Characteristics and cementitious properties of ladle slag fines from steel production

Ladle slag is a by-product from further refining molten steel after coming out of a basic oxygen furnace (BOF) or an electric arc furnace (EAF). Air-cooled ladle slag has a very large portion of fine particles due to the conversion of β-C₂S to γ-C₂S during the cooling process. X-ray diffraction (XRD) analysis of three ladle slag fine samples passing 100, 200 and 325 mesh indicates that the major mineral in ladle slag fines is γ-C₂S, which does not show cementitious property in water. Experimental results have indicated that ladle slag fines show significant cementitious property in the presence of an alkaline activator. The finer the ladle slag is, the better the cementitious property of the slag is.     

铜渣-水泥复合胶凝材料力学性能研究

铜渣以5%、10%、15%的比例取代水泥制备铜渣-水泥复合胶凝材料.研究铜渣对水泥基胶凝材料标准稠度用水量、凝结时间、净浆抗压强度、胶砂抗折与抗压强度的影响,并利用XRD、TG/DSC和SEM-EDS技术手段分析掺入铜渣后水泥基胶凝材料物相和微观形貌的变化.研究结果表明:铜渣掺入会使水泥胶凝材料的标准稠度用水量增加,凝结时间延长,一定程度上提高水泥胶凝材料的抗折、抗压强度;铜渣-水泥胶凝材料的主要水化产物和水泥胶凝材料类似,并有Fe(OH)3/Fe(OH)2凝胶生成.铜渣-水泥复合胶凝材料微观结构较水泥胶凝材料密实.     

Residual compressive behavior of alkali‐activated concrete exposed to elevated temperatures

This paper reports the effect of elevated temperature exposures, up to 1200^°C , on the residual compressive strengths of alkali‐activated slag concrete (AASC) activated by sodium silicate and hydrated lime; such temperatures can occur in a fire. The strength performance of AASC in the temperature range of 400–800^°C was similar to ordinary Portland cement concrete and blended slag cement concrete, despite the finding that the AASC did not contain Ca(OH)₂ , which contributes to the strength deterioration at elevated temperatures for Ordinary Portland Cement and blended slag cement concretes. Dilatometry studies showed that the alkali‐activated slag (AAS) paste had significantly higher thermal shrinkage than the other pastes while the basalt aggregate gradually expanded. This led to a higher thermal incompatibility between the AAS paste and aggregate compared with the other concretes. This is likely to be the governing factor behind the strength loss of AASC at elevated temperatures. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢渣-粉煤灰复合胶凝材料的试验研究

以钢渣、粉煤灰等固体废物,掺加少量的普通硅酸盐水泥、脱硫石膏,辅以适量化学激发剂,研制开发新型复合胶凝材料。试验表明,少量水泥能够有效地激发出钢渣-粉煤灰体系潜在的活性,单掺水泥的钢渣-粉煤灰体系最优配比为:钢渣/粉煤灰=6:4,水泥掺量为15%;对于复掺水泥和脱硫石膏的钢渣-粉煤灰体系来说,最优配比为钢渣/粉煤灰=6:4,水泥掺量为15%,脱硫石膏掺量为10%。合适的化学激发剂可以较好地提高复合胶凝材料的性能,复合胶凝材料在自然养护的条件下比标准养护条件下强度增长更快。     

Preparation and performance of slag-based binders for the cementation of fine tailings

To achieve effective cementation of fine tailings, slag-based binders were prepared using Portland cement clinker stimulation, early strength activator (ESA, mixture of anhydrite and triethanolamine at 97:3 (w/w)) activation and slag pulverization methods. The compressive strength, hydration products, slag reaction degree and non-evaporable water content of the consolidated samples under different curing times were analyzed to clarify the application performance and early strength action mechanisms of this slag-based binder. The results showed that clinker alone was able to effectively stimulate the slag’s cementitious property, but the cementation strength was relatively low. The addition of ESA in the clinker activated slag promoted the conversion of C₄AH₁₃ into ettringite (AFt) and accelerated the consumption of Ca(OH)₂, all of which significantly improved the early cementation strength of fine tailings. Slag pulverization promoted the slag reaction degree and increased the yield of hydrated products, which led to a further increase in the early strength of the slag-based binder. Eventually, a more efficient and higher early strength slag-based binder was prepared with the composition of 27% clinker, 10% ESA and 63% pulverized slag, and the cementation strength at 3 curing days for the fine tailings sample was 231% more than that of P.O 42.5 Portland cement.     

消石灰、无水石膏与石灰石粉对矿渣水泥性能的影响

通过掺加消石灰、无水石膏和石灰石粉提高矿渣水泥的早期强度、干缩等性能。研究结果表明：消石灰、无水石膏及石灰石粉可加速矿渣水化进程,并使水泥浆体密实度提高,最终体现为矿渣水泥早期抗压强度大幅度提高。复合掺加消石灰、无水石膏和石灰石粉的矿渣水泥水化早期的干缩率小于普通硅酸盐水泥,水化后期矿渣水泥的干缩率稍大于普通硅酸盐水泥,但大大小于未掺激发剂的矿渣水泥。     

铜矿渣在水泥混凝土应用的研究进展

铜矿渣应用于水泥与混凝土中可降低炼铜企业成本,又有利于环境保护.介绍了铜矿渣的物理与化学性质,对铜矿渣在水泥和混凝土领域的研究进展进行了综述.铜矿渣可作为铁质原料配置生料,配置的生料易烧性好,并能改善熟料的岩相结构和力学性能;也可作为水泥熟料混合材,所制成的水泥具有早期水化放热低、后期强度发展高等优点.铜矿渣可作为细骨料应用于混凝土中,铜矿渣混凝土具有与普通混凝土相当的工作性、力学性能与耐久性能.铜矿渣和水泥熟料有相似的化学成分,可通过物理或化学方式激发铜矿渣的活性作为胶凝材料应用于混凝土中,与Ca(OH)2反应生成与水泥水化相似的水化产物.铜矿渣可降低混凝土的脆性系数,具有减脆的作用.     

钢渣对硬化水泥浆体结构形成的影响研究

研究了钢渣对水泥强度及体积膨胀率的影响,采用SEM和EDXA分析了水化产物的形貌和微区化学成分,并用XRD对水化产物的矿物组成进行了分析研究。研究结果表明,钢渣的掺入会降低水泥净浆的早期抗压强度,但随钢渣水化的进行,掺钢渣的水泥浆体7d以后的强度增长较快,至120d时净浆抗压强度已与纯硅酸盐水泥相近。掺钢渣的水泥的体积膨胀率比纯硅酸盐水泥的体积膨胀率大,钢渣水泥的体积膨胀率主要取决于钢渣中的fCaO含量。掺钢渣水泥的主要水化产物组成和形貌与纯硅酸盐水泥无明显差别,所不同的是C-S-H凝胶中有较多的铁相。掺钢渣水泥的水化产物主要有C2SH(C)、AFt和Ca(OH)2。     

基于灰色系统理论的磷建筑石膏基胶凝材料组分优化设计研究

以云南磷石膏为主要原料制备磷建筑石膏基胶凝材料.通过应用灰关联分析法分析磷建筑石膏基胶凝材料的组分(复合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、磷建筑石膏)对其绝干抗压强度的影响,确定了掺合料最佳组合为粉煤灰、矿渣硅酸盐水泥、硅灰;并运用多目标智能加权灰靶决策模型综合考虑抗压强度、抗折强度、初凝时间、终凝时间、软化系数、孔隙率六个指标,确定了其最佳配合比.试验表明:当粉煤灰:矿渣硅酸盐水泥:硅灰:磷建筑石膏的配合比为6%:5%:3%:86%时,其综合性能最好,绝干抗压强度为14.11 MPa,抗折强度为2.58 MPa,初凝时间为16 min,终凝时间为43 min,软化系数为0.51,孔隙率为23%.     

硅酸盐水泥对钢渣活性激发的性能研究

试验研究了在硅酸盐水泥体系中通过碱性激发提高钢渣水化活性的方法.研究表明,钢渣掺入量<30%时,硅酸盐水泥对钢渣的活性激发效果最好;复掺矿渣对钢渣活性的激发效果优于粉煤灰,即使掺量为30%时,其早期强度也与相应龄期普通硅酸盐水泥强度持平,而后期强度逐渐超过纯水泥的强度;在普通硅酸盐水泥体系中掺入钢渣可以改善其硬化浆体的性能.     

海工高性能混凝土用复合胶凝材料的试验研究

在调查分析海工混凝土工程实例的基础上，试验研究了硅酸盐水泥中掺入矿粉、粉煤灰、硅灰等混合材料对海工混凝土性能的影响。研究结果表明，在硅酸盐水泥中掺加矿粉、粉煤灰、硅灰等混合材料可以改善海工混凝土的综合性能。矿物混合材料的复合掺入比单独掺入能更好地改善混凝土抗Cl^-侵蚀性能。海工专用复合胶凝材料生产时宜尽可能地采用多种混合材料。     

激发条件对脱硫石膏-矿渣体系水硬强度的影响

利用正交实验研究了硅酸盐水泥和其他两种矿物组分复合激发对脱硫石膏-矿渣体系强度的影响,用SEM、XRD分析了水化样品的微观结构.研究结果表明:硅酸盐水泥等多组分复合激发下,脱硫石膏-矿渣体系在水中标准条件养护,3 d抗压强度达17 MPa以上,28 d抗压强度达58 MPa以上.复合激发剂3种组分的优化组合为6:6:5,复合激发剂的用量为脱硫石膏-矿渣体系质量的17%左右.脱硫石膏-矿渣体系在复合激发条件下的水化产物主要是钙矾石和C-S-H.大量钙矾石、石膏晶体相互交叉连生,未水化石膏、矿渣颗粒所填充其间,在C-S-H凝胶的胶结下,形成了较为致密的晶胶搭配构成的微观结构.     

改善石灰石硅酸盐水泥耐腐蚀性能的研究

探讨了在一定浓度的MgSO4溶液中，一定温度环境下石灰石硅酸盐水泥受侵过程，采用矿渣微粉部分替代石灰石微粉或水泥可以延迟或阻止侵蚀反应，对水泥石定期目测观察，并对某些样品进行XRD和DSC分析，证实侵蚀产物为水化碳硫硅酸钙，Ca(OH)2参与侵蚀反应，揭示了矿渣微粉提高石灰石硅盐盐水泥耐硫酸盐溶液侵蚀的机理。     

High temperature behaviour of ambient cured alkali-activated materials based on ladle slag

This paper investigates the thermal properties of alkali activated materials (AAMs) made from ladle slag, a by-product from electric arc furnaces. AAMs have the potential to exhibit improved durability in high temperature environments over conventional materials such as ordinary Portland cement due to a reduced concentration of hydrated phases in their structure. A series of samples with varying compositional ratios was synthesised from a combination of ladle slag and metakaolin or ladle slag and fly ash. Ambient cured AAMs of moderate compressive strengths (between 11 and 46 MPa) were achieved. Samples were exposed to temperatures up to 1000 °C and analysed for residual strength, thermal expansion, phase and microstructural changes. The ladle slag and fly ash based AAMs exhibited superior strength gains and better thermal stability than the ladle slag and metakaolin based AAMs believed to be due to unstable C–A–S–H phases formed in the latter group of samples.     

采用钢渣和铅锌尾矿制备硅酸盐水泥熟料的研究

探讨了钢渣和铅锌尾矿分别取代铁粉和黏土制备硅酸盐水泥熟料的可行性,对其易烧性进行了研究,并对制备出的熟料进行了力学性能研究。结果表明:采用钢渣和铅锌尾矿进行生料配料,熟料的烧成温度为1 450℃,煅烧时间为30 min时,制备出的熟料w(f-CaO)小于1%;水泥熟料的28d抗折和抗压强度分别达到了9.6MPa和60.4MPa。     

鞍钢钢渣矿渣制备人工鱼礁混凝土复合胶凝材料

以81.5％的矿渣、5％的钢渣、12.5％的脱硫石膏以及1％的水泥熟料,制备出了28 d抗压强度为56.75 MPa的低碱度胶凝材料,该胶凝材料可用于制备低碱度人工鱼礁混凝土.通过改变钢渣和脱硫石膏的掺量,研究了其掺量变化与试件强度的影响关系.实验结果表明:在该体系中,当钢渣掺量小于5％时,胶砂试块的强度随着钢渣的增加而提高;当钢渣掺量大于5％时,胶砂试块的强度随着钢渣掺量的增加而降低,并在钢渣掺基大于20％时快速下降.脱硫石膏的掺量对胶砂试块的强度影响更为显著;当脱硫石膏掺量达到12.5％时,与不含脱硫石膏的试样相比,抗压强度和抗折强度分别提高了168％和176％.利用XRD和SEM分析净浆的水化过程,结果表明,体系在早期水化主要生成AFt相和C-S-H凝胶,并对强度的增长起了主要作用.     

常见炉渣水泥复合胶凝材料性能研究综述

矿渣、钢渣是常见炉渣,炉渣作为工业冶炼后的残余产物占据着大量优质的土地资源,严重污染着周边环境.为了解决炉渣的使用问题,一种方法是将经过处理的炉渣掺入到水泥的生产中,代替部分水泥,制成炉渣水泥复合胶凝材料;另一种方法是将炉渣作为碎石掺入到混凝土的制作过程中,但这种效果并不理想.研究表明,炉渣水泥复合胶凝材料几乎与水泥性能相当,展现出了许多优异的性能.这种方法不仅解决了炉渣使用的问题,还减少了因为炉渣堆积和水泥生产带来的环境污染,因此炉渣水泥复合胶凝材料的研究成为了国内外关于水泥研究的热点之一.将从多方面介绍炉渣水泥复合胶凝材料在国内外研究的现状以及未来的发展展望.     

利用铁合金渣制备胶凝材料及其微观分析

铁合金渣是具有潜在水硬性和火山灰活性的物质,经物理激发、化学激发后可制备成高强度的胶凝材料.由于其富含 Al2O3,添加化学激发剂后,其生成物不仅有 C-S-H 凝胶,还有大量的钙矾石.本实验,通过一系列的激发手段,将其制备成强度达到了标号为 42.5R 的普通硅酸盐水泥强度要求的胶凝材料,并且采用X衍射、电镜等分析了 C-S-H 凝胶及钙矾石的生成过程.     

阿利特高炉矿渣水泥的耐久性能研究

对矿渣掺加比例达到75%的阿利特高炉矿渣水泥耐久性进行了研究,其强度在28d至6个月期间继续增长;胶砂试体湿涨和干缩率略低于硅酸盐水泥样品数值;这种水泥有很高的抗硫酸盐侵蚀能力.     

利用钢渣研制复合硅酸盐水泥的正交试验研究

通过正交试验进行了利用钢渣配制复合硅酸盐水泥的初步研究。研究结果表明,将钢渣单独粉磨后与矿渣微粉复合掺入硅酸盐水泥,再适当地辅以掺加石膏和激发剂,可获得性能良好的具有较高强度的复合硅酸盐水泥。