正交试验在水泥钢渣稳定土抗压强度研究中的应用

采用正交试验方法,研究水泥含量、钢渣掺量、钢渣的陈化龄期和钢渣细度4种因素对水泥钢渣稳定土抗压强度的影响。对于初期强度,水泥含量影响最大,陈化龄期影响较小;对于后期强度,水泥含量虽影响最大,但钢渣细度和陈化龄期的影响明显增强。研究结果表明,钢渣具有一定的活性,水泥钢渣土可以用作二级公路底基层材料。     

复合水泥组分对强度的影响

利用正交实验设计方法对复合水泥中各组分对强度的影响进行了研究,结果表明,在适当配比条件下,复合水泥的强度高于硅酸盐水泥型水泥,最佳配比范围为：ω（石灰）＝２．１％～２．４％;ｍ（钢渣）;ｍ（粉煤灰）＝１０：１０～１４：１４;ω（沸石）＝７％～１２％,ω（石膏）＝４％～６％;ω（矿渣）＝１５％～１９％。     

影响沸石水泥早期强度的化学因素

从化学角度分析水泥早期水化的特点，找出了影响沸石水泥早期强度的因素，提出了提高沸石水泥早期强度的途径。     

高钢渣掺量和高强度钢渣水泥的研制

钢渣的低水化活性而致钢渣掺量小．钢渣水泥强度，特别是早期强度低等一直是困扰其应用于水泥生产的难题。采用各原料预先单独粉磨然后混合的工艺，成功制备了一种新型钢渣水泥。研究结果显示：该水泥3d和28d的抗折强度、抗压强度分别达6．8MPa、35．1MPa和7．8MPa、57．8MPa。各主要原料的配合比为：硼(钢渣)为50％～55％，硼(矿渣)为20％～30％，硼(水泥熟料)为10％～25％，硼(石膏)为3％～5％。还借助XRD和SEM，对其水化及水化产物进行了分析研究。     

激发剂对钢渣水泥的活化及作用机理

为考察不同碱性激发剂对钢渣水泥性能的影响,开展碱性激发剂(水玻璃、Na₂CO₃/NaOH、NaOH)对钢渣水泥宏观力学性能影响的试验研究,并采用水化热测试、X射线衍射(XRD)、热重分析(DSC-TG)、扫描电子显微镜(SEM)和压汞试验(MIP)对其微观结构进行研究。结果表明：碱性激发剂提高钢渣水泥早期水化时孔隙液的碱度,加速钢渣玻璃体解聚并生成H₃SiO^-₄和H₃AlO₄^2-,增大体系反应速率,加速C-S-H凝胶和沸石类产物的形成,从而宏观上表现为凝结时间降低,诱导期缩短,反应热峰值和累计放热量增加,早期强度提高;激发剂对钢渣水泥性能的影响与其分子结构有关,影响顺序由大到小依次为水玻璃、Na₂CO₃/NaOH和NaOH;水玻璃不仅可增大钢渣水泥早期水化时液相的碱度,同时激发剂中的SiO₃^2-可与Ca(OH)₂     

钢渣、铁板砂复合水泥的研制

选择高碱性的钢渣和中、微酸性的铁板砂,利用两种混合材性能的互补效应生产复合水泥,研究了钢渣、铁板砂的化学成分、矿物组成和粉磨特性,探讨了复合水泥中钢渣细度和掺量对抗压强度、抗折强度的影响规律,以及熟料、钢渣、铁板砂和石膏体系的水化反应机理及物理性能.结果表明:铁板砂的易磨性远好于钢渣,复合水泥最佳配合比取值为:熟料40%、钢渣35%、铁板砂20%,其各项性能指标均可满足42.5R的国家标准要求.     

石灰石对高沸石水泥性能影响的研究

研究了石灰石对高沸石水泥性能的影响。结果表明；石灰石的加入，提高了谪沸石水泥的早期强度，降低了水泥的标准稠度，凝结时间及干缩率。同时探讨了石灰石在高沸石水泥中的以应机理。     

热焖钢渣对水泥基本性能的影响

钢渣是炼钢过程中产生的废渣,其综合利用率低。就热焖钢渣对三三、红狮两种水泥的流动度、强度等的影响进行试验研究。研究结果表明:钢渣对聚羧酸减水剂相容性良好,热焖钢渣掺量在0~30%范围内对水泥浆的流动性影响很小;经过热焖后的钢渣由于其C_3S、C_2S含量少,参与水化反应少,对水泥胶砂强度形成影响甚微,在水泥石体系中,主要起填充作用。     

钢渣颗粒粒径分布对水泥强度影响的灰色关联分析

根据灰色关联原理,运用灰色关联分析方法研究了不同粒径范围内的钢渣颗粒对掺钢渣水泥各龄期强度的影响.结果表明:钢渣粉中不同粒径范围内的颗粒对水泥不同龄期抗折、抗压强度的贡献不同,其中10.0~19.9μm范围的颗粒与各龄期强度的关联度均最大,且均为正关联,是强度的关键因子;小于5.0μm和大于45.7μm的颗粒与强度的关联度均较小;而大于30.2μm的颗粒与各龄期强度均为负关联,对强度有不利的影响.在实验条件下,可以确定钢渣的最佳粉磨时间为30 min,其比表面积为431.5 m2/kg.     

高掺量沸石水泥的试验研究

研究了沸石的加入量对水泥性能的影响，同时选用适宜掺量的早强剂，提高了高掺量沸石水泥的早期强度，且后期强度发展正常，结果表明：在早强剂存在的情况下，沸石掺量≤４０％时，达到了４２５Ｒ型普通硅酸盐水泥标准，并具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能。     

钢渣、粉煤灰混凝土强度特性的实验研究

通过实验着重研究和分析钢渣粒径级配分布对钢渣混凝土力学性质的影响,以及最佳级配关系;同时找出钢渣粉、粉煤灰、水泥三者之间不同组成比例,钢渣混凝土的力学属性和强度变化规律,以便求出最佳配比,从而为钢渣、粉煤灰的综合利用提供基础资料和科学依据．     

碱性激发钢渣水化活性的研究

介绍了采用各种碱性激发剂对转炉钢渣水化活性激发情况,用90%钢渣、5%碱性激发剂、5%无水石膏混合配制钢渣水泥时发现:采用含Na2SiO3的固体复合激发剂可以获得和水玻璃相近的激发效果,其中28 d的抗折强度为3.7 MPa,抗压强度为17MPa,采用固体碱性激发剂激发10%熟料、40%高炉矿渣和40%钢矿渣水泥样品的抗折强度和抗压强度可以达到5.2,24 MPa.     

冶金渣制备生态型人工鱼礁混凝土的试验研究

通过正交试验研究了矿渣钢渣熟料石膏体系胶凝材料的强度。胶凝材料正交试验表明：矿渣：钢渣的复合比为7∶1,矿渣和钢渣的比表面积分别为480 m 2·kg -1和550 m 2·kg -1,并与10%的水泥熟料和10%的脱硫石膏复合的胶凝材料具有较高的强度。以优化后的胶凝材料代替水泥,并以热闷法稳定化的钢渣颗粒为骨料,可以制备出抗压强度达到65 MPa以上的人工鱼礁混凝土。利用XRD和SEM方法分析胶凝材料的水化过程,结果表明,水化反应主要生成AFt相和C-S-H凝胶,钢渣、水泥熟料和脱硫石膏的协同作用对矿渣的火山灰活性反应具有重要促进作用。     

钢渣分相熟料室内模拟初步实验研究

钢渣是一种大宗固体废弃物,由于安定性不良、易磨性差、活性较低而利用率低,占用土地污染环境。钢渣分相熟料技术可突破钢渣安定性、易磨性瓶颈并弥补活性短板,模拟钢渣分相熟料制备技术在1 400℃下制备钢渣分相熟料,并研究了钢渣掺量对分相熟料易烧性、易磨性及其水泥的水化程度和抗压强度的影响。结果表明掺入钢渣会明显提高熟料的易烧性;钢渣掺量为16.86%的分相熟料易磨性最好,与常规熟料易磨性差异不大;钢渣分相熟料前期胶凝活性偏低,后期增长较快,可达到与42.5级普通硅酸盐水泥相当的强度,为钢渣大规模低耗高效的处置应用提供了理论支持。     

钢渣-矿渣-水泥复合胶凝材料的水化性能和微观形貌

通过测定矿渣和钢渣部分取代水泥构成的钢渣-矿渣-水泥复合胶凝材料(SBC-CCM)的物相组成和80h内的水化热,研究了SBC-CCM试样的微观形貌和水化性能,并用正交试验结果分析了SBC-CCM中钢渣-矿渣的最佳掺量和比例。结果表明:SBC-CCM的水化过程和水化产物的物相组成与硅酸盐水泥的相似,矿渣在水化早期参与反应,钢渣在水化早期呈惰性;SBC-CCM的80h水化放热量和放热速率均低于水泥相应的数值;正交试验结果表明水胶比对SBC-CCM强度的影响最显著,矿渣-钢渣的最佳质量比为2∶1。     

石膏与硅灰对钢渣水泥基胶凝材料复合改性效应

以钢渣和水泥为主要原料,加入少量石膏(CaSO4·2H2O)与硅灰,制备钢渣水泥基胶凝材料。探讨了CaSO4·2H2O与硅灰掺量对钢渣水泥基胶凝材料强度的影响,并通过XRD、SEM表征,研究钢渣水泥基胶凝材料的水化性能。结果表明：复掺1% CaSO4·2H2O和4% 硅灰的钢渣水泥基胶凝材料3 d抗压强度较未掺CaSO4·2H2O与硅灰提高了59.0%,28 d抗压强度提高了32.4%;CaSO4·2H2O与硅灰的加入不会影响钢渣水泥基胶凝材料水化产物种类;相同龄期内,加入CaSO4·2H2O与硅灰的钢渣水泥基胶凝材料中水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)含量增多,Ca(OH)2晶体含量、晶体尺寸有所减小。     

铁尾矿-钢渣集料混凝土力学性能及体积稳定性试验研究

采用铁尾矿砂取代河砂充当混凝土细集料、钢渣取代碎石充当混凝土粗集料配制铁尾矿-钢渣集料水泥混凝土,并对混凝土强度、早期抗裂性能和长期体积变形等性能进行试验研究。结果表明:铁尾矿砂充当细集料不利于混凝土强度,而当钢渣以小掺量加入铁尾矿砂混凝土时,可以减弱铁尾矿砂对混凝土强度的劣化效应;适当掺量铁尾矿砂可以抑制由钢渣引起的混凝土膨胀变形,从而提高钢渣混凝土的早期抗裂性能与体积稳定性。     

钢渣花岗岩复合水泥的研制

为了克服钢渣水泥只能生产低标号水泥问题以及实现废弃资源的再利用,通过改变钢渣、花岗岩掺量,研究了钢渣、花岗岩复合水泥的不同配比、水化机理以及物理性能。结果表明：掺钢渣35%、熟料35%、花岗岩25%可以成功制得42.5R的复合水泥。     

钢渣-杂填土基层材料配合比优化试验研究

以杂填土、钢渣、矿渣微粉为原料,采用土体固化技术混拌制备钢渣-杂填土基层材料。开展钢渣、混凝土破碎料、素土等主料对基层材料强度的耦合影响试验,构建回归模型,得到主料最优掺入比例,试验验证表明,回归模型预测值误差小于2%;以钢渣、混凝土破碎料、水泥、固化剂为因素开展正交试验,得到的最优结果与强度耦合影响试验基本一致,从而确定钢渣-杂填土最优配合比。最优配合比试件试验结果表明：钢渣-杂填土强度随龄期增长显著提升,30 d高温水浴膨胀率仅为1.03%。X射线衍射分析（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）测试表明：矿渣微粉中SiO₂与钢渣中f-CaO反应生成水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,同时发现土壤固化剂对土体的改性可有效抑制钢渣膨胀;C-S-H凝胶填充于混凝土破碎料、钢渣、土颗粒间,增加了钢渣-杂填土基层材料密实度,使其强度得以提高。     

高铝水泥对磷石膏基水硬性胶凝材料性能的影响

研究了高铝水泥对磷石膏-矿渣-钢渣免煅烧水泥体系的强度、凝结时间及标准稠度等性能的影响规律,并通过XRD和SEM分析探讨了该水泥体系的水化机理,分析得出该水泥体系的水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶。结果表明,高铝水泥的加入可以有效提高磷石膏-矿渣-钢渣免煅烧水泥体系的早期强度并缩短凝结时间,使水化产物钙矾石生成量明显增加,从而有效提高该胶凝材料的水化性能;当掺入6%的高铝水泥时,可以制备出3d抗压强度为4.5MPa,28d抗压强度达35MPa左右的高铝-磷石膏基水硬性胶凝材料。