 基金项 目:国家自 然科学基金( 5 0 6 7 8 1 3 9 ) 钢渣是在炼钢过程中形成的废弃物, 2 0 0 8 年我国钢渣年产 量已达 5 0 0 0多万 t , 积存钢渣已有 2亿多 t 2 】 。 我国钢渣的综合 利用率为 4 0 左右 3 , 在建材领域的利用率大约只有 l O t2 。 求 高附加值的、 大宗利用新途径是解决目前钢渣堆存问题的关键 所在。 近几年的研究表明 : 钢渣耐磨性好, 其抵抗破碎能力、 抗冻融能力等指标与天然砂石相近甚至可以超越, 同时钢渣又 具有一定的水硬活性, 这些优点为钢渣集料的应用奠定了基础。 但是与天然砂
14、相比, 钢渣中含有一定量的高温煅烧的 f - C a O、 方 镁石和 R O相 , 这些组分在水泥硬化后能继续与水发生水化反 应 , 从而使固相体积增大 9 7 和2 1 8 ts - 9 1 , 造成水泥混凝土的膨 胀开裂, 因此水泥混凝土用钢渣砂的体积安定性是制约其应用 的关键。 为此各国学者进行了 一系列研究 : 钢渣预处理技术在变 废为宝的过程中, 起着至关重要的作用 , 目 前, 钢渣预处理工艺 主要分为湿法和干法两种 , 为了提高钢渣的体积安定性 , 各钢 厂和相关研究机构不断改进预处理工艺1 0 2 1 ; 钢渣中的膨胀组 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t
15、u .c o m 分是造成钢渣安定性不 良的重要原因, 基于此, 许多提高钢渣 安定性的措施都是针对膨胀组分的, 如消解 、 掺硅质材料等 q 。 但不同处理方式的改善效果和改善机理等未进行深入探讨。 以武钢钢渣为研究对象, 对比分析了热泼和 自然冷却两种 预处理方式对钢渣砂安定性的影响规律, 借助XR D分析了预处 理对钢渣砂安定性的影响机理; 研究了自然陈放、 蒸汽处理和 压蒸处理对钢渣砂膨胀率的影响, 并分析了膨胀组分含量与膨 胀率的关联性 , 探讨了安定性的改善机理, 以期为提高钢渣砂 的体积安定性提供技术支持和理论依据。 1 试验原材料和试验方法 1 1 原材料 钢渣取 自武钢的转炉
16、钢渣堆场( 已破碎磁选的尾渣) , 经室 外晒干后过4 7 5 ml T l 筛 , 即为钢渣砂。 水泥为湖北华新水泥厂生 产的堡垒牌 P 0 4 2 5级水泥。 1 2试验 方 法 ( 1 ) 游离氧化钙含量。 钢渣( 特别是经过陈放和蒸汽处理的钢 渣) 中, 不可避免地会混入 C a ( O H) , 所以单纯的化学分析并不能 准确获得钢渣中残留的f - C a O量, 因此本研究首先借鉴冶金行业 标准 Y B T 1 4 O 一1 9 9 8 测得钢渣试样中的 f - C a O和 C a ( O H) 总 量, 然后在还原条件下, 对钢渣样进行热重( T G DT A) 分析, 对 应
17、 C a ( O H) 的分解峰得到其含量, 再按照式( 1 ) 得到相对较为 准确的 f - C a O含量 G ( ) : C=mr 一mA - m s x 5 6 ( 1 ) 1 8 式中: m 用乙二醇一 乙醇法测得的 f o C a O和 C a ( OH) 的质 量百分数; m 4 5 0时的试样质量百分数; m 5 5 0时的试样质量百分数。 ( 2 ) 砂浆棒线性膨胀率。 砂浆试样尺寸为 4 0 minx 4 0 mmx 1 6 0 m m, 同种试样成型 3 块 , 膨胀率取 3 块试样平均值。 为便于 测量长度, 模具两端设有安装测头的孔。 试样成型后在( 2 0 1 )
18、、 相对湿度 9 5 的养护室中养护 2 4 h后脱模 , 用比长仪测试试 样初始长度 , 再放人 8 0恒温水箱中养护, 每 日从水中取出, 在 1 0 S内完成长度测量, 然后将试样放回水箱中继续养护。 按 式( 4 ) 计算试样膨胀率 P : T r D = L t - 0 x 1 0 0 ( 4 ) L 式中: 测试当天的试样长度, n l n a ; , J 。 试样初始长度, mm; L试样的有效长度, 1 3 0m i l l 。 为了尽量减少测量误差, 恒温水箱和比长仪始终放在 2 0 的养护室中, 且水箱的水与养护水温度相同。 ( 3 ) X R D x射线衍射法。 利用 X
19、 R D对钢渣的矿物相和水化 产物进行定性分析。 用玛瑙研钵在无水乙醇中将钢渣砂试样研 细至 0 0 6 3 m m以下, 压入样品凹槽内, 采用 D MA X I l i A型 x射 线衍射仪进行测试。 2 试验结果和分析 2 1 预处理方式的影响 钢渣预处理是炼钢生产的一个重要工序 , 它不仅关系到炼 钢生产的顺畅、 炼钢能力的正常发挥, 而且还关系到钢渣后续 22 的综合利用, 是钢铁行业发展循环经济的一个重要环节。 ( 1 ) 新渣体积稳定性。 图 1比较了热泼渣( WHI m, 下同) 和 自然渣( WNl m, 下同) 的矿物组成。 由图 1 可见, 预处理方式对 钢渣砂的矿物组成
20、影响比较小, 两种钢渣砂的主要矿物组成是 c 2 F 、 C S 、 C S 、 R O相和 C a ( OH) , 通过对比 X R D衍射图谱的相 对峰强可知, 热泼渣中C a ( O H) : 的含量较高。 由于钢渣中 f - C a O 含量较低, 且矿物成分复杂, 造成许多衍射峰重叠, 因此在 X R D 图谱中没有发现明显的 f - C a O衍射峰。 O l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 2 0, ( 。 ) 图 1 热泼渣和 自然渣的 XR D图谱 为了进一步比较预处理方式对钢渣砂体积稳定性的影响 , 对比研究了两种钢渣砂砂浆的标准养护强度变化和 8 0水热 养护
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- 关 键 词:
- 处理 方式 水泥 混凝土 钢渣 体积 安定性 影响
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