碳酸化预养护钢渣制备钢渣水泥的性能试验研究

应用碳酸化技术对比表面积287m2/kg的钢渣粗粉进行预养护,从而制备大掺量钢渣水泥,并对其性能进行了试验研究。试验结果表明,碳酸化钢渣的fCaO含量降低,水化活性提高。碳酸化预养护钢渣较未碳酸化的钢渣制备的钢渣水泥强度及安定性有显著提高;钢渣水泥的密度、比表面积、标准稠度用水量和凝结时间等基本物理量与碳酸化钢渣粗粉的掺入量有关;在满足水泥强度和压蒸安定性的条件下,碳酸化钢渣粗粉的掺量可达50%。     

磨细钢渣对水泥水化性能的影响

采用XRD分析了掺入钢渣水泥的水化产物,并从标准稠度用水量、凝结时间、强度几方面论证了磨细钢渣对水泥水化性能的影响。结果表明:适度磨细的钢渣能减小水泥的标准稠度用水量,但过度磨细后会增加标准稠度用水量,凝结时间也有类似的结果;钢渣的最佳掺量为10%,此时28d强度达54.5MPa,物相主要为C2SH(C),AFt和Ca(OH)2,养护90d未见Aft向AFm转变。     

养护条件对钢渣粉水化性能的影响

以磨细钢渣粉(SS)作辅助胶凝材料,研究不同养护条件下掺钢渣粉水泥的强度,并将之与砂粉(SP)对比.测试其在碱溶液作用下活性硅的溶出量、与饱和氢氧化钙溶液反应程度以及显微结构,探讨不同养护条件对钢渣粉水化性能的影响.结果表明:在常温水养条件,在同等掺量条件下,掺钢渣粉水泥3d、7d、28 d强度均较砂粉水泥强度高,钢渣粉早期水化活性较砂粉高.80℃水热养护至相同龄期,在同等掺量条件下,掺钢渣粉水泥强度均较掺砂粉水泥要高.与常温条件相比,80℃水热条件下钢渣粉消耗的Ca(OH)2量明显增加,生成的水化产物也较多,水化反应程度较砂粉高.水热条件有利于激发钢渣粉活性,提高其水化反应程度,增加试样强度.     

钢渣水化产物的特性(英文)

用X射线衍射分析、水化热的测量、化学结合水量的测定、孔结构的测定、扫描电镜观察及强度测试研究了钢渣的水化产物的特性。结果表明:钢渣硬化浆体中主要含有水化硅酸钙(C–S–H)凝胶、Ca(OH)2、惰性组分[RO相、铁酸二钙(C2F)和Fe3O4]和未水化的胶凝相[硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)];总体而言,钢渣的水化过程与水泥的水化过程相似;钢渣早期的水化速率远低于水泥,但钢渣后期,尤其是90d之后的水化速率高于水泥的。钢渣水化产生的C–S–H凝胶不具有良好的胶凝性能,凝胶之间的相互黏结也不牢固,因此钢渣砂浆的强度很低。     

高标号钢渣矿渣水泥试验研究

实验结果表明,使用外加剂N(或M)可以大幅度提高钢渣矿渣水泥的强度,3d抗压强度可增加5.0MPa, 28 d抗压强度可提高7.0 MPa,同时,硬石膏或烧石膏在促进水泥水化硬化方面要优于二水石膏。并且在钢渣 矿渣总量达70%的情况下,成功制备出42.5等级的优质水泥。     

碳酸化钢渣复合胶凝材料早期水化活性

通过调节初始加水量控制钢渣的碳酸化效果（碳酸化质量增加率）,利用胶砂强度试验法测定碳酸化钢渣的活性指数,以及分析硬化浆体矿物相和微观形貌,研究碳酸化钢渣水泥水化活性。结果表明：随着初始加水量的增加,碳酸化质量增加率先增加后降低;钢渣中的游离氧化钙（f-CaO）含量经碳酸化后,由3．92％降至1．11％;加水量为19％的钢渣经碳酸化后,生成15．95％的CaCO3;碳酸化质量增加率相同时,加水量为11.8％的碳酸化钢渣3、28d活性指数较21％加水量的分别高49％和5％。在初始加水量为19％时,碳酸化钢渣3、28d活性指数为最大值,较未碳酸化钢渣水化活性可提高97％和16％：碳酸化生成的CaC03与水泥中的C3A反应生成水合碳铝酸钙。     

高P钢渣微粉缓凝机理研究

试验分析了莱钢钢渣微粉和山东某钢厂高P钢渣微粉的特性,莱钢钢渣中C3S、C2S等活性矿物含量多于高P钢渣,且P含量少于高P钢渣。在此基础上,进行了高P钢渣和莱钢钢渣对钢渣微粉—水泥胶凝材料凝结时间和1d强度的影响试验;重点分析了高P钢渣影响水泥凝结时间和1d强度的原因和机理,即高P钢渣中的可溶性P在硅酸盐水泥早期水化过程中,会随着钢渣中玻璃体的解聚溶出,与钙离子结合生成羟基磷灰石,附着于活性矿物表面,阻碍硅酸盐水泥中C3A、C3S、C2S等活性矿物的正常水化进程。     

不同矿物掺合料在复合胶凝材料中水化特性的对比研究

通过强度、X射线衍射(XRD)、差热-热重(DTA-TG)及扫描电镜(SEM)测试,对比研究了玻璃粉、石灰石粉和钢渣粉在水泥基材料中的水化特性.结果表明:养护早期,钢渣粉、石灰石及玻璃粉在胶凝体系中主要作为惰性材料起到填充作用,单掺15％的石灰石粉和钢渣粉能促进胶凝体系早期强度增长.养护至90 d时,由于掺合料的二次水化作用,复合胶凝体系的强度增长率高于纯水泥样;石灰石粉能与熟料中的铝相发生水化反应生成单碳水化碳铝酸钙;钢渣粉胶凝体系内,除了水泥水化继续生成的氢氧化钙之外,钢渣粉中的活性物质如C2S和C3S后期水化也能生成氢氧化钙,使得体系内氢氧化钙含量随龄期增加而增加;玻璃粉在养护后期能与氢氧化钙发生火山灰反应,且玻璃粉火山灰反应消耗的氢氧化钙量大于水泥水化的氢氧化钙量,导致玻璃粉体系内氢氧化钙含量随龄期增加而降低.     

加速碳酸化条件下钢渣块体体积安定性的研究

通过开展加速碳酸化将钢渣硬化为结构材料的研究,具有利用废渣和CO2废气的双重意义.针对钢渣碳酸化过程中可能存在的体积安定性问题,测定了不同细度、碳化反应时间对硬化试块空隙率、体积变化及力学强度的影响,利用质量损失计算了碳酸化后空隙率,利用XRD分析了产物的类别,利用SEM观察了硬化产物的显微形貌及生长位置,采用压蒸法对碳酸化后硬化钢渣试块的安定性进行了测试.结果表明了钢渣坯体碳酸化过程会降低块体的空隙率,钢渣在粉磨8 h,碳酸化7 d的条件下,总空隙率仅为16.67％,空隙率降低了10.17％,压蒸后,并未出现裂纹和损坏,体积安定性良好.同时钢渣中C2S、C3S、Ca(OH)2、f-CaO、MgO是易被碳化的矿物,而Ca2(Al,Fe)2O5、FeO矿物难以被碳化.分析指出,钢渣坯体中足够的空隙,以及CaCO3在空隙(非原地)中生长机制是碳酸化钢渣无体积安定性问题的根本原因.     

钢渣沸石水泥的研究

以53%的钢渣,25%沸石,15%硅酸盐水泥熟料和7%的天然二水石膏为原料,研制成一种钢渣沸石水泥,其性能可达32.5号普通硅酸盐水泥的标准.沸石在钢渣沸石水泥中能加速钢渣和熟料的水化,并可消除钢渣固溶体中CaO、MgO及f-CaO的影响,熟料则为该水泥早期水化提供了水化产物的晶核和Ca(OH)2 .该水泥的水化产物是C-S-H、水化硫铝酸钙和水化铝酸钙等.