电炉氧化钢渣在水泥和混凝土中的应用研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 2期 (总 第 2 9 2 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 4 ( T o t a l N o 2 9 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AL AND ADM I NI CL E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 2 0 1 5 电炉氧化钢渣在水泥和混凝土中的应用研究 刘智伟 l a , b , 2 1李宇 l a , b 。苍大强 佃 b ( 1 北京科技大学 a 钢铁冶金新技术国家重点实验室 ;b 冶金与生态工程学院,北京 1
2、 0 0 0 8 3 2 莱芜钢铁集团有限公司,山东 莱芜 2 7 1 1 0 4 ) 摘要 : 电炉氧化钢渣( 简称电炉钢渣 ) 是电炉炼钢产生的副产品, 具有较好的潜在胶凝活性 , 介绍了将活化处理后的电炉钢渣 粉应用于水泥和混凝土中, 研究了钢渣水泥的力学强度 、 标准稠度需水量 、 凝结时间、 安定性和混凝土抗压强度、 抗渗性等性能 , 研究表明: 电炉钢渣粉可以用于生产 4 2 5 级钢渣硅酸盐水泥( 简称 , 钢渣水泥) 和 C 4 0混凝土, 不仅拓宽电炉钢渣综合利用途径 , 还能实现良好的经济效益和环保效益。 关键词 : 电炉钢渣 ;钢渣水泥 ;混凝土 ;掺合料 中图分类号 :
3、 T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 5 7 0 4 I n v e s t i g a t i o n t o a p p l i c a t i on o f e l e c t r i c f u rn a c e o x i d i z i n g s l a g b e i n g u s e d i n c e m e n t a n d c o n c r e t e LI UZhi we i 一, LIYu , CANG Da q i a n gIa Ib ( 1 a S t a
4、 t e K e y L a b o r a t o r y f o r A d v a n c e d Me t a l l u r g y ; b S c h o o l o f Me tal l urg i c a l a n d E c o l o g i c a l E n gin e e r i n g , U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y B e ij i n g , B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 , C h i n a ; 2 L a i w u S t e e l
5、 G r o u p C o , L t d , L a i w u 2 7 1 1 0 4 , C h i n a ) A b s t r a c t : E l e c t r i c f u m a c e o x i d i z i n g s l a g( e l e c t r i c a- n a c e s l a g ) i s t h e b y p r o d u c t i n th e p r o c e s s o f m e t a l l urgy o f e l e c tr i c f u rn a c e , w h i c h h a s p r e f
6、 e r a b l e a n d p o t e n t i a l g e l a t i o n a c t i v i ty I n tro d u c e d tha t a c t i v a t e d e l e c t r i c f ll ma c e s l a g p o wd e r wa s u s e d in s t e e l s l a g c e me n t a n d c o n c r e t e , i n v e s t i g a t e d the me c h a n i c a l s tr e n g t h, wate r r e
7、q u i r e me n t f o r n o r ma l c o n s i s t e n c y , s e t t i n g t i me a n d i n v a r i a b i l i t y o f c e me n t , a n d t h e p r e s s i v e s tre n g t h , i mp e r me a b i l i ty o f c o n c r e t e T h e r e s u k s s h o we d t h at a c t i v a t e d e l e c t r i c f u ma c e s
8、l a g p o wd e r c o u l d b e u s e d t o p r o d u c e 4 2 5 s t e e l s l a g c e me n t an d C4 0 c o n c r e , whi c h n o t o n l y wi d e n i t s c o mpr e he ns i v e u t i l i z a t i o n p a t h, b u t a c h i e v e f a vo r a b l e e c o n o mi c an d e n v i r o n me n tal b e n e fi t s
9、 K e y wor d s : e l e c t r i c f u ma c e s l a g ; s t e e l s l a g c e me n t ; c o n c r e t e ; a d mi x t u r e 0 引言 随着我国粗钢产量的快速增长 , 环境和资源问题正成为 制约我国钢铁企业发展的瓶颈, 走可持续发展的道路, 是钢 铁企业未来发展的重要战略, 冶金废渣的再生利用是可持续 发展的核心之一。 2 0 1 2 年中国粗钢产量超过 7 亿 t , 其 中电炉 钢产量超过 7 0 0 0 万 t , 电炉氧化钢渣( 简称 电炉钢渣) 的总量 达到 4 0 0
10、万 t 以上。 随着我国粗钢产量增速的放缓 , 钢材蓄积 量的逐年增加 , 大量利用废钢的短流程电炉钢及相应冶炼过 程排放的氧化渣量必将会出现大量增长。 按照发达国家电炉 炼钢占钢产量 5 0 以上的比例 , 我国电炉钢渣的排放量必将 大量增加。 而 目前 国内对电炉钢渣的资源化利用方法较少 , 尚无比较先进的电炉钢渣处理技术 。 因此 , 研究开展电炉钢 渣的利用对电炉冶炼的可持续发展具有重要意义。 在资源化过程 中, 冶金渣通常被加工成有较高附加值 的微粉而被大量用作水泥或者混凝土掺合料等。 与其他冶 金渣相 比, 电炉钢渣存在成分波动较大 、 稳定性较差 、 易磨 性较差和安定性隐患等问
11、题 , 致使其利用率不高。 因而, 激发 电炉 钢渣潜在胶凝 活性是其推广应用所需解决 的重 要技术 问题之一。 为此 , 本研究通过试验将活化处理后的电 炉钢渣粉应用于水泥和混凝土中 , 探索电炉钢渣的高效利 用途径 , 实现电炉钢渣“ 零排放 ” 。 1 试验材料 与方法 1 1 试 验 材 料 ( 1 ) 电炉钢渣粉 : 莱钢特钢事 业部 5 0 t 电炉冶炼产生 的氧化渣 , 该钢渣采用热 闷法处理 , 经 “ 三破五选 ” 后的尾 渣 , 粒径 5 mm的颗粒 占 9 0 以上 , 经烘干 , 球磨机粉磨 9 0 r n i n 后, 勃氏法圆 ( 下同) 测得其比表面积为 4 9
12、2 6 m2 k g 。 钢渣粉外观呈灰色 , 用李 氏瓶法 ( 下 同) 测得 电炉钢渣的 密度 为 3 1 3 r d c m s , 化学组成见表 1 。 电炉钢渣的 X R D 图谱 如图 1 所示 。 钢渣的 X射线衍射分析结果表明 : 衍射峰在 3 0 - 3 5 。 左右出现衍射峰包说明钢渣中含有玻璃相。 衍射 图上 出现在不同角度的衍射峰 , 说明钢渣 中除了玻璃相之 收稿 日期 :2 0 1 3 0 8 - - 0 7 基金项 目:国家 自然科学基金 ( 5 1 1 0 4 0 0 8 ) ; 高等学校博士学科点专项科研基金( 2 0 l 0 0 0 0 6 l 2 0 0
13、1 0 ) 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 外还有结 晶相, 主要包括硅酸二钙 、 硅酸三钙 , 和氢氧化钙 , 金属氧化物的固溶体等。 当掺人适量的化学激发剂活化后 , 其活性达到 G B T 2 0 4 9 1 -2 0 0 6 用于水泥和混凝土中的钢 渣粉 中规定的一级钢渣微粉 的相关要求 , 活性指数见表 2 。 表 1 电炉钢渣与高炉渣的化学元素分析表 样品 S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 C a O Mg O P 2 O 5 F e O Mn O 2 碱度系数 碱度系数 1 1 4 4 2 8 3 2 8 6 2 6 0
14、 8 3 8 8 1 2 2 2 7 8 6 3 8 0 2 0 6 高炉渣2 8 1 0 1 4 0 0 0 1 7 4 0 3 2 8 4 1 0 5 6 0 4 6 0 2 1 1 1 5 2 0 ( 。 ) 图 1电炉钢渣的 X R D 表 2 电炉钢渣粉活性指数表 ( 2 ) 高炉渣粉 : 莱钢炼铁厂生产的粒化水淬高炉渣 , 经 烘干, 球磨机粉磨 9 0 mi n 后, 比表面积为 5 3 2 7 m 2 k g , 外观 呈淡黄色 , 密度 为 2 9 2 g c m , 碱度系数 1 1 5 , 属碱性矿渣 ; 质量系数 K = ( C a O + Mg O + A I 2 0
15、 AF e 2 0 3 ) S I O 2 = 2 2 4 1 2 , 符合 G B T 2 0 3 1 9 9 4 粒化高炉矿渣质量系数的要求。 ( 3 ) 水泥 : 试验用水泥为莱钢鲁碧公 司生产 的 P O4 2 5 级 , 性能指标见表 3 。 ( 4 ) 标准砂 : 按 国标 G T T 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 , 中国 I S O标准 砂 , 厦门艾思欧标准砂有 限公 司。 ( 5 ) 粗骨料 : 试 验用粗 骨料 为莱芜南 山集团生产的碎 石 , 粒径为 5 3 1 5 mE, 含泥量为 0 6 , 泥块含量为 0 3 , 针片状颗粒含量为 8 , 压碎指标值为
16、1 7 , 表观密度为 2 6 8 0k g m 。 表 3 P O 4 2 5 级水泥性能指标 ( 6 ) 细骨料 : 试 验用 细骨料为莱 芜鲁西河 砂 , 细度模 数为 3 1 , 含泥 量为 1 6 , 泥块含量为 0 5 , 表观密度 为 2 5 9 0 k g m3 。 ( 7 ) 外加剂 : 试验用外加剂为固泰新型建材厂生产 G T C 2 减水剂 , 减水率达 2 0 以上。 1 2试 验 方 法 钢渣硅酸盐水泥力学强度和标准稠度用水量 、 凝结时 间 、 安定性等性能分别按 G B T 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 、 G B T 1 3 4 6 2 0 0 1 要
17、求进行 。 混凝 土的搅拌工作性能和抗压强度分别按 G B T 5 0 0 8 0 - - - 2 0 0 2 、 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 要求进行 , 混凝土抗 渗性能测试根据 G B J 8 2 1 9 8 5 要求进行。 混凝土浇筑后, 在试验室静置 2 4 h 后拆模 , 然后在养护室标准养护。 抗压强 度采用 1 0 0 mm x l O 0 m inx 1 O 0 m m立方体试件。 1 3混凝土 配制强度 的确定 混凝土配制强度应按式( 1 ) 计算 : ,o ,k 十1 6 4 5 表 4 式中; 。 混凝土配制强度 , MP a ; , 混凝土立方体
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- 电炉 氧化 钢渣 水泥 混凝土 中的 应用 研究
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